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摘要：在给排水及环境工程等建设项目中，钢筋混凝土水池成为设计的主要内容。考虑到水池的抗渗防裂性能对其正常使用及运转有着至关重要的作用，水池的结构设计必须重视裂缝的控制。文章对钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制进行了探讨。
关键词：钢筋混凝土；水池设计；裂缝控制
钢筋混凝土结构在受力状态下出现裂缝是一种普遍存在的现象，如混凝土因荷载作用下的拉应力、或是温度收缩引起的拉应力等而出现的裂缝等。一般而言，在普通的钢筋混凝土结构中要求完全避免出现裂缝，是不现实也是完全没有必要的。为了在水池结构设计中做好裂缝控制工作，有必要先对水池中易发生破坏性裂缝的各种情况作一了解。
一、水池裂缝的成因
1、荷载作用造成的裂缝
当结构在外部荷载（各种恒、活载；水、土压力；地基反力等）作用下，因受力性能不足，产生了过大变形，使裂缝发生并发展为破坏性裂缝。这种由荷载作用造成的裂缝的产生，主要是由于设计时采用的基础资料有误或是设计中考虑不周、计算疏忽等失误造成。
2、混凝土收缩造成裂缝
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，由于受到支座或原有混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。因此，水池结构中的混凝土早期收缩裂缝主要出现在裸露表面，混凝土硬化后的收缩裂缝出现在结构件的中部附近较多。
3、温度变化引起的裂缝
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。这种裂缝一般只在混凝土表面较浅的范围内产生。
4、由于材料质量造成的裂缝
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。要避免水池结构产生破坏性裂缝，混凝土用料是否适当及材料质量能否保证，起着重要的作用。
二、水池设计中的裂缝控制
钢筋混凝土水池在非荷载下的裂缝与设计、原材料、施工等几方面息息相关，影响因素多而复杂，设计时考虑施工措施，并和施工单位密切配合，通过对设计过程和施工过程的双重控制，对水池的裂缝控制一定可以取得令人满意的效果。
1、荷载作用裂缝的控制
荷载作用裂缝的控制，即在水池设计过程中对水池各部位可能产生最大拉应力截面的裂缝进行计算分析和验算，使之满足裂缝宽度限值。完整、准确的设计基础资料是避免荷载作用裂缝的重要保障。如地下水位、土层情况均会影响水池的设计水土压力；基础持力层特性直接影响池体沉降以及变形情况等等。在存在完整、准确的设计基础资料的基础上，合理的计算模型和合理的荷载组合是确保计算结果与水池的实际受力状态一致的重要保障。在水池的设计阶段应注意以下问题：（1）合理的地基假定。基础梁和板计算过程中应选择合理的地基假定，目前常用的计算水池地基反力的假定有地基反力直线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定，但三者的计算结果误差较大。为此，在选择假定时应综合考虑假定的适用条件以及水池实际受力情况。（2）合理的支座假定。水池各板连接部位的支承条件决定了各构件的支座假定，合理的支座假定才能保证计算结果的正确。（3）正确的最不利工况组合。在进行荷载组合时对施工、试水、检修阶段的荷载较容易疏漏。（4）极端温差出现的部位及取值是否有误等。具体设计过程如下：（1）结构方案的初步确定；（2）对初定结构方案进行初步的计算分析，根据计算分析结果对初定结构方案进行调整，尽量使水池结构体系合理、结构受力明确、经济合理、安全可靠；（3）对调整后的结构方案进行详细的力学计算分析，确定最不利工况下各控制断面的内力设计控制值；（4）进行截面配筋设计，同时还有确定需要进行裂缝控制设计的构件；（5）根据构件受力性质进行抗裂度验算或对裂缝开展宽度验算。裂缝的控制可以通过调整配筋率、钢筋规格、混凝土标号、构件截面尺寸来实现。
2、混凝土收缩和温差造成裂缝的控制
控制这类裂缝首先水池结构所使用的混凝土配合比、用料的规格和级配应满足规范要求，同时混凝土灌筑和养护除应满足规范要求外还应提出符合实际情况的设计要求。对于大型水池则可设置伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施对裂缝进行控制。此类裂缝的控制首先应根据规范规定，严格掌握混凝土配比及其用料的品种规格和级配，同时，对混凝土灌筑和养护提出设计要求。另外，对大型水池可采取设伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施。下面着重讨论大型水池的裂缝控制。根据现行规范要求，现浇钢筋混凝土水池在基底为土基时，应每隔20m（地面式）或30m（地下式或有保温措施）设一道伸缩缝，当为岩基时减为15m和20m，当为装配整体式时可加长5～10m。按此构造，一般能解除中面季节温差产生的温度应力并消减混凝土收缩的影响。由于变形缝的设置需要采取严密的构造措施来保证，对节点处理、施工及材料等都有相当高的要求，其中任何一個环节的问题，都会造成较严重的后果。规范规定，当有经验时，可在混凝土中施加可靠的外加剂或设后浇带，减少其收缩变形，从而放宽伸缩缝的最大间距限制。在一些大型水池的设计中，已开始越来越多地采用掺加添加剂、增设加强带、后浇带的方法，以减少或取消伸缩缝。掺加添加剂主要是为了增强混凝土的均匀密实性能并消减混凝土自身结硬过程中的收缩变形。
3、材料质量和构造不良造成裂缝的控制
在《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》中，对水池结构所使用的混凝土强度、混凝土的抗渗等级、混凝土的抗冻等级、混凝土的水灰比、混凝土的碱含量、混凝土热工系数等作了相应的规定，在水池的设计过程中除应遵守规范要求外还应对实际项目提出更为明确、具体和严格的要求。合理可靠的构造对裂缝的控制至关重要。合理的构造措施能够使水池计算模型与其实际受力情况相一致，确保计算的准确性。对于影响到整个结构体系的问题，一定要从确定结构方案起，就考虑好相应的构造措施。理想的计算模型必须有可靠且可行的构造措施来保证，而当难以实施相应的构造措施时，应调整计算模型使之符合实际受力情况。具体注意三个方面：首先，浇筑混凝土不应使用过期水泥或由于受潮而结块的水泥，否则将由于水化不完全而降低混凝土的抗渗性和强度。其次，水灰比越大则混凝土中多余水分蒸发后形成的毛细孔也就越多，这些孔隙是造成混凝土开裂的主要原因。砂石粒径不均匀、级配不良、粗骨料粒径过大且含量过高、含泥量过高，都会降低混凝土的和易性和密实度，易使裂缝产生和发展。另外，水池混凝土中采用的外加剂也应满足一定的要求，以免影响混凝土的抗裂性。
4、温度变化引起的裂缝的控制
尽量选用低热或中热水泥；减少水泥用量；降低水灰比；改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热；改善混凝土的搅拌加工工艺；在混凝土中掺加一定量的外加剂；高温季节浇筑时采取合理控温措施；要合理安排施工工序；加强混凝土养护。
结论
综上所述，水池设计中的裂缝控制贯穿设计的整个过程。从完整准确收集相关的基础资料开始，到采用合理的结构受力体系、准确细致的分析计算、全面可靠的结构截面设计与构造措施，直至最后的复核出图，对实现设计全过程的裂缝控制都非常重要。同时，设计中也要对材料的使用和水池的施工养护提出明确要求，以避免引发裂缝。在设计中只有尽可能多地考虑到裂缝可能产生的因素，并通过各种措施消除隐患，才能最大限度地避免水池产生破坏性的裂缝。
参考文献
[1]GB50069—2002 给水排水工程构筑物结构设计规范[S].
[2]汪正荣.建筑施工工程师手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
关键词：钢筋混凝土；水池设计；裂缝控制
钢筋混凝土结构在受力状态下出现裂缝是一种普遍存在的现象，如混凝土因荷载作用下的拉应力、或是温度收缩引起的拉应力等而出现的裂缝等。一般而言，在普通的钢筋混凝土结构中要求完全避免出现裂缝，是不现实也是完全没有必要的。为了在水池结构设计中做好裂缝控制工作，有必要先对水池中易发生破坏性裂缝的各种情况作一了解。
一、水池裂缝的成因
1、荷载作用造成的裂缝
当结构在外部荷载（各种恒、活载；水、土压力；地基反力等）作用下，因受力性能不足，产生了过大变形，使裂缝发生并发展为破坏性裂缝。这种由荷载作用造成的裂缝的产生，主要是由于设计时采用的基础资料有误或是设计中考虑不周、计算疏忽等失误造成。
2、混凝土收缩造成裂缝
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，由于受到支座或原有混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。因此，水池结构中的混凝土早期收缩裂缝主要出现在裸露表面，混凝土硬化后的收缩裂缝出现在结构件的中部附近较多。
3、温度变化引起的裂缝
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。这种裂缝一般只在混凝土表面较浅的范围内产生。
4、由于材料质量造成的裂缝
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。要避免水池结构产生破坏性裂缝，混凝土用料是否适当及材料质量能否保证，起着重要的作用。
二、水池设计中的裂缝控制
钢筋混凝土水池在非荷载下的裂缝与设计、原材料、施工等几方面息息相关，影响因素多而复杂，设计时考虑施工措施，并和施工单位密切配合，通过对设计过程和施工过程的双重控制，对水池的裂缝控制一定可以取得令人满意的效果。
1、荷载作用裂缝的控制
荷载作用裂缝的控制，即在水池设计过程中对水池各部位可能产生最大拉应力截面的裂缝进行计算分析和验算，使之满足裂缝宽度限值。完整、准确的设计基础资料是避免荷载作用裂缝的重要保障。如地下水位、土层情况均会影响水池的设计水土压力；基础持力层特性直接影响池体沉降以及变形情况等等。在存在完整、准确的设计基础资料的基础上，合理的计算模型和合理的荷载组合是确保计算结果与水池的实际受力状态一致的重要保障。在水池的设计阶段应注意以下问题：（1）合理的地基假定。基础梁和板计算过程中应选择合理的地基假定，目前常用的计算水池地基反力的假定有地基反力直线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定，但三者的计算结果误差较大。为此，在选择假定时应综合考虑假定的适用条件以及水池实际受力情况。（2）合理的支座假定。水池各板连接部位的支承条件决定了各构件的支座假定，合理的支座假定才能保证计算结果的正确。（3）正确的最不利工况组合。在进行荷载组合时对施工、试水、检修阶段的荷载较容易疏漏。（4）极端温差出现的部位及取值是否有误等。具体设计过程如下：（1）结构方案的初步确定；（2）对初定结构方案进行初步的计算分析，根据计算分析结果对初定结构方案进行调整，尽量使水池结构体系合理、结构受力明确、经济合理、安全可靠；（3）对调整后的结构方案进行详细的力学计算分析，确定最不利工况下各控制断面的内力设计控制值；（4）进行截面配筋设计，同时还有确定需要进行裂缝控制设计的构件；（5）根据构件受力性质进行抗裂度验算或对裂缝开展宽度验算。裂缝的控制可以通过调整配筋率、钢筋规格、混凝土标号、构件截面尺寸来实现。
2、混凝土收缩和温差造成裂缝的控制
控制这类裂缝首先水池结构所使用的混凝土配合比、用料的规格和级配应满足规范要求，同时混凝土灌筑和养护除应满足规范要求外还应提出符合实际情况的设计要求。对于大型水池则可设置伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施对裂缝进行控制。此类裂缝的控制首先应根据规范规定，严格掌握混凝土配比及其用料的品种规格和级配，同时，对混凝土灌筑和养护提出设计要求。另外，对大型水池可采取设伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施。下面着重讨论大型水池的裂缝控制。根据现行规范要求，现浇钢筋混凝土水池在基底为土基时，应每隔20m（地面式）或30m（地下式或有保温措施）设一道伸缩缝，当为岩基时减为15m和20m，当为装配整体式时可加长5～10m。按此构造，一般能解除中面季节温差产生的温度应力并消减混凝土收缩的影响。由于变形缝的设置需要采取严密的构造措施来保证，对节点处理、施工及材料等都有相当高的要求，其中任何一個环节的问题，都会造成较严重的后果。规范规定，当有经验时，可在混凝土中施加可靠的外加剂或设后浇带，减少其收缩变形，从而放宽伸缩缝的最大间距限制。在一些大型水池的设计中，已开始越来越多地采用掺加添加剂、增设加强带、后浇带的方法，以减少或取消伸缩缝。掺加添加剂主要是为了增强混凝土的均匀密实性能并消减混凝土自身结硬过程中的收缩变形。
3、材料质量和构造不良造成裂缝的控制
在《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》中，对水池结构所使用的混凝土强度、混凝土的抗渗等级、混凝土的抗冻等级、混凝土的水灰比、混凝土的碱含量、混凝土热工系数等作了相应的规定，在水池的设计过程中除应遵守规范要求外还应对实际项目提出更为明确、具体和严格的要求。合理可靠的构造对裂缝的控制至关重要。合理的构造措施能够使水池计算模型与其实际受力情况相一致，确保计算的准确性。对于影响到整个结构体系的问题，一定要从确定结构方案起，就考虑好相应的构造措施。理想的计算模型必须有可靠且可行的构造措施来保证，而当难以实施相应的构造措施时，应调整计算模型使之符合实际受力情况。具体注意三个方面：首先，浇筑混凝土不应使用过期水泥或由于受潮而结块的水泥，否则将由于水化不完全而降低混凝土的抗渗性和强度。其次，水灰比越大则混凝土中多余水分蒸发后形成的毛细孔也就越多，这些孔隙是造成混凝土开裂的主要原因。砂石粒径不均匀、级配不良、粗骨料粒径过大且含量过高、含泥量过高，都会降低混凝土的和易性和密实度，易使裂缝产生和发展。另外，水池混凝土中采用的外加剂也应满足一定的要求，以免影响混凝土的抗裂性。
4、温度变化引起的裂缝的控制
尽量选用低热或中热水泥；减少水泥用量；降低水灰比；改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热；改善混凝土的搅拌加工工艺；在混凝土中掺加一定量的外加剂；高温季节浇筑时采取合理控温措施；要合理安排施工工序；加强混凝土养护。
结论
综上所述，水池设计中的裂缝控制贯穿设计的整个过程。从完整准确收集相关的基础资料开始，到采用合理的结构受力体系、准确细致的分析计算、全面可靠的结构截面设计与构造措施，直至最后的复核出图，对实现设计全过程的裂缝控制都非常重要。同时，设计中也要对材料的使用和水池的施工养护提出明确要求，以避免引发裂缝。在设计中只有尽可能多地考虑到裂缝可能产生的因素，并通过各种措施消除隐患，才能最大限度地避免水池产生破坏性的裂缝。
参考文献
[1]GB50069—2002 给水排水工程构筑物结构设计规范[S].
[2]汪正荣.建筑施工工程师手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.