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【摘 要】 钢筋混凝土水池产生结构裂缝是在现场施工过程中经常遇到的问题，本文浅谈了水池工程混凝土结构裂缝产生的原因，从设计、施工等方面探讨了防止水池结构产生裂缝的几种措施。
【关键词】 混凝土；水池；裂缝
【中图分类号】 TU528.573 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2013）01-004-02
连云港市第三水厂扩建工程，扩建规模为10万m3/d，包括中置式高密度沉淀池、V型滤池、清水池、污泥提升泵房、反冲洗泵房、储泥池等单体构筑物及配电间、鼓风机房等附属建筑。构筑物单体全部为钢筋混凝土水池结构。如何有效地减少和防止这些建筑物出现裂缝，需要在工程实践中不断总结形成裂缝的主要原因，以便从设计和施工上采取的措施加以解决。
1 钢筋混凝土水池裂缝的成因
实际上，钢筋混凝土水池裂缝的成因非常复杂，有多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，比如：温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。钢筋混凝土水池裂缝的种类，就其产生的主要原因，大致可分为以下几种：
1.1 温度变化引起的裂缝。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或原有混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力，有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。（温度裂缝区别于其它裂缝的最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。）
1.2 收缩引起的裂缝。在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩 （干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。
塑性收缩：发生在施工过程中、混凝土浇筑后4～5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实。
缩水收缩（干缩）：混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面就容易出现龟裂裂纹。
1.3 沉陷引起的裂缝。沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系.裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
1.4 施工不当引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放等过程中，若施工工艺不合理施工质量低劣，容易 产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝。裂缝出现的部位、走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型和常见的有：
1.4.1 因水池池壁较薄，每次支立的模板相对较高，当混凝土和易性欠佳或浇注方法不当时，拌合物一旦产生离析，就会使混凝土不均匀，局部出现空洞、蜂窝、麻面等现象。
1.4.2 预埋件未焊好止水板（环），预埋件安装前未将锈皮或油渍清除干净，影响与混凝土的粘结， 形成裂缝而致漏水、预埋件周围的混凝土未浇捣密实，形成蜂窝、孔洞，同混凝土毛细孔连通，引起漏水。尤其在预埋件稠密处，更易发生此类问题。此外预埋件固定不牢，在受外力碰撞或振动时产生松动，与砼之间形成裂缝。
1.4.3 固定模板的对拉螺栓（或铁丝）部位形成裂缝而致漏水，主要原因是对拉螺栓未加焊止水环或加焊止水环而未满焊。而铁丝穿过防水砼结构，形成缝隙而致漏水。
1.4.4 钢筋施工不当形成裂缝而致漏水，主要原因是绑扎钢筋时，未按规定设置足够的保护层，或留保护层的方法不当，致使钢筋与模板直接接触，或有贯通内外壁的钢筋、铁丝等，当采用铁马凳架设钢筋时，（在不能取掉的情况下）没有在铁马凳上加焊止水环，水沿铁马凳渗入砼结构。
1.4.5 施工质量控制差，任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。
2 设计构造措施
混凝土是一种复合材料，其自身的约束和外界条件的约束影响都十分复杂，产生裂缝的原因也比较复杂，对于温度应力的计算理论还偏于近似范畴。因此在设计计算过程中，除根据具体条件作应力计算外，采用一系列综合性构造措施对控制裂缝是十分必要的。根据工程的具体情况可以选用以下几种处理方法：
2.1 减少边界约束。结构伸缩变形产生的应力用结构强度抵抗既不经济，也难于实施，宜采用“放”的办法，尽量减少对构筑物的边界约束，保证结构在变形时能够自由伸缩，以达到释放应力的目的。
由于工艺要求，构筑物的形状和尺寸千变万化，某些结构形状对构筑物的自由变形极为不利，应视工程的具体情况，采用适当的方法处理。例如当地基为岩石或其它坚硬土层时，应设置柔性隔离层，使结构能够自由伸缩变形，避免产生裂缝。 2.2 设置后浇带。设置后浇带是结构工程设计施工的常用方法。后浇带可以有效地释放混凝土硬化和养护期间的收缩，消除因施工期的变形引起的结构附加应力。但后浇带施工比较麻烦，增加工程的施工时间，后浇带处理不好还会影响水池结构的水密性。
2.3 使用外加剂。随着工程技术的快速发展，混凝土外加剂的性能和使用也得到很大提高。在混凝土中掺加膨胀剂，混凝土的膨胀量可以部分抵消混凝土硬化和养护期间的收缩变形，改善结构使用期间温度变形的适应能力，防止温度裂缝。《规范》对在混凝土中掺加可靠外加剂的构筑物可根据经验确定最大伸缩缝间距。但值得注意的是，掺加防水剂时一定要注明对防水剂的限制膨胀率的要求。因为膨胀剂和防水剂的行业标准不同，防水剂中的检验指标没有限制膨胀率要求，如果使用没有膨胀限制的防水剂，其后果是难以想象的。使用膨胀剂的另一个误区是认为掺加膨胀剂后结构可以无限制地超长。膨胀剂的作用是在施工期间混凝土产生膨胀以补偿硬化和养护期间的收缩变形量，是特定时期的恒定量，而结构的温度变形是随环境温度的变化而变化，是客观存在的自然规律，膨胀剂的效能不能改变温度变形，只能避免因温度变形与混凝土硬化收缩变形量叠加值而产生过大变形。
2.4 加强整体刚度和抗裂度。采用扶壁式挡水池形式，扶壁和底板连接处，应设置加强腋角增大转角处刚度，分散池角应力；为了防止池壁产生贯穿裂缝和减少表面裂缝，钢筋应对称设置，沿板底上、下两层，沿壁体左右两层，钢筋尽量细些，但如果完全采用细钢筋，则施工刚度不够，可粗细搭配，含钢率控制在0.3～0.4% 范围内；池壁顶部增设圈梁（暗梁）；转角或孔边作构造筋加强，转角处增配斜向钢筋或钢筋网片；采取合理的结构布置和围护措施以减少温、湿度对结构的影响等；
3 施工技术控制
3.1 混凝土的浇注与养护。为了严格控制由于施工原因造成的裂缝产生和发展，除严格执行设计技术要求外，施工人员还应注意以下几点：
3.1.1 模板要求。模板应牢固、密实，不得漏浆。模板发生变形和漏浆，极易引起水池漏水。内、外模之间不宜用拉筋固定，因为混凝土发生收缩将在拉筋处出现渗漏点；当无法避免使用拉筋时，应在每一根拉筋上加焊止水环。为了减少施工缝，池壁最好一次支模，一次浇注到顶。
3.1.2 混凝土浇注。由于水池池壁相对较薄，为避免混凝土产生分层、离析，浇注时应格控制拌合物的自由落差。一般自由落差不应超过1.5m，可以使用串筒来减缓拌合物的自由下落，也可以在侧面模板上开窗口直接输送混凝土。浇注可分层分段进行，但应注意层与层、段与段之间的浇注时间间隔不得超过初凝时间，以免出现施工缝。混凝土浇注时，对侧面模板压力很大，应注意控制初凝前的浇注高度不要过大，并要随时观测和检查模板、支撑的变形情况，以防发生跑模现象。
3.1.3 严格控制水灰比。水灰比一般控制在0.5左右，1m3混凝土水泥用量在320kg左右，据测定，1m3混凝土中每增减10kg水泥 ，温度相应升降1℃。
3.1.4 提高混凝土振捣的质量。抗渗混凝土应全面细致地进行振捣。投料和振捣要形成一定的顺序， 防止漏振、欠振。要在下层混凝土初凝前投放上层混凝土，振捣棒宜插入下层混凝土中5～10cm，以保证接层部位混凝土的质量。每次投料后应从底层开始，渐渐上移进行振捣，这样可以避免拌合物离析。要严格控制振捣时间，以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准，不得欠振或超振。
3.1.5 养护。混凝土终凝后即应洒水养护，拆除模板后也要定时浇水，以保持表面湿润。为防止出现干缩裂缝及温度裂缝，最好在表面覆盖塑料薄膜或麻袋草帘进行保温、保湿、养护。
3.2 个别部位的处理。
3.2.1 施工缝的处理。当混凝土不能一次浇注完毕时，可以设施工缝。但顶板与底板最好一次浇筑完成，不宜留施工缝。施工缝也不宜留在底板与池壁交界处，应设在高于底板500mm的池壁上。池壁留施工缝时，应设置橡胶止水带或止水钢板，将橡胶止水带或止水钢板的一半埋入下层混凝土中，另一半浇在接灌混凝土中。接灌混凝土前，要将原有混凝土表面浮浆凿去，并认真清理冲洗后再浇注新混凝土。
3.2.2 预埋件的处理。当水池设有预埋件时，要注意不要使预埋部分穿透池壁或池底板，以免造成渗漏通道。预埋件可以和钢筋点焊在一起，保证位置准确、固定牢固。当必须穿透模板时，应在每一个预埋件上加焊止水环。预埋件穿过模板处要堵塞严密，不得漏浆。混凝土浇注时，要注意将预埋件下方的混凝土振捣好，防止出现空洞、蜂窝。
4 结束语
水处理钢筋混凝土水池的设计与施工实践说明，水池的裂缝产生和发展是可以从根本上得到控制的和减少的。我们必须重视温差及混凝土收缩、水化热、内外约束、以及不均匀沉降等对水池裂缝宽度的影响，在满足工艺要求的前提下，合理的结构设计，正确的施工方法是工程质量的重要保证。
【关键词】 混凝土；水池；裂缝
【中图分类号】 TU528.573 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2013）01-004-02
连云港市第三水厂扩建工程，扩建规模为10万m3/d，包括中置式高密度沉淀池、V型滤池、清水池、污泥提升泵房、反冲洗泵房、储泥池等单体构筑物及配电间、鼓风机房等附属建筑。构筑物单体全部为钢筋混凝土水池结构。如何有效地减少和防止这些建筑物出现裂缝，需要在工程实践中不断总结形成裂缝的主要原因，以便从设计和施工上采取的措施加以解决。
1 钢筋混凝土水池裂缝的成因
实际上，钢筋混凝土水池裂缝的成因非常复杂，有多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，比如：温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。钢筋混凝土水池裂缝的种类，就其产生的主要原因，大致可分为以下几种：
1.1 温度变化引起的裂缝。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或原有混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力，有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。（温度裂缝区别于其它裂缝的最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。）
1.2 收缩引起的裂缝。在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩 （干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。
塑性收缩：发生在施工过程中、混凝土浇筑后4～5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实。
缩水收缩（干缩）：混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面就容易出现龟裂裂纹。
1.3 沉陷引起的裂缝。沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系.裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
1.4 施工不当引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放等过程中，若施工工艺不合理施工质量低劣，容易 产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝。裂缝出现的部位、走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型和常见的有：
1.4.1 因水池池壁较薄，每次支立的模板相对较高，当混凝土和易性欠佳或浇注方法不当时，拌合物一旦产生离析，就会使混凝土不均匀，局部出现空洞、蜂窝、麻面等现象。
1.4.2 预埋件未焊好止水板（环），预埋件安装前未将锈皮或油渍清除干净，影响与混凝土的粘结， 形成裂缝而致漏水、预埋件周围的混凝土未浇捣密实，形成蜂窝、孔洞，同混凝土毛细孔连通，引起漏水。尤其在预埋件稠密处，更易发生此类问题。此外预埋件固定不牢，在受外力碰撞或振动时产生松动，与砼之间形成裂缝。
1.4.3 固定模板的对拉螺栓（或铁丝）部位形成裂缝而致漏水，主要原因是对拉螺栓未加焊止水环或加焊止水环而未满焊。而铁丝穿过防水砼结构，形成缝隙而致漏水。
1.4.4 钢筋施工不当形成裂缝而致漏水，主要原因是绑扎钢筋时，未按规定设置足够的保护层，或留保护层的方法不当，致使钢筋与模板直接接触，或有贯通内外壁的钢筋、铁丝等，当采用铁马凳架设钢筋时，（在不能取掉的情况下）没有在铁马凳上加焊止水环，水沿铁马凳渗入砼结构。
1.4.5 施工质量控制差，任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。
2 设计构造措施
混凝土是一种复合材料，其自身的约束和外界条件的约束影响都十分复杂，产生裂缝的原因也比较复杂，对于温度应力的计算理论还偏于近似范畴。因此在设计计算过程中，除根据具体条件作应力计算外，采用一系列综合性构造措施对控制裂缝是十分必要的。根据工程的具体情况可以选用以下几种处理方法：
2.1 减少边界约束。结构伸缩变形产生的应力用结构强度抵抗既不经济，也难于实施，宜采用“放”的办法，尽量减少对构筑物的边界约束，保证结构在变形时能够自由伸缩，以达到释放应力的目的。
由于工艺要求，构筑物的形状和尺寸千变万化，某些结构形状对构筑物的自由变形极为不利，应视工程的具体情况，采用适当的方法处理。例如当地基为岩石或其它坚硬土层时，应设置柔性隔离层，使结构能够自由伸缩变形，避免产生裂缝。 2.2 设置后浇带。设置后浇带是结构工程设计施工的常用方法。后浇带可以有效地释放混凝土硬化和养护期间的收缩，消除因施工期的变形引起的结构附加应力。但后浇带施工比较麻烦，增加工程的施工时间，后浇带处理不好还会影响水池结构的水密性。
2.3 使用外加剂。随着工程技术的快速发展，混凝土外加剂的性能和使用也得到很大提高。在混凝土中掺加膨胀剂，混凝土的膨胀量可以部分抵消混凝土硬化和养护期间的收缩变形，改善结构使用期间温度变形的适应能力，防止温度裂缝。《规范》对在混凝土中掺加可靠外加剂的构筑物可根据经验确定最大伸缩缝间距。但值得注意的是，掺加防水剂时一定要注明对防水剂的限制膨胀率的要求。因为膨胀剂和防水剂的行业标准不同，防水剂中的检验指标没有限制膨胀率要求，如果使用没有膨胀限制的防水剂，其后果是难以想象的。使用膨胀剂的另一个误区是认为掺加膨胀剂后结构可以无限制地超长。膨胀剂的作用是在施工期间混凝土产生膨胀以补偿硬化和养护期间的收缩变形量，是特定时期的恒定量，而结构的温度变形是随环境温度的变化而变化，是客观存在的自然规律，膨胀剂的效能不能改变温度变形，只能避免因温度变形与混凝土硬化收缩变形量叠加值而产生过大变形。
2.4 加强整体刚度和抗裂度。采用扶壁式挡水池形式，扶壁和底板连接处，应设置加强腋角增大转角处刚度，分散池角应力；为了防止池壁产生贯穿裂缝和减少表面裂缝，钢筋应对称设置，沿板底上、下两层，沿壁体左右两层，钢筋尽量细些，但如果完全采用细钢筋，则施工刚度不够，可粗细搭配，含钢率控制在0.3～0.4% 范围内；池壁顶部增设圈梁（暗梁）；转角或孔边作构造筋加强，转角处增配斜向钢筋或钢筋网片；采取合理的结构布置和围护措施以减少温、湿度对结构的影响等；
3 施工技术控制
3.1 混凝土的浇注与养护。为了严格控制由于施工原因造成的裂缝产生和发展，除严格执行设计技术要求外，施工人员还应注意以下几点：
3.1.1 模板要求。模板应牢固、密实，不得漏浆。模板发生变形和漏浆，极易引起水池漏水。内、外模之间不宜用拉筋固定，因为混凝土发生收缩将在拉筋处出现渗漏点；当无法避免使用拉筋时，应在每一根拉筋上加焊止水环。为了减少施工缝，池壁最好一次支模，一次浇注到顶。
3.1.2 混凝土浇注。由于水池池壁相对较薄，为避免混凝土产生分层、离析，浇注时应格控制拌合物的自由落差。一般自由落差不应超过1.5m，可以使用串筒来减缓拌合物的自由下落，也可以在侧面模板上开窗口直接输送混凝土。浇注可分层分段进行，但应注意层与层、段与段之间的浇注时间间隔不得超过初凝时间，以免出现施工缝。混凝土浇注时，对侧面模板压力很大，应注意控制初凝前的浇注高度不要过大，并要随时观测和检查模板、支撑的变形情况，以防发生跑模现象。
3.1.3 严格控制水灰比。水灰比一般控制在0.5左右，1m3混凝土水泥用量在320kg左右，据测定，1m3混凝土中每增减10kg水泥 ，温度相应升降1℃。
3.1.4 提高混凝土振捣的质量。抗渗混凝土应全面细致地进行振捣。投料和振捣要形成一定的顺序， 防止漏振、欠振。要在下层混凝土初凝前投放上层混凝土，振捣棒宜插入下层混凝土中5～10cm，以保证接层部位混凝土的质量。每次投料后应从底层开始，渐渐上移进行振捣，这样可以避免拌合物离析。要严格控制振捣时间，以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准，不得欠振或超振。
3.1.5 养护。混凝土终凝后即应洒水养护，拆除模板后也要定时浇水，以保持表面湿润。为防止出现干缩裂缝及温度裂缝，最好在表面覆盖塑料薄膜或麻袋草帘进行保温、保湿、养护。
3.2 个别部位的处理。
3.2.1 施工缝的处理。当混凝土不能一次浇注完毕时，可以设施工缝。但顶板与底板最好一次浇筑完成，不宜留施工缝。施工缝也不宜留在底板与池壁交界处，应设在高于底板500mm的池壁上。池壁留施工缝时，应设置橡胶止水带或止水钢板，将橡胶止水带或止水钢板的一半埋入下层混凝土中，另一半浇在接灌混凝土中。接灌混凝土前，要将原有混凝土表面浮浆凿去，并认真清理冲洗后再浇注新混凝土。
3.2.2 预埋件的处理。当水池设有预埋件时，要注意不要使预埋部分穿透池壁或池底板，以免造成渗漏通道。预埋件可以和钢筋点焊在一起，保证位置准确、固定牢固。当必须穿透模板时，应在每一个预埋件上加焊止水环。预埋件穿过模板处要堵塞严密，不得漏浆。混凝土浇注时，要注意将预埋件下方的混凝土振捣好，防止出现空洞、蜂窝。
4 结束语
水处理钢筋混凝土水池的设计与施工实践说明，水池的裂缝产生和发展是可以从根本上得到控制的和减少的。我们必须重视温差及混凝土收缩、水化热、内外约束、以及不均匀沉降等对水池裂缝宽度的影响，在满足工艺要求的前提下，合理的结构设计，正确的施工方法是工程质量的重要保证。