給排水工程超長不設(shè)縫水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工

白貴斌

摘要：伴隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，市政工程也獲得了長足的發(fā)展，給水、排水工程也在擴(kuò)大建設(shè)范圍與規(guī)模。為確保建設(shè)工程的質(zhì)量，須處理好各單項(xiàng)工程具體的設(shè)計(jì)構(gòu)造與施工作業(yè)，尤其是不設(shè)縫的超長水池。水池不設(shè)縫可提高其整體性，減小漏水及不均勻沉降等帶來的工程問題?；诖?，從給水排水工程出發(fā)，探討不設(shè)縫水池超長結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計(jì)、施工方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)及施工;不設(shè)縫超長水池;給水排水工程

中圖分類號：TU991.343 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在新世紀(jì)，隨著生產(chǎn)力的全面發(fā)展，給水排水工程往往涉及相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容與施工程序，須有效管理不設(shè)縫超長水池的整體設(shè)計(jì)及施工過程，有序開展工作。同時(shí)，須引進(jìn)現(xiàn)代化技術(shù)，提高設(shè)計(jì)技術(shù)與管理水平，控制給水排水工程的整體建設(shè)質(zhì)量。

1概述

在給水排水工程當(dāng)中，若水池長度適中，可有效避免開裂，若水池超長且未采取設(shè)縫處理措施，則會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。對未設(shè)縫的超長水池，可設(shè)下后澆帶、補(bǔ)償收縮加強(qiáng)帶、預(yù)應(yīng)力等專業(yè)技術(shù)措施，避免水池的開裂現(xiàn)象。針對超長水池，可設(shè)置約1.0m寬的混凝土后澆帶，使水池形成一個(gè)有機(jī)的整體，可改善施工及混凝土硬化環(huán)節(jié)帶來的拉應(yīng)力，但卻難以處理因季節(jié)改變而造成的溫度拉應(yīng)力，隨著時(shí)間推移，也會(huì)引起開裂。很長時(shí)間以來，一直都未區(qū)分不同階段的溫差、干縮等作用，由此帶來的負(fù)面效應(yīng)均附加在混凝土預(yù)應(yīng)力筋上，導(dǎo)致較大的預(yù)應(yīng)力損失，故而需要增大配筋量，這將不符合經(jīng)濟(jì)性原則。除此以外，當(dāng)澆筑混凝土至張拉環(huán)節(jié)，便應(yīng)等待一段時(shí)長，否則也會(huì)引起干縮裂縫。

而通過從鋼筋混凝土出發(fā)設(shè)計(jì)的水池?zé)o縫專業(yè)結(jié)構(gòu)方案，在施工環(huán)節(jié)通過選用補(bǔ)償收縮類型的混凝土，則能妥善處理干縮、水化熱溫差等效應(yīng)引起的干縮裂縫。其中的預(yù)壓應(yīng)力筋僅用于避免季節(jié)溫差帶來的應(yīng)力影響，所以基于過去的條件，可減少需求量的35%～50%。根據(jù)具體溫差狀態(tài)，選擇最優(yōu)方案，減小預(yù)應(yīng)力筋，膨脹劑的使用，提高工程價(jià)值。嚴(yán)格控制在澆筑完水池后出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，全面優(yōu)化水池混凝土專業(yè)特性提高水池耐久性。相較于其他設(shè)計(jì)，除能控制超長水池不開裂外，還能降低成本投入。

2設(shè)計(jì)及施工

2.1工程概況

在某市政水池中，修建的是集水池及吸水井?？偢?2.8-17.45m，平面尺寸59.27m×76.55m。集水池部分地面以上高7.80m，地面以下高5.0m;吸水井部分地面以上高7.7m，地面以下高9.75m。在頂板、地面池壁上作保溫處理，池中一共存在導(dǎo)流墻7道，整體結(jié)構(gòu)的安全級別Ⅱ級，具有Ⅷ度抗震烈度，使用壽命為50年。底板位于卵石層，吸水井局部位于粉質(zhì)黏土層。卵石層承載力300kPa，粉質(zhì)黏土層承載力150kPa。

2.2方案的分析比較

針對上述集水池結(jié)構(gòu)，有三種可比較和選擇的方案。（1）設(shè)縫方案。作為常規(guī)結(jié)構(gòu)方案，在水池的長側(cè)，設(shè)計(jì)伸縮縫2道，在短側(cè)設(shè)計(jì)伸縮縫1道。在整個(gè)池體當(dāng)中，一共存在6個(gè)部分，分別設(shè)置池壁、水池頂、底板。（2）無頂板縫方案。在結(jié)構(gòu)頂部注意設(shè)下必要的預(yù)應(yīng)力筋，頂板不留伸縮縫，在池壁、底板處設(shè)有變形縫。（3）不設(shè)縫超長方案。在頂部設(shè)下預(yù)應(yīng)力筋，頂板不留伸縮縫，池壁、底板設(shè)下必要的后澆帶、滑動(dòng)層等。

2.2.1設(shè)縫方案

在本方案當(dāng)中，優(yōu)勢就是具有很成熟的設(shè)計(jì)、施工專業(yè)技術(shù)，且沒有進(jìn)行特殊處理，整體施工相對便捷，而且施工速度很快。但是，在鋼筋混凝土類型的水池中，一般應(yīng)控制伸縮縫為15～30m，所以本方案必須設(shè)多道伸縮縫，卻有增大構(gòu)造復(fù)雜度、引起伸縮縫漏水或無法修復(fù)等現(xiàn)象。

2.2.2不在頂板設(shè)縫的方案

在本方案當(dāng)中，通過預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，可妥善處理水荷載下的抗裂現(xiàn)象。作為必要的擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)施，結(jié)構(gòu)頂板、壁等的施工可視為滑動(dòng)支座，以改善張拉預(yù)應(yīng)力，但在使用中需要更改為固定連接方式。其中的優(yōu)勢是無須在池內(nèi)設(shè)下阻水墻體，并不降低水流標(biāo)準(zhǔn)條件要求。但是在下部有分塊，且不同分塊的質(zhì)量、沉降均不相同，并且在溫度變化時(shí)還會(huì)變形，而形成池壁彎矩。整體優(yōu)點(diǎn)就是池體內(nèi)不必設(shè)阻水墻體，并且具有較小的變形量。但是在溫度改變下頂板變形會(huì)引起池壁附加彎矩，并且伸縮縫的設(shè)置也會(huì)延長工期、提升造價(jià)。

2.2.3不設(shè)縫超長方案

在水池設(shè)計(jì)中，需從結(jié)構(gòu)雙向，統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)伸縮縫，而伸縮縫的設(shè)置會(huì)引起諸多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。因?yàn)槌伢w、水位均很高，采取設(shè)縫措施后，會(huì)令不同分塊質(zhì)量與剛度中心無法均勻分布，所以應(yīng)在設(shè)縫位置增設(shè)必要的抗側(cè)力構(gòu)件，而影響工藝水流、增大工作量。通過雙向不設(shè)縫方案并采取必要措施，可以妥善處理溫度應(yīng)力缺陷。在國內(nèi)處理大規(guī)模結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力缺陷中，主要采取的是“抗”“放”“調(diào)”?！翱埂敝傅氖前椿炷翉?qiáng)度基本性能及結(jié)構(gòu)配筋率，提升允許抗拉力或整體的抗壓應(yīng)變值。此外，借助內(nèi)部預(yù)壓應(yīng)力及混凝土收縮力，則可與受拉變形相抵，增大溫度影響嚴(yán)重處強(qiáng)度?！胺拧敝傅木褪莿?chuàng)設(shè)永久性質(zhì)的伸縮縫，避免溫度壓力帶來影響，減少結(jié)構(gòu)變形量大小?！罢{(diào)”指的是綜合“抗”與“放”，利用混凝土配比設(shè)計(jì)、使用添加劑、預(yù)留施工縫、控制工藝、及時(shí)養(yǎng)護(hù)等，來減小水池變形量。就溫度應(yīng)力很大的地方，需要設(shè)必要的預(yù)應(yīng)力鋼筋，提升總的強(qiáng)度。此外，還應(yīng)設(shè)置支撐、處理邊界，以減小結(jié)構(gòu)變形量，也可設(shè)滑動(dòng)層、后澆帶等，來提升結(jié)構(gòu)當(dāng)中的自由變形量，降低溫度應(yīng)力值。

2.3不設(shè)縫水池超長結(jié)構(gòu)施工

在具體的施工過程當(dāng)中，按從下到上的施工順序，展開了作業(yè)。

2.3.1滑動(dòng)層設(shè)在底板下面

當(dāng)?shù)装迨┕ら_始前，宜在下面設(shè)好滑動(dòng)層。具體做法：將厚20mm的細(xì)砂干鋪在兩層塑料（聚乙烯）布間，控制滑動(dòng)層寬約超過底板1m。這種塑料聚乙烯膜的物理力學(xué)基礎(chǔ)性能指標(biāo)大概就是：0.91—0.94kg/m²的密度、23.71MPa的拉伸強(qiáng)度、780%的極限拉伸率、1.9%的熱處理變化率、縱橫73.9N/mm與58.6N/mm的直角裂開強(qiáng)度、70℃的軟化維卡溫度、60℃的脆化溫度。基于細(xì)砂組合而成干細(xì)砂層，并注意細(xì)度模數(shù)大小控制在1.6—2.2，泥含量不超1%。

2.3.2規(guī)劃后澆帶

從水池內(nèi)部的底板、池壁，順豎向陸續(xù)沿水平向設(shè)下兩道結(jié)構(gòu)后澆帶，后澆帶寬宜為1.0m，無需切斷后澆帶里面的鋼筋。當(dāng)結(jié)構(gòu)兩側(cè)混凝土澆筑結(jié)束42d后，方可開始后澆帶作業(yè)，且要在頂板建設(shè)完14d才可再施工。建設(shè)步驟：經(jīng)由底板一直到池壁完成施工作業(yè)，針對后澆帶，還須摻些微膨脹劑，在低溫段澆筑完成后澆帶。

2.3.3混凝土專業(yè)施工控制

在給排水工程中，涉及的混凝土體量大。不僅需要達(dá)到常規(guī)設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)要求，還須注意以下內(nèi)容：在混凝土配合時(shí)，需要選擇強(qiáng)度高、水化熱低的水泥（如硅酸鹽普通水泥），控制粗細(xì)骨料均具有良好的級配，使堿活性指標(biāo)達(dá)到規(guī)范要求?；炷僚浔戎校尤攵康耐饧觿?，可改善混凝土抗裂效果。綜合考慮混凝土位置、等級、季節(jié)等因素，通過試驗(yàn)確定外加劑摻人量。在預(yù)拌、輸送、澆筑、養(yǎng)護(hù)混凝土?xí)r，減小入模時(shí)的混凝土溫度，確保入模溫度不超過28℃，如冬季施工，溫度不低于5℃。同時(shí)，還應(yīng)嚴(yán)格管理好測溫過程、溫度監(jiān)測，采取信息化控制措施?？刂坪没炷恋臏囟雀淖?，使內(nèi)外溫差小于25℃，并靈活調(diào)整好混凝土保溫、養(yǎng)護(hù)方法，控制溫度梯度、適宜的內(nèi)部濕度，避免裂縫產(chǎn)生。

2.3.4頂板施工

在該水池結(jié)構(gòu)中，頂板起到了關(guān)鍵的作用，除了是形成整個(gè)池體的關(guān)鍵所在外，還承擔(dān)著內(nèi)水荷載與溫度拉力。在整個(gè)計(jì)劃中，宜基于有效的構(gòu)造，注意在建設(shè)中連接頂板及池壁，并在投入使用后與池壁固定。通過C40、s6建設(shè)好頂板結(jié)構(gòu)，其中使用的鋼筋主要通過φ15.2預(yù)應(yīng)力筋形成鋼絞低松弛線。同時(shí)，還須使用強(qiáng)度足夠的HRB400非預(yù)應(yīng)力筋。采用高密聚乙烯外包材料，在張拉端使用上筒式圓套夾片之類的錨具，并布設(shè)必要的凹進(jìn)表面，把結(jié)構(gòu)擠壓錨用到固定的下埋端。順著隔墻方向，統(tǒng)一布下基本無黏結(jié)性質(zhì)的預(yù)應(yīng)力筋，順著隔墻直線方向展開。針對預(yù)應(yīng)力無黏結(jié)鋼筋，進(jìn)行二次張拉。如若混凝土強(qiáng)度為50%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，宜張拉該預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)，一直到50%的應(yīng)力處。如果混凝土與設(shè)計(jì)強(qiáng)度一致，宜開始張拉預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)，一直到103%的應(yīng)力。在頂板澆筑內(nèi)，從各個(gè)方向均有設(shè)后澆帶兩道，并在等同地方及底板處設(shè)下后澆帶。在首次張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)，宜控制施工后澆帶與四周混凝土一起上升至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1/2。

3結(jié)語

綜上所述，伴隨人們需求的逐步提升，不設(shè)縫超長結(jié)構(gòu)在市政工程中應(yīng)用越來越廣泛，并取得了理想的效果。針對給排水工程，從施工期限、結(jié)構(gòu)耐久性、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，開展設(shè)計(jì)、施工作業(yè)，打造出優(yōu)質(zhì)的不設(shè)縫超長水池。在大規(guī)模給水排水體系內(nèi)廣泛應(yīng)用超長水池，及時(shí)處理好伸縮水池中的滲透問題，優(yōu)化水池功能，增強(qiáng)運(yùn)行效果。