巖土工程師輔導(dǎo)：地下水池設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)看法

　　隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，城市的不斷發(fā)展擴(kuò)大，人們生活、工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的需要，水池類(lèi)構(gòu)筑物工程的建設(shè)逐年增多。下面從結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的角度對(duì)水池設(shè)計(jì)所涉及的一些問(wèn)題，談?wù)劚救说目捶ā?/p>

　　一、設(shè)計(jì)地下水位的合理確定水池的設(shè)計(jì)與地下水位的標(biāo)高密切相關(guān)。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯(cuò)誤及抗浮不夠等工程事故時(shí)有發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范，地下水位應(yīng)根據(jù)地方水文資料，考慮可能出現(xiàn)的最高地下水位[1].一般設(shè)計(jì)均取用水文資料的最高地下水位。在50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，一般水工構(gòu)筑物地下水可變作用的取用按“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”原則確定，不考慮罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地質(zhì)勘察報(bào)告所提供的地下水位未能從地方水文資料分析得出，而僅反映勘測(cè)期間的地下水位情況。如果詳勘在當(dāng)?shù)乜菟谶M(jìn)行，所提供的地下水位標(biāo)高將無(wú)法被設(shè)計(jì)取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計(jì)算的失誤。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)了解當(dāng)?shù)氐乃那闆r，對(duì)未滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的地質(zhì)勘察報(bào)告要求予以補(bǔ)充。要求考慮當(dāng)?shù)赜袩o(wú)暴雨、臺(tái)風(fēng)的影響，是否會(huì)出現(xiàn)由于地表水不能及時(shí)排除而引起地下水位提高。土建設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合對(duì)地下水位和地質(zhì)情況的了解，與水工藝設(shè)計(jì)人員一起決定水池的基底標(biāo)高，綜合工藝流程要求、土建造價(jià)、運(yùn)營(yíng)成本、投產(chǎn)年限等諸多因素，制定出方案。例如當(dāng)?shù)叵滤惠^高或地質(zhì)剖面有流沙層時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮是否可適當(dāng)抬高基底標(biāo)高，減少浮力對(duì)結(jié)構(gòu)影響及避開(kāi)流沙層。

　　二、伸縮縫和后澆帶的設(shè)置1.伸縮縫的設(shè)置

　　根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，矩形構(gòu)筑物最大伸縮縫間距一般為20～30m.近年來(lái)，一方面工藝所要求的水池長(zhǎng)度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)范間距;另一方面隨著建筑材料、施工方法的改進(jìn)，又為超長(zhǎng)水池不設(shè)縫、少設(shè)縫提供了可能。設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)地基、氣溫等工程情況，考慮是否設(shè)縫及相應(yīng)的施工方法，認(rèn)真進(jìn)行計(jì)算并采取適當(dāng)設(shè)計(jì)措施。

　　一般水池設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、裂縫開(kāi)展寬度、抗浮等計(jì)算，一般均能按規(guī)范要求考慮得較好，但是由于溫度、變形以及不均勻沉降所引起的開(kāi)裂，在工程中卻常常遇到。大多數(shù)出現(xiàn)裂縫的工程實(shí)例表明，設(shè)計(jì)對(duì)溫度、混凝土收縮變形等影響因素的考慮欠缺是問(wèn)題的主要原因。

　　筆者認(rèn)為以下兩點(diǎn)需重視：①水池類(lèi)構(gòu)筑物并非必須保證不開(kāi)裂，對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)講重要的是做好裂縫的控制。一方面設(shè)計(jì)人員要事先對(duì)可能的不利因素及其影響予以預(yù)防，另一方面在施工過(guò)程中萬(wàn)一發(fā)生較大裂縫要有相應(yīng)的處理方法及技術(shù)措施，確保工程交付驗(yàn)收及投產(chǎn)后的安全生產(chǎn)及運(yùn)行需要。一般說(shuō)來(lái)，影響裂縫的主要因素是溫差及混凝土的收縮，溫度越高越易開(kāi)裂，裂縫的數(shù)量及寬度也越大;混凝土收縮越大，裂縫的數(shù)量及寬度也越大。因此，設(shè)計(jì)人員要從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面來(lái)加強(qiáng)控制。設(shè)計(jì)方面，增加配筋率或減小鋼筋直徑能增加混凝土的極限拉伸，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中處或大體積混凝土中沿截面均勻配置細(xì)、密的構(gòu)造鋼筋或鋼筋網(wǎng)片，可提高構(gòu)件的抗裂能力。施工方面，不要過(guò)分強(qiáng)調(diào)加快工程進(jìn)度，不要過(guò)分追求水泥的早高強(qiáng)，尤其不要不分場(chǎng)合地使用早強(qiáng)型(R型)水泥。在混凝土中考慮摻加緩凝劑和減水劑，降低水灰比，適當(dāng)增加粉煤灰的用量，減少水泥用量?；炷琳駥?shí)成型后，要盡早表面覆蓋，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間，特別是夏季和大風(fēng)天氣。

　?、诩訌?qiáng)對(duì)允許伸縮縫間距的計(jì)算。從設(shè)計(jì)方案來(lái)講，設(shè)計(jì)盡可能采用無(wú)縫設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足施工的連續(xù)性及減少施工難度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要詳細(xì)收集相關(guān)資料，針對(duì)地基軟硬及溫差大小，選擇伸縮縫的間距。一般水池設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮施工階段的最不利溫差和混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差，保證由于綜合溫差對(duì)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力與混凝上相應(yīng)齡期的極限抗拉強(qiáng)度之比值符合安全要求，并按此條件復(fù)核設(shè)計(jì)假定的伸縮縫間距是否滿(mǎn)足。最不利溫差一般可采用混凝土澆筑時(shí)氣溫與混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度之差。當(dāng)構(gòu)筑物及時(shí)回填土?xí)r，由于地下溫度一般常年變化不大，混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度可近似取當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟?但如果工程施工周期較長(zhǎng)，可能要越冬后回填情況，混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度應(yīng)取當(dāng)?shù)卦缕骄畹蜏囟萚2].對(duì)設(shè)計(jì)考慮設(shè)置伸縮縫情況，建議伸縮縫從基礎(chǔ)墊層就斷開(kāi)，這樣計(jì)算底板伸縮縫間距時(shí)，基底土對(duì)混凝土底板的約束系數(shù)Cx值才切合實(shí)際。

　　2.后澆帶的設(shè)置

　　當(dāng)設(shè)計(jì)較長(zhǎng)矩形水池時(shí)，設(shè)計(jì)可采用后澆帶或UEA加強(qiáng)帶等施工方法來(lái)減少混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差及不利溫差[3].后澆帶的設(shè)置可避免部分不利的施工前階段溫差及混凝土前期收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差，從而增大了構(gòu)筑物伸縮縫的允許間距。后澆帶的間距首先應(yīng)考慮要能有效地削減溫度收縮應(yīng)力，其次考慮與施工縫結(jié)合。在正常的施工條件下，后澆帶的間距宜為20～30m.后澆帶的保留時(shí)間當(dāng)然越長(zhǎng)越好，但必須在施工期間不要影響后續(xù)工序，一般不應(yīng)少于40天，最宜60天(考慮施工可能)。在此期間，混凝土水化熱引起的早期溫差影響基本消失，以及混凝土有不少于30%的收縮已完成[4].當(dāng)設(shè)計(jì)采用UEA混凝土加強(qiáng)帶時(shí)，依靠加強(qiáng)帶UEA混凝土較大的膨脹應(yīng)變，補(bǔ)償兩側(cè)混凝土的溫差應(yīng)變。UEA加入到普通混凝土中，拌水后和水泥組份共同作用，生成大量膨脹結(jié)晶水化物——水化硫鋁酸鈣(C3A.3CaSO4.32H2O)，使混凝土產(chǎn)生適度膨脹。在約束條件下，它通過(guò)水泥石與鋼筋的粘結(jié)，使鋼筋張拉，被張拉的鋼筋對(duì)混凝土本身產(chǎn)生壓縮應(yīng)力(稱(chēng)為化學(xué)預(yù)應(yīng)力或自應(yīng)力)，在混凝土中產(chǎn)生0.2～0.7Mpa的自應(yīng)力值，可大致抵消由于混凝土硬化過(guò)程中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力。即摻加UEA的混凝土的拉應(yīng)力接近于零，或小于0.1～0.2mm/m.從而防止或減少混凝土的收縮開(kāi)裂，并使混凝土致密化，提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂防滲能力。設(shè)計(jì)人員可通過(guò)對(duì)UEA摻量的調(diào)配，補(bǔ)償混凝土的收縮，使混凝土收縮當(dāng)量溫差≤0，同樣達(dá)到增大伸縮縫的允許間距目的。

　　三、土建與水工藝、設(shè)計(jì)與施工間的配合在水池設(shè)計(jì)過(guò)程中，土建設(shè)計(jì)人員要了解水工藝設(shè)計(jì)要求，例如較大水池壁與壁之間、壁板與底板之間的構(gòu)造加腋(八字角)要求是否會(huì)對(duì)工藝造成影響，如果工藝要求不允許加腋，土建設(shè)計(jì)人員則要首先滿(mǎn)足工藝的要求，采用其他措施來(lái)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的要求。設(shè)計(jì)人員應(yīng)以設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，各專(zhuān)業(yè)之間互相配合，對(duì)一些構(gòu)造措施應(yīng)區(qū)別情況靈活掌握使用。

　　設(shè)計(jì)與施工息息相關(guān)。設(shè)計(jì)在計(jì)算中已考慮施工諸多因素，比如水灰比、用水量、混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)、后澆帶間隔天數(shù)等等，這些設(shè)計(jì)條件必須向施工單位詳細(xì)說(shuō)明，做好相關(guān)的技術(shù)交底，并要求施工單位逐一落實(shí)。而要做好這些又要求設(shè)計(jì)人員要了解施工，了解施工中新材料、新技術(shù)、新方法，了解施工順序，施工對(duì)設(shè)計(jì)的要求，使設(shè)計(jì)切合施工、方便施工。例如水池施工為便于支模及澆筑混凝土，一般在離池底及加腋以上300～500mm處留置施工縫，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮施工要求，在此范圍避免設(shè)計(jì)有預(yù)留洞口、預(yù)埋管道、懸挑梁板等。

　　在水池設(shè)計(jì)中，一方面設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合具體情況，以較少的工程造價(jià)建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，另一方面設(shè)計(jì)人員對(duì)施工未按規(guī)范進(jìn)行施工等施工失誤所產(chǎn)生的滲漏裂縫處理，也應(yīng)有所了解、準(zhǔn)備，對(duì)當(dāng)前常用處理裂縫及堵漏方法、所用材料應(yīng)有所了解，以便更好地完成設(shè)計(jì)的后期服務(wù)。

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