超大型混凝土水池止水結構設計及施工技術

王慶龍 王少華 張金龍 康業淵

中國葛洲壩集團國際工程有限公司 北京 100025

鋼筋混凝土結構水池是市政工程中常見的一種水池結構，應用廣泛。近年來隨著技術的進步，水池結構不斷呈現出超長、超大化的趨勢。最近由中國葛洲壩集團參與承建的卡塔爾大型戰略蓄水池項目，單體水池容量達500 000 m3，是目前世界上最大的單體鋼筋混凝土水池。

由于混凝土材料固有特性及水池結構本身特有的板（殼）體系和約束形態，導致水池容易出現一定程度的裂縫，尤其是超大型鋼筋混凝土水池，一般均為超長結構，更容易產生收縮和溫度裂縫。為控制裂縫的產生，通常需要設置伸縮縫和施工縫來減小混凝土的分塊體積和澆筑體積。而這些分縫的部位往往是整個水池結構防滲的薄弱環節，需要進行專門的止水處理，以控制滲漏。對于超大型鋼筋混凝土水池，止水結構性能直接影響工程壽命和經濟效益，需要重點關注[1-8]。

1 工程概況

卡塔爾大型戰略蓄水池項目，是為提升卡塔爾國內用水安全的國家重點項目。項目包含由多個單體鋼筋混凝土水池組成的儲水系統，用以儲存經海水淡化制取的清水，以供生產生活所用。單體水池采用矩形有蓋結構，內部分成3個隔間，每個隔間包含3道導流墻來控制水流，水池內部采用立柱支撐。水池采取半地下式的整體現澆鋼筋混凝土，尺寸為305 m×150 m×11.5 m（長×寬×高），水池鋼筋采用HRB400帶環氧涂層，水池混凝土等級為C40，采用筏板基礎。由于項目的重要性，業主對水池各方面要求嚴苛。如為提升水池結構的耐久性，水池鋼筋均采用帶環氧涂層鋼筋。為保證飲用水的安全，與池內水體接觸的材料均需為無毒環保材料。

由于水池結構尺寸規模巨大，為防止結構內部的溫度應力及沉降變形導致結構出現裂縫，水池沿長度方向設置了3道伸縮縫，伸縮縫間距77 m。混凝土結構在伸縮縫部位全部切斷，并通過設置可伸縮的傳力桿傳遞剪力。另外，為控制混凝土澆筑體積，水池結構采用分塊澆筑，單塊的平面尺寸為14.4 m×12.5 m，相鄰澆筑塊之間形成施工縫。水池結構尺寸巨大，澆筑分塊多，施工縫總長逾20 000 m。為保證伸縮縫及施工縫部位抗滲功能的可靠性，本項目對分縫位置進行了專門的止水結構設計。

2 止水結構設計

2.1 伸縮縫止水結構

本項目伸縮縫間距大，遠超國內規范要求的30 m限制。為滿足伸縮變形需要，縫寬設計為50 mm，伸縮量±50 mm（國內縫寬一般不超過30 mm）。為保證伸縮縫部位防滲功能的可靠性，伸縮縫部位采用3道PVC柔性止水帶＋高性能防水膠帶的止水結構布置形式，自池內向外依次為高性能防水膠帶、止水頂帽、中埋止水帶、外貼止水帶，具體如圖1所示。其中各PVC止水帶選用50 mm縫寬專用形式，具體見表1。

圖1 伸縮縫止水設計典型斷面

表1 伸縮縫止水結構材質及形式

相較于常規的止水設計，本項目池壁內部使用了高性能防水膠帶止水結構。該結構是一種較為新型的止水技術，在沙特、法國等地的蓄水及地下工程中已有運用。該止水結構主要由柔性聚烯烴材質的防水帶和特制的環氧樹脂黏膠組成，黏膠施涂硬化后可將防水帶牢固地貼合在縫的兩側，防止水分進入縫內。同時防水帶良好的彈性又可適應縫的變形，從而起到良好的防水效果，如圖2所示。

圖2 高性能防水膠帶結構示意

另外，本項目在施工縫頂面埋設PVC止水頂帽（圖3），代替了常規的嵌縫密封膏處理方式。相較于常規的密封膏，PVC止水頂帽安裝方便，耐久性好，可免去后續因密封膏老化而進行的維護作業。除高性能防水膠帶和止水頂帽之外，伸縮縫還設置了具有高延展度的PVC中埋止水帶和外貼止水帶，一共形成了4道止水結構，高于國內類似工程的止水設計標準。

圖3 伸縮縫止水頂帽結構示意

2.2 施工縫止水結構

本項目施工縫總量大，滲漏風險較高。為保證抗滲的可靠性，施工縫部位也采用4層止水結構設計，具體如圖4所示。自池內向外依次為高性能防水膠帶、膨脹止水條、中埋止水帶、外貼止水帶。由于施工縫部位可能出現的變形量遠小于伸縮縫，因此選用窄型的高性能防水膠帶。另外，中埋止水帶及外貼止水帶選用施工縫專用PVC止水帶。各止水結構材質及形式見表2。

圖4 施工縫止水設計典型斷面

表2 施工縫止水結構材質及形式

3 止水結構施工技術

本項目伸縮縫與施工縫部位結構復雜，在4道止水結構中，除高性能防水膠帶外，其余結構需在混凝土澆筑時埋設，安裝工序多。另外，各部件需要位置和姿態準確，才能在后續工作中正常發揮作用，施工精度要求高。因此，需要采用專門的施工方法，并進行重點控制。

3.1 伸縮縫止水結構施工

本項目伸縮縫除止水結構外，還設有2層傳力桿和填料板。其中外貼止水帶、中埋止水帶、止水頂帽及傳力桿需要在混凝土澆筑時埋設，安裝固定部件較多。為簡化程序，提高縫面澆筑質量，填料板采用后裝方式，即先期采用膠合板作為端模，待一側縫面澆筑完成后，再安裝填料板。另外，為滿足各部件安裝需要，施工中將伸縮縫端模沿中埋止水帶分成兩部分，并在傳力桿位置對端模進行穿孔，通過端模及扎絲固定止水帶及傳力桿。結合不同部位，具體施工方法如下。

1）底板伸縮縫。先沿伸縮縫軸線鋪設外貼止水帶，并保證止水帶中心線與施工縫或伸縮縫軸線一致。然后安裝伸縮縫一側鋼筋，中埋止水帶、傳力桿和端模同步安裝，中埋止水帶及傳力桿穿孔位置夾緊密封，止水頂帽卡在端模頂端并嚴格控制端模頂面高程及水平度。為保持端模穩固，防止滑移，端模采用外撐內拉方式固定，即外面用方木斜撐，內部采用鐵絲拉緊。待澆筑完成拆模后，安裝填料板及傳力桿套筒并施作另一側鋼筋，固定止水帶另一側，完成澆筑（圖5）。

圖5 底板伸縮縫止水帶安裝示意

2）外墻伸縮縫。外墻伸縮縫施工與底板伸縮縫類似，但外貼止水帶的施工順序和端模支撐方式不同。施工時，先安裝伸縮縫一側鋼筋，中埋止水帶、傳力桿及端模同步安裝，止水頂帽卡在端模內墻面端，外貼止水帶在合模前固定在外模上。合模后，端模后設方木作為豎肋，并用連接兩側模板用的雙槽鋼連接器作為橫肋固定（圖6）。

3.2 施工縫止水結構施工

本項目施工縫數量眾多，總長度長，工作量大，施工縫施工的效率將會直接影響項目的整體進度。因此，除了保證施工縫部位的施工質量外，還需采用效率高的施工方法。

根據本項目施工縫特點，經研究采用了免拆模板網施工技術。免拆模板網是一種帶波浪形齒紋的開口金屬網片結構，該模板面在混凝土澆筑完成后形成粗糙縫面，可以省去拆模及鑿毛工序。根據不同部位的施工特點，本項目針對底板施工縫和外墻施工縫采用了不同的免拆模板網施工方法。

圖6 外墻伸縮縫止水帶安裝示意

1）底板施工縫。免拆模板沿垂直墻或板的方向分成4個部分，與止水帶、鋼筋網交錯布置。自下向上依次為：外貼止水帶→免拆模板網→下層鋼筋→免拆模板網→中埋止水帶→免拆模板網→上層鋼筋→免拆模板網。施工時，先鋪設外部止水帶，然后在止水帶中線位置安放混凝土預制塊和①號免拆模板網，并將①號免拆模板網固定在下層鋼筋上，然后沿施工縫安裝弓形臨時支撐筋。當施工縫高度為600 mm時，按500 mm間距布置。當施工縫高度為1 200 mm和1 600 mm時，按300 mm間距布置。支撐筋上下部分分別與上層和下層鋼筋綁扎固定。支撐筋安裝好后，安裝②、③號免拆模板網和中埋止水帶并固定，最后安裝④號免拆模板網并用方木支撐。具體如圖7所示。澆筑完成后，弓形支撐筋可拆下重復利用。

圖7 底板施工縫免拆模板網與止水帶安裝示意

2）外墻施工縫。外墻施工縫包含橫向施工縫和豎向施工縫。其中豎向施工縫的施工方法與底板施工縫類似，但免拆模板網分塊及支撐方式不同。具體為：免拆模板網以中埋止水帶為分割線，分2段安裝。墻體鋼筋安裝完成后，將免拆模板網按縱向鋼筋間距開孔，然后將免拆模板網插入縱向鋼筋進行安裝。一段免拆模板網安裝完成后，安裝中埋止水帶，然后再安裝另一段免拆模板網。最后用方木滿布在免拆模板網的后面作為豎肋，方木后用連接兩側模板用的雙槽鋼連接器作為橫肋固定。橫向施工縫不設免拆模板網，施工時，安裝固定好外貼止水帶及中埋止水帶，止水帶水平且中心保持在縫面位置（圖8）。

圖8 外墻施工縫止水帶安裝示意

膨脹止水條在施工縫一側施工完成后粘貼。粘貼前，應清理縫面并施涂配套的化學黏膠進行粘貼。膨脹止水條安裝完成后應盡快進行下一倉結構的施工，其間做好保護。

高性能防水膠帶在混凝土結構完成后進行施工。施工前，需對施膠部位進行清刷處理。施工時，先拌制專用黏膠。黏膠采用2種化學材料拌制而成，拌制時需嚴格控制材料比例，并用專用的攪拌機械攪拌。由于黏膠后期會固化，為保證伸縮縫、伸縮縫的伸縮性，先在縫面的中心粘貼隔離條，施膠后撕下隔離條，使縫兩側的黏膠形成一定寬度的隔離。

施工時，先涂刷底膠，然后鋪防水帶，之后再涂刷面膠。在涂刷底膠和面膠時，膠體需抹成中間厚兩邊薄的弧形，應控制好膠的厚度，防水帶中部上下厚度5 mm，兩邊厚度不小于2 mm。防水帶接頭采用熱熔焊接，焊接完成后需要對有無漏焊點、虛焊點等進行檢查，如有，則立即修補。

3.3 施工控制要點

在大型供水工程中，施工縫及伸縮縫的工程量巨大，工序煩瑣，一旦操作不當，極易造成質量缺陷，影響結構的防滲性能。結合工程實踐，對以下施工要點需要進行重點控制：

1）嚴格控制止水帶接頭質量。止水帶接頭采用專用接頭，在工廠加工成形，然后與止水帶進行熱熔焊接。接縫要平整牢固，不得有裂口，脫膠現象。

2）止水帶固定要位置準確、牢固可靠。其中心線要與縫中心線對正，止水帶不得有孔洞、撕裂、扭曲、褶皺等情況。

3）端模固定要穩固、緊密、不松動。端模被止水帶分成2塊，若模板加固不牢，將極易出現偏移，造成止水帶偏離縫中心位置或扭曲撕裂等情況。

4）止水帶周圍的混凝土要澆筑密實、無氣泡。盡量選用流動性好的混凝土。另外，底板部分中埋止水帶固定時，止水帶兩端應微微翹起與中心部位形成15°～30°的水平夾角，以便澆筑混凝土時排出內部空氣。

5）澆筑混凝土時，傾倒不宜集中，距縫要保持一定的距離，防止止水帶被壓癟。另外，振搗時，振搗棒距止水帶至少有10 cm的安全距離。

6）橡膠止水帶及膨脹止水條安裝后，要做好保護，防止發生損壞。特別是膨脹止水條，要防雨防水，避免浸泡引起材料性能下降。

7）在進行橫向施工縫混凝土澆筑時，高程需嚴格控制，澆筑完成的縫面應控制在止水帶中心位置附近。

8）施工縫下一倉結構施工前，需檢查縫面澆筑質量，鑿除有孔洞、未填實的免拆模板網。另外，若需鑿毛處理時，要做好止水帶的保護。

4 結語

卡塔爾大型供水工程水池結構尺寸巨大，相較于其他類似工程，結構分縫部位多，滲漏風險大。為保證工程抗滲功能的可靠性，在伸縮縫部位和施工縫部位均采用4道不同的止水結構。針對伸縮縫和施工縫復雜的止水結構，結合現場工程實際制定了專門的施工方法，并對施工要點進行重點把控。施工質量滿足了業主的要求，在后續的試水試驗中，水池結構的防滲性能表現良好，各項指標滿足業主要求。

結合卡塔爾大型供水工程實例，伸縮縫和施工縫采用的4道止水設計被證明在超大型鋼筋混凝土結構水池中可發揮穩定可靠的防滲性能。另外，針對項目伸縮縫和施工縫止水結構特點，采用的施工方法及重點控制措施，可保證止水結構的施工質量，提高施工效率，既縮短工期，又節省成本，可供類似項目借鑒。

[1] 白秀芹.淺談大型水池橡膠止水帶伸縮縫施工中關鍵技術[J].中國建材科技,2014(增刊2):153-155.

[2] 周文鋼,李曉,岳兵.超大型蓄水池密集伸縮縫、施工縫施工技術研究[J].青島理工大學學報,2016,37(6):51-56.

[3] 畢雅明.鋼筋混凝土水池設計中的裂縫控制[J].結構工程師,2009,25(3):17-23.

[4] 周洋,吳永新.綜述現澆混凝土水池施工技術及防水措施[J].黑龍江科技信息,2013(7):269.

[5] 尚書仁.高溫干燥環境下鋼筋混凝土水池施工特點及防水措施[J].給水排水,1999,25(8):60-63.

[6] 許志.淺談大型地下水池防水施工技術[J].建筑,2014(10):76-78.

[7] 張鎧.水工建筑物伸縮縫質量控制研究[D].天津:天津大學,2015.

[8] 王昌前.矩形鋼筋混凝土水池的結構分析與設計[D].湘潭:湘潭大學,2015.