1.前言

　　目前，由于我國(guó)混凝土工程中的鋼筋銹蝕和混凝土腐蝕嚴(yán)重，混凝土工程的耐久性設(shè)計(jì)對(duì)當(dāng)前我國(guó)正在進(jìn)行的大規(guī)模工程建設(shè)具有的重要戰(zhàn)略意義和相當(dāng)?shù)木o迫性，如果再不積極采取相應(yīng)對(duì)策并盡快落實(shí)具體措施，那么我們每年投入土建工程建設(shè)的龐大資金將會(huì)蒙受重大損失，資源也將遭受極大浪費(fèi)，建成后的工程難以發(fā)揮長(zhǎng)期效益，而使用過(guò)程中的頻繁修補(bǔ)乃至事故又必將給今后的生活和生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)無(wú)休止的干擾。

　　我國(guó)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50069-2002 規(guī)定矩形現(xiàn)澆鋼筋混凝土清水池，當(dāng)長(zhǎng)度、寬度較大時(shí)，宜設(shè)置適應(yīng)溫度變化作用的伸縮縫。伸縮縫間距一般為15m 到30m左右。構(gòu)筑物的伸縮縫或沉降縫應(yīng)做成貫通式，即在同一剖面上連同基礎(chǔ)或底板斷開(kāi)。這種縫的構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，施工難度較大，設(shè)計(jì)及施工均需十分仔細(xì)，否則就容易造成縫的滲漏。主要表現(xiàn)在：

        1.1 整體性差。

        1.2 抗震性能差。在地震力作用下分縫處很容易損壞（互相碰撞）。日本大地震調(diào)查后，先進(jìn)的國(guó)家都取消了伸縮縫設(shè)計(jì)而代之為整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

        1.3 橡膠止水帶處容易漏水（據(jù)調(diào)查很普遍），因?yàn)樵撎幑?jié)點(diǎn)復(fù)雜不易澆注密實(shí)。對(duì)于大面積結(jié)構(gòu)，若底板漏水，水不易排走，會(huì)造成地基沉陷，導(dǎo)致底板變形，破壞。而底板修復(fù)很困難。

        1.4 橡膠止水帶有老化問(wèn)題。

        1.5 因用橡膠止水帶接縫，漏水問(wèn)題的處理將直接帶來(lái)生產(chǎn)管理的麻煩。底板漏水不易察覺(jué)，直到底板發(fā)生破壞，漏水量劇增，才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。

        2、工程概況

        大連某水廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模為 20 萬(wàn)噸/日，清水池容積為 20,000 M3。場(chǎng)地坐落在基巖上，且為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂礫巖。

        3、大型清水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫的處理方法

        為了避免進(jìn)行分縫設(shè)計(jì)。因此，現(xiàn)在有些工程技術(shù)人員也在積極探索新的途徑以無(wú)溫度伸縮縫設(shè)計(jì)取代分縫設(shè)計(jì)。

　　主要方法有：3.1 設(shè)置混凝土后澆帶或加強(qiáng)帶，3.2 使用混凝土膨脹劑，3.3預(yù)應(yīng)力技術(shù)

        3.1、 當(dāng)池體長(zhǎng)度超過(guò)國(guó)家規(guī)范規(guī)定的要求時(shí)，采取不設(shè)溫度伸縮縫，而設(shè)置1～2m寬的后澆帶或加強(qiáng)帶的做法。后澆帶砼待其兩側(cè)混凝土澆筑完畢后2個(gè)月左右再進(jìn)行澆注。而加強(qiáng)帶處鋼筋和混凝土膨脹劑摻量都要適當(dāng)增加。

　　無(wú)論后澆帶和加強(qiáng)帶都只能解決施工期間混凝土的收縮問(wèn)題，并不能解決季節(jié)溫差（濕差）所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力問(wèn)題。雖然有些超長(zhǎng)水池沒(méi)有出現(xiàn)豎向裂縫，那是因?yàn)槌氐装鍨槠矫?，或地基?duì)水池的摩擦力較小，或池體水平配筋較大，而并不是后澆帶，加強(qiáng)帶或外加劑起了主要作用。目前，有很多靠摻外加劑解決池體超長(zhǎng)的水池或構(gòu)筑物出現(xiàn)不同程度的豎向裂縫，有些已很?chē)?yán)重。豎向裂縫每10米左右一道，縫表面出現(xiàn)黑色的青苔。

        3.2、 摻加混凝土膨脹劑的目的就是在混凝土中產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。其產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力值是有限的，也就是說(shuō)超過(guò)一定的界限就起不到應(yīng)有的作用。而且，若從工程耐久性方面考慮，水池結(jié)構(gòu)不宜使用含有鈣礬石類(lèi)的膨脹劑。因?yàn)橛行┡蛎泟┲写嬖谘舆t鈣礬石生成現(xiàn)象，所謂延遲膨脹就是當(dāng)混凝土硬化一段時(shí)間以后，混凝土中的鈣礬石再開(kāi)始膨脹，即混凝土中的鈣礬石與混凝土本身的硬化不同步，因此我們對(duì)于延遲鈣礬石生成的潛在危險(xiǎn)性應(yīng)有充分的認(rèn)識(shí)。詳見(jiàn)文章：清華大學(xué)教授，閻培渝，彭江，陳廣智關(guān)于“大體積補(bǔ)償收縮混凝土中的延遲鈣礬石生成現(xiàn)象”一文，《混凝土》雜志，2002年第1期。

        3.3、用有粘結(jié)或無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)來(lái)解決溫度應(yīng)力問(wèn)題。當(dāng)池體長(zhǎng)度和寬度都較長(zhǎng)時(shí)，不設(shè)溫度伸縮縫，而在池壁、底板水平方向均施加預(yù)應(yīng)力來(lái)解決溫度應(yīng)力問(wèn)題。這是從根本上解決水池裂縫問(wèn)題的方法。而且，混凝土被施加預(yù)應(yīng)力以后，混凝土本身受壓，水池抗?jié)B性、耐久性將大大提高。

        4、關(guān)于池體造價(jià)與結(jié)構(gòu)耐久性

　　以長(zhǎng)春某污水處理廠(chǎng)的曝氣池為例，考慮到東北地區(qū)的寒冷條件，原來(lái)傳統(tǒng)曝氣池為4個(gè)獨(dú)立的池子。4 x 25m=100m。而在長(zhǎng)方向（100m）每25m 設(shè)一道溫度伸縮縫。池壁厚度為700mm。底板厚度為850mm。 而采用預(yù)應(yīng)力水池后，池壁厚度為400mm，底板厚度為160mm, 抗浮用碎石進(jìn)行配重。這樣，該曝氣池實(shí)際上共節(jié)約鋼筋340噸，混凝土2500 m3, 但多用了140噸鋼絞線(xiàn)。因此，該曝氣池共節(jié)?。?br />
　　1.48 × (340 × 2800 + 2500 × 600 -　 140×10000 ) = 1556960 元，約為 156 萬(wàn)元。

　　因此，用有粘結(jié)或無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)來(lái)解決水池溫度應(yīng)力是從根本上解決水池裂縫問(wèn)題的最好方法。以前，有一種觀(guān)點(diǎn)，認(rèn)為預(yù)應(yīng)力水池造價(jià)較高，我分析其主要原因是設(shè)計(jì)方法的落后，即施加到池壁上的預(yù)應(yīng)力很有限（或者說(shuō)，所施加的預(yù)應(yīng)力不起什么太大的作用），設(shè)計(jì)者只能靠增加非預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)平衡外荷載。這就造成國(guó)內(nèi)很多預(yù)應(yīng)力工程的設(shè)計(jì)，采用雙保險(xiǎn)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（即非預(yù)應(yīng)力鋼筋幾乎能承受全部外荷載，預(yù)應(yīng)力筋幾乎也能承受全部外荷載）。

　　另外，為了更好地發(fā)揮國(guó)家投資長(zhǎng)期效益（我們國(guó)家并不富裕，大部分投資都是來(lái)自世界銀行、亞洲開(kāi)發(fā)銀行等貸款），我們應(yīng)充分考慮水池類(lèi)結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主的基礎(chǔ)設(shè)施耐久性問(wèn)題，是當(dāng)今世界的大問(wèn)題。在結(jié)構(gòu)耐久性方面，一些國(guó)家吃了大虧，引起政府部門(mén)的注意與重視。一些國(guó)家率先采取技術(shù)對(duì)策和進(jìn)行行政干預(yù)，我國(guó)也及時(shí)發(fā)布了國(guó)務(wù)院第279號(hào)令。國(guó)內(nèi)外這些做法，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

　　目前，有粘結(jié)或無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)污水處理廠(chǎng)中的初沉池、二沉池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已得到廣泛地應(yīng)用。而對(duì)于矩形水池，國(guó)內(nèi)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的則不是很多。

　　5、傳統(tǒng)水池與預(yù)應(yīng)力清水池滲水量標(biāo)準(zhǔn)的比較

        5.1 我國(guó)規(guī)范規(guī)定水池允許滲漏量為：2L/m2d。

　　舉例說(shuō)明如下：如一個(gè)10,000m3清水池，根據(jù)我國(guó)規(guī)范的規(guī)定，每年允許滲漏量為2409 m3。

        5.2 美國(guó)規(guī)范規(guī)定的水池允許滲漏量為：

　　標(biāo)準(zhǔn)A（預(yù)應(yīng)力水池）：一個(gè)10,000 m3清水池每年允許滲漏量為456.25m3。

　　標(biāo)準(zhǔn)B：一個(gè)10,000 m3清水池每年允許滲漏量為912.5m3。

　　標(biāo)準(zhǔn)C：一個(gè)10,000 m3清水池每年允許滲漏量為1825m3。

　　可以看出，預(yù)應(yīng)力清水池允許滲漏量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國(guó)傳統(tǒng)水池的滲漏量（約為19%）。因此，預(yù)應(yīng)力水池不僅滲漏小，耐久性好，而且也可以大量節(jié)約水資源。

        6、無(wú)溫度伸縮縫預(yù)應(yīng)力清水池設(shè)計(jì)

　　大連某供水工程清水池平面尺寸為55×65m，深6.3m。為解決溫度應(yīng)力問(wèn)題按目前規(guī)范，原設(shè)計(jì)將被分為6塊，每塊之間用30mm寬伸縮縫完全隔離開(kāi)來(lái)。

　　為了克服傳統(tǒng)水池的缺點(diǎn)，在清水池設(shè)計(jì)中我們與美國(guó)JHCE結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公司合作采用了無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，取消了6個(gè)塊體結(jié)構(gòu)，20,000 M3清水池設(shè)計(jì)為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，沒(méi)有任何伸縮縫。另外，我們將矩形清水池四角設(shè)計(jì)成圓角。這樣既考慮了矩形水池占地少、布置靈活的優(yōu)點(diǎn)，又考慮了圓形水池受力好的優(yōu)點(diǎn)。盡量使我們?cè)O(shè)計(jì)的清水池趨于完美。

　　該清水池使用材料均為國(guó)產(chǎn)?；炷翞镃35，P8。鋼筋為HPB235級(jí)及HRB335級(jí)，1860Mpa低松弛鋼絞線(xiàn)。錨具使用北京建研院B&S I類(lèi)錨具。清水池柱網(wǎng)尺寸為6.3m, 頂板厚度為200 mm, 每個(gè)柱間鋼絞線(xiàn)數(shù)量為20束 （15.24 mm）。 根據(jù)《無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 JGJ/T 92-93的規(guī)定，頂板鋼絞線(xiàn)在一個(gè)方向集中布置，而在另一個(gè)方向分散布置。

　　底板在兩個(gè)方向上被施加預(yù)應(yīng)力，底板厚度為160mm， 為保證底板有效預(yù)應(yīng)力的施加，我們?cè)诘装迮c墊層之間設(shè)置了3層0.3mm厚的塑料板滑動(dòng)層。池壁水平方向及豎向均施加預(yù)應(yīng)力，池壁厚度為300mm。 混凝土裂縫控制在0~0.1mm之間。（我國(guó)傳統(tǒng)水池一般控制在0.2mm左右，雖然也可控制在0.1mm，但其用鋼量將成倍增加。因此，采用預(yù)應(yīng)力無(wú)縫整體水池設(shè)計(jì)，建造出來(lái)的水池結(jié)構(gòu)耐久性更強(qiáng)）。

　　經(jīng)過(guò)工程經(jīng)濟(jì)比較及技術(shù)分析我們可以得出下列結(jié)論：采用后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行清水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力整體水池比傳統(tǒng)分縫水池節(jié)約造價(jià)為22.2%左右。

　　7、清水池施工

　　水池混凝土施工是由大連市金州第二建筑公司來(lái)完成的，預(yù)應(yīng)力施工是由鞍山市北方預(yù)應(yīng)力公司來(lái)完成的。在施工以前，設(shè)計(jì)單位給施工單位做了詳細(xì)的技術(shù)交底工作，使施工技術(shù)人員明白設(shè)計(jì)者的意圖，以確保水池的施工質(zhì)量。在具體施工中，施工單位主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：混凝土配合比，混凝土外加劑，混凝土底板、池壁連續(xù)澆注，混凝土振搗，養(yǎng)護(hù)，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)、錨具、塑料板等關(guān)鍵材料的選購(gòu)、布筋方式，以及預(yù)應(yīng)力張拉控制等等。大連市20,000M3清水池于2002年完成土建施工，其中清水池底板澆注用時(shí)為24小時(shí)，池壁澆注用時(shí)為18小時(shí)，池頂板用時(shí)26小時(shí)。并于2002年冬季通過(guò)了試水驗(yàn)收，達(dá)到了美國(guó)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，目前，該水池運(yùn)行良好。

　　8、結(jié)語(yǔ)

　　無(wú)縫預(yù)應(yīng)力水池的整體性、抗震性、耐久性等比傳統(tǒng)分縫水池有很多優(yōu)點(diǎn)。采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以從根本上解決水池滲漏問(wèn)題，徹底解決分縫設(shè)計(jì)給水池管理帶來(lái)的麻煩。根據(jù)國(guó)家十五規(guī)劃2010年污水處理率達(dá)60%以上的標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)投資為4500億元，若采用整體設(shè)計(jì)、施工技術(shù)，可節(jié)約土建建設(shè)資金200億元左右。更主要的是無(wú)縫水池結(jié)構(gòu)的質(zhì)量更好，耐久性更強(qiáng)?？梢源_信，隨著我國(guó)企業(yè)改革的深入、私有化進(jìn)程的加快以及人們對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性認(rèn)識(shí)的深入，預(yù)應(yīng)力無(wú)縫水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工技術(shù)會(huì)給我國(guó)的工程建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”