浅谈钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制.doc

1、浅谈钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制摘 要：在钢筋混凝土结构领域一个相当普遍的问题就是结构的裂缝问题，而在水池的设计中，水池的抗渗防裂性能对其正常使用及运转有着至关重要的作用，因此，必需重视裂缝的控制。水池产生裂缝的原因有很多，包括设计、施工、使用过程中等诸多因素。本文主要探讨在水池裂缝形成原因以及在实际工程中如何加以避免。 关键词：裂缝；水池设计；控制 中图分类号：TV543+.6 文献标识码：A 一、水池裂缝的成因 钢筋混凝土结构在受力时，只有产生一定量的形变，才能发挥钢筋的作用。混凝土的受拉形变往往伴随着裂缝的产生，当裂缝宽度控制在不影响结构件的受力性能、使用性和耐久性时，这些裂缝是正常的

2、结构裂缝，无须处理；而过大宽度的裂缝，就会影响到结构的安全、适用和耐久性，这种裂缝可称为破坏性裂缝。破坏性裂缝一旦出现，必须进行相应的处理。针对水池结构的防渗漏的功能要求，有关钢筋混凝土水池设计的规范、规程的对裂缝控制有具体的规定。为了在水池结构设计中做好裂缝控制工作，有必要先对水池中易发生破坏性裂缝的各种情况作一了解。 混凝土裂缝的表现形态各式各样，工程意义也各不相同，按照裂缝的形成原因划分主要概括为如下两种，一是荷载作用引起的裂缝，二是混凝土收缩和温差变形引起的裂缝。 1、荷载作用引起的裂缝 当结构在外部荷载（各种恒、活载；水、土压力；地基反力等）作用下，因受力性能不足，产生了过大变形，使

3、裂缝发生并发展为破坏性裂缝。这种由荷载作用造成的裂缝的产生，主要是由于设计时采用的基础资料有误或是设计中考虑不周、计算疏忽等失误造成。 对水池结构来说，荷载偏差一般容易由下列因素造成：水池在各种工况下的水位变化、空满情况、地质资料、水温及气温等各种环境参数等的基础资料有误或设计中遗漏某种极端工况；结构建模有缺陷，造成内力计算值与实际受力状况有较大偏差；设计中对一些内力和变形控制点、应力集中点把握不准，或忽视次要构件对内力分配的影响；计算不细致或漏算等。 2、混凝土收缩和温湿差变形引起的裂缝 混凝土在其硬化期间放出的大量水化热，使得混凝土结构内部的温度不断上升，以致在结构表面引起拉应力；在其后期

4、的降温收缩过程中，又由于受到支座及周边混凝土的约束而在混凝土结构中出现拉应力。因此，水池结构中的混凝土早期收缩裂缝主要出现在裸露表面，混凝土硬化后的收缩裂缝出现在结构件的中部附近较多。 由于环境温度的变化，会使混凝土构件产生热胀冷缩，这种由气候变化产生的温差，在水池结构设计中称为中面季节温差。而混凝土结构温度分布不均，也会在结构内产生温度应力。影响混凝土结构温度分布的外部因素包括接触媒介的温度、风速和结构方位朝向。内部因素主要有混凝土的导热系数、水化热、结构形状、是否有铺装层、结构表面颜色等。此类造成混凝土结构温度应力的原因，在水池设计中一般表现为壁面温（湿）差，这种壁面温（湿）差应作为一种荷

5、载作用，在结构设计中应进行相应的结构裂缝验算。 二、水池设计中的裂缝控制 1、荷载作用裂缝的控制 荷载作用裂缝的控制，就是要求在设计时对池体各部位可能产生最大拉应力的截面进行计算分析，使之满足裂缝控制的要求。要避免此类裂缝，首先应在水池结构设计的基础资料的收集使用中做到完整、准确。这是因为：地下水位和土层情况的不同，会使埋地式水池的设计水土压力产生很大变化；基础持力层的不同可能直接影响基础结构形式和池体沉降变形情况；水池在试水、调试、运行、检修等各种状态下的荷载作用，则关系到内力计算的准确性；气象资料及池内水温情况，决定了温（湿）度应力计算的可靠性。 在掌握了全面可靠的荷载作用基础资料后，就需

6、要对池体结构建立正确的计算模型和选择合理的荷载组合，以确保其内力及变形的计算值与水池的实际工作情况一致。一般而言，此设计阶段的主要问题如下： （1）基础梁、板计算时采用的地基假定是否合理。目前计算水池地基反力的三种假定 4（地基反力直线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定）的计算结果出入较大，所以应根据各假定的适用条件，采用与实际情况最为接近的理论进行计算。 （2）支座假定是否合理。池体顶板、壁板、底板连接部位的支承条件决定了各构件的支座假定，采用合理的支座假定才能据此计算出正确的内力分布。 （3）荷载最不利组合是否选择正确。一般比较容易疏漏的是施工、试水、检修阶段的荷载组合。 （4）极端温

7、（湿）差出现的部位及取值是否有误等。 具体设计时，一般应首先根据结构方案进行初步的荷载和内力计算。通过对计算结果的分析来进一步调整结构受力体系，尽量使池体结构的各部位都能做到结构合理、受力明确、经济可靠。然后对整体结构所有结构件进行详细的力学计算，得到在各个起控制作用的工况下各控制断面的内力设计控制值。在接下来的截面配筋设计中，应区分各构件是否需进行裂缝控制设计，若需进行裂缝控制设计，则应根据其受力性质分别进行抗裂度验算或裂缝开展宽度验算。通过调整配筋率、钢筋规格、混凝土标号或构件截面尺寸，来达到裂缝控制。另外，在设计中应包含温（湿）差应力的内容3。壁面温（湿）差应力的计算较为简单，应在内力计

8、算时将其加入可变荷载作用组合。中面季节温差应力一般通过设伸缩缝等构造措施解决，在满足构造要求后不加入荷载组合。 2 混凝土收缩和温湿差造成裂缝的控制 此类裂缝的控制首先应根据规范规定，严格掌握混凝土配比及其用料的品种规格和级配，同时对混凝土灌筑和养护提出设计要求。另外，对大型水池可采取设伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施。 根据现行规范要求，现浇钢筋混凝土水池在基底为土基时，应每隔20m(地面式)或 30m（地下式或有保温措施）设一道伸缩缝，当为岩基时减为 15m 和 20m，当为装配整体式时可加长 510m。按此构造，一般能解除中面季节温差产生的温度应力并消减混凝土收缩的影响。 伸缩缝

9、的设置将水池结构完全切断，然而在具体设计中，有时会由于池形及池内分隔复杂而难以做到，从而采用完全或不完全收缩缝来替代。这样做实现了伸缩缝的部分功能，在实际应用中一般也是有效的，但对于混凝土在温度作用下的伸展问题并未解决，而这有可能造成混凝土局部压碎的现象。因此，采用收缩缝除了在构造上应将表面开槽嵌填密封胶外，更重要的是设缝位置应尽量避开构件的主要受压区和应力集中区。 很多水池在设计中采用了后浇带，规范也允许在设置后浇带后加大伸缩缝最大间距。实际上，纯粹从后浇带的意义上理解，其作用是相当有限的，因为后浇带只能解决混凝土初期收缩的应力和变形问题，而无法解决混凝土后期收缩应力和中面季节温差产生的温度

10、应力。但是,后浇带两侧为贯通池体的施工缝，且其中设有止水带，实际上也可看作是设了两条构造不完整的不完全收缩缝。因此，即使经验证明后浇带能取代伸缩缝，也不说明是因为后浇带起的作用，而是因后浇带的设置而形成了收缩缝。后浇带更适用于替代沉降缝，对于伸缩缝或引发缝（完全或不完全收缩缝） ，设计可直接设一条缝即可，不必设成两条。 三、结论 水池设计中的裂缝控制贯穿整个设计过程，从基础资料的收集，到结构受力体系的选取、准确细致的分析计算、全面可靠的结构截面设计与构造措施，直至最后的复核出图，对实现设计全过程的裂缝控制都非常重要。同时，设计中也要对材料的使用和水池的施工养护提出明确要求，以避免由此引发裂缝。在设计中应该尽可能多地考虑到裂缝可能产生的因素，并通过各种措施消除隐患，才能最大限度地避免水池产生破坏性的裂缝。保证水池结构的安全性和耐久性。