給排水工程超長不設縫水池的結構設計和施工

白貴斌

摘要：伴隨著城市化進程的不斷推進，市政工程也獲得了長足的發展，給水、排水工程也在擴大建設范圍與規模。為確保建設工程的質量，須處理好各單項工程具體的設計構造與施工作業，尤其是不設縫的超長水池。水池不設縫可提高其整體性，減小漏水及不均勻沉降等帶來的工程問題。基于此，從給水排水工程出發，探討不設縫水池超長結構有關設計、施工方面的內容。

關鍵詞：設計及施工;不設縫超長水池;給水排水工程

中圖分類號：TU991.343 文獻標志碼：A

在新世紀，隨著生產力的全面發展，給水排水工程往往涉及相當復雜的結構設計內容與施工程序，須有效管理不設縫超長水池的整體設計及施工過程，有序開展工作。同時，須引進現代化技術，提高設計技術與管理水平，控制給水排水工程的整體建設質量。

1概述

在給水排水工程當中，若水池長度適中，可有效避免開裂，若水池超長且未采取設縫處理措施，則會出現開裂現象。對未設縫的超長水池，可設下后澆帶、補償收縮加強帶、預應力等專業技術措施，避免水池的開裂現象。針對超長水池，可設置約1.0m寬的混凝土后澆帶，使水池形成一個有機的整體，可改善施工及混凝土硬化環節帶來的拉應力，但卻難以處理因季節改變而造成的溫度拉應力，隨著時間推移，也會引起開裂。很長時間以來，一直都未區分不同階段的溫差、干縮等作用，由此帶來的負面效應均附加在混凝土預應力筋上，導致較大的預應力損失，故而需要增大配筋量，這將不符合經濟性原則。除此以外，當澆筑混凝土至張拉環節，便應等待一段時長，否則也會引起干縮裂縫。

而通過從鋼筋混凝土出發設計的水池無縫專業結構方案，在施工環節通過選用補償收縮類型的混凝土，則能妥善處理干縮、水化熱溫差等效應引起的干縮裂縫。其中的預壓應力筋僅用于避免季節溫差帶來的應力影響，所以基于過去的條件，可減少需求量的35%～50%。根據具體溫差狀態，選擇最優方案，減小預應力筋，膨脹劑的使用，提高工程價值。嚴格控制在澆筑完水池后出現開裂現象，全面優化水池混凝土專業特性提高水池耐久性。相較于其他設計，除能控制超長水池不開裂外，還能降低成本投入。

2設計及施工

2.1工程概況

在某市政水池中，修建的是集水池及吸水井。總高12.8-17.45m，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，池中一共存在導流墻7道，整體結構的安全級別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黏土層。卵石層承載力300kPa，粉質黏土層承載力150kPa。

2.2方案的分析比較

針對上述集水池結構，有三種可比較和選擇的方案。（1）設縫方案。作為常規結構方案，在水池的長側，設計伸縮縫2道，在短側設計伸縮縫1道。在整個池體當中，一共存在6個部分，分別設置池壁、水池頂、底板。（2）無頂板縫方案。在結構頂部注意設下必要的預應力筋，頂板不留伸縮縫，在池壁、底板處設有變形縫。（3）不設縫超長方案。在頂部設下預應力筋，頂板不留伸縮縫，池壁、底板設下必要的后澆帶、滑動層等。

2.2.1設縫方案

在本方案當中，優勢就是具有很成熟的設計、施工專業技術，且沒有進行特殊處理，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，一般應控制伸縮縫為15～30m，所以本方案必須設多道伸縮縫，卻有增大構造復雜度、引起伸縮縫漏水或無法修復等現象。

2.2.2不在頂板設縫的方案

在本方案當中，通過預應力結構，可妥善處理水荷載下的抗裂現象。作為必要的擋墻結構設施，結構頂板、壁等的施工可視為滑動支座，以改善張拉預應力，但在使用中需要更改為固定連接方式。其中的優勢是無須在池內設下阻水墻體，并不降低水流標準條件要求。但是在下部有分塊，且不同分塊的質量、沉降均不相同，并且在溫度變化時還會變形，而形成池壁彎矩。整體優點就是池體內不必設阻水墻體，并且具有較小的變形量。但是在溫度改變下頂板變形會引起池壁附加彎矩，并且伸縮縫的設置也會延長工期、提升造價。

2.2.3不設縫超長方案

在水池設計中，需從結構雙向，統一規劃、設計伸縮縫，而伸縮縫的設置會引起諸多結構設計問題。因為池體、水位均很高，采取設縫措施后，會令不同分塊質量與剛度中心無法均勻分布，所以應在設縫位置增設必要的抗側力構件，而影響工藝水流、增大工作量。通過雙向不設縫方案并采取必要措施，可以妥善處理溫度應力缺陷。在國內處理大規模結構內部溫度應力缺陷中，主要采取的是“抗”“放”“調”。“抗”指的是按混凝土強度基本性能及結構配筋率，提升允許抗拉力或整體的抗壓應變值。此外，借助內部預壓應力及混凝土收縮力，則可與受拉變形相抵，增大溫度影響嚴重處強度。“放”指的就是創設永久性質的伸縮縫，避免溫度壓力帶來影響，減少結構變形量大小。“調”指的是綜合“抗”與“放”，利用混凝土配比設計、使用添加劑、預留施工縫、控制工藝、及時養護等，來減小水池變形量。就溫度應力很大的地方，需要設必要的預應力鋼筋，提升總的強度。此外，還應設置支撐、處理邊界，以減小結構變形量，也可設滑動層、后澆帶等，來提升結構當中的自由變形量，降低溫度應力值。

2.3不設縫水池超長結構施工

在具體的施工過程當中，按從下到上的施工順序，展開了作業。

2.3.1滑動層設在底板下面

當底板施工開始前，宜在下面設好滑動層。具體做法：將厚20mm的細砂干鋪在兩層塑料（聚乙烯）布間，控制滑動層寬約超過底板1m。這種塑料聚乙烯膜的物理力學基礎性能指標大概就是：0.91—0.94kg/m²的密度、23.71MPa的拉伸強度、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的直角裂開強度、70℃的軟化維卡溫度、60℃的脆化溫度。基于細砂組合而成干細砂層，并注意細度模數大小控制在1.6—2.2，泥含量不超1%。

2.3.2規劃后澆帶

從水池內部的底板、池壁，順豎向陸續沿水平向設下兩道結構后澆帶，后澆帶寬宜為1.0m，無需切斷后澆帶里面的鋼筋。當結構兩側混凝土澆筑結束42d后，方可開始后澆帶作業，且要在頂板建設完14d才可再施工。建設步驟：經由底板一直到池壁完成施工作業，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。不僅需要達到常規設計、施工標準要求，還須注意以下內容：在混凝土配合時，需要選擇強度高、水化熱低的水泥（如硅酸鹽普通水泥），控制粗細骨料均具有良好的級配，使堿活性指標達到規范要求。混凝土配比中，加入定量的外加劑，可改善混凝土抗裂效果。綜合考慮混凝土位置、等級、季節等因素，通過試驗確定外加劑摻人量。在預拌、輸送、澆筑、養護混凝土時，減小入模時的混凝土溫度，確保入模溫度不超過28℃，如冬季施工，溫度不低于5℃。同時，還應嚴格管理好測溫過程、溫度監測，采取信息化控制措施。控制好混凝土的溫度改變，使內外溫差小于25℃，并靈活調整好混凝土保溫、養護方法，控制溫度梯度、適宜的內部濕度，避免裂縫產生。

2.3.4頂板施工

在該水池結構中，頂板起到了關鍵的作用，除了是形成整個池體的關鍵所在外，還承擔著內水荷載與溫度拉力。在整個計劃中，宜基于有效的構造，注意在建設中連接頂板及池壁，并在投入使用后與池壁固定。通過C40、s6建設好頂板結構，其中使用的鋼筋主要通過φ15.2預應力筋形成鋼絞低松弛線。同時，還須使用強度足夠的HRB400非預應力筋。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，并布設必要的凹進表面，把結構擠壓錨用到固定的下埋端。順著隔墻方向，統一布下基本無黏結性質的預應力筋，順著隔墻直線方向展開。針對預應力無黏結鋼筋，進行二次張拉。如若混凝土強度為50%的設計強度，宜張拉該預應力筋結構，一直到50%的應力處。如果混凝土與設計強度一致，宜開始張拉預應力筋結構，一直到103%的應力。在頂板澆筑內，從各個方向均有設后澆帶兩道，并在等同地方及底板處設下后澆帶。在首次張拉預應力時，宜控制施工后澆帶與四周混凝土一起上升至設計強度的1/2。

3結語

綜上所述，伴隨人們需求的逐步提升，不設縫超長結構在市政工程中應用越來越廣泛，并取得了理想的效果。針對給排水工程，從施工期限、結構耐久性、社會經濟效益出發，開展設計、施工作業，打造出優質的不設縫超長水池。在大規模給水排水體系內廣泛應用超長水池，及時處理好伸縮水池中的滲透問題，優化水池功能，增強運行效果。