水池设计中的裂缝控制

水池设计中的裂缝控制
摘要：水池产生裂缝的原因多种多样，与设计、施工、使用过程中的诸多因素均有关联。

水池设计对裂缝控制起主要作用。

文中介绍了裂缝的成因及设计中控制裂缝的方法，
关键词裂缝；水池裂缝；裂缝预防；裂缝控制；
1 引言
在市政工程等建设项目中，钢筋混凝土水池为设计的主要内容。

很多时候水池裂缝影响了工程正常使用，所以水池的结构设计必须重视裂缝的控制。

水池产生裂缝的原因多种多样，与设计、施工、使用过程中的诸多因素均有关联。

本文主要探讨在水池结构设计中如何有针对性地避免破坏性裂缝的产生。

2 水池设计中的裂缝控制
2．1荷载作用裂缝的控制
荷载作用裂缝的控制，就是要求在设计时对池体各部位可能产生最大拉应力的截面进行计算分析，使之满足裂缝控制的要求。

要避免此类裂缝，首先应在水池结构设计的基础资料的收集使用中做到完整、准确。

这是因为：地下水位和土层情况的不同，会使埋地式水池的设计水土压力产生很大变化；基础持力层的不同可能直接影响基础结构形式和池体沉降变形情况；水池在试水、调试、运行、检修等各种状态下的荷载作用，则关系到内力计算的准确性；气象资料及池内水温情况，决定了温（湿）度应力计算的可靠性。

在掌握了全面可靠的荷载作用基础资料后，就需要对池体结构建立正确的计算模型和选择合理的荷载组合，以确保其内力及变形的计算值与水池的实际工作情况一致。

一般而言，此设计阶段的主要问题如下：
（1）基础梁、板计算时采用的地基假定是否合理。

目前计算水池地基反力的三种假定[ 4]（地基反力直线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定）的计算结果出入较大，所以应根据各假定的适用条件，采用与实际情况最为接近的理论进行计算。

（2）支座假定是否合理。

池体顶板、壁板、底板连接部位的支承条件决定了各构件的支座假定，采用合理的支座假定才能据此计算出正确的内力分布。

（3）荷载最不利组合是否选择正确。

一般比较容易疏漏的是施工、试水、检修阶段的荷载组合。

具体设计时，一般应首先根据结构方案进行初步的荷载和内力计算。

通过对计算结果的分析来进一步调整结构受力体系，尽量使池体结构的各部位都能做到结构合理、受力明确、经济可靠。

然后对整体结构所有结构件进行详细的力学计算，得到在各个起控制作用的工况下各控制断面的内力设计控制值。

在接下来的截面配筋设计中，应区分各构件是否需进行裂缝控制设计，若需进行裂缝控制设计，则应根据其受力性质分别进行抗裂度验算或裂缝开展宽度验算。

通过调整配筋率、钢筋规格、混凝土标号或构件截面尺寸，来达到裂缝控制
2．2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，对水池结构的材料作了相应的规定，设计时应注意遵守并针对具体项目提出更为明确和严格的要求。

首先，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。

其次，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。

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。

在保证材料质量的同时，池体各部位的构造是否合理可靠，同样对控制裂缝至关重要。

设计时,首先要通过合理的构造措施来保证水池实际受力状态与整体计算模型的一致性，然后针对各个构件、节点，都应按其在结构体系中的作用，分别采用相应的构造做法。

合理、细致的细部构造设计，能起到控制裂缝的作用。

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。

诸如应对下列问题：水池底板计算时采用何种地基反力假定，是否采用构造式底板；是采用挡墙式壁板还是整体式壁板；大型水池变形缝的设置与否及其位置和类型等等，都应针对性地采用合适的计算模型。

2．3理论计算中裂缝的控制
根据设计规范要求，裂缝控制通过抗裂度验算、裂缝开展宽度验算和构造措施来实现。

对轴心受拉或小偏心受拉构件，应按不出现裂缝控制进行抗裂度验算。

此时，构件的抗裂性能主要由混凝土抗拉强度和构件受拉截面大小决定。

对受弯或大偏心受拉（压）构件，应按限制裂缝宽度控制，在水池设计中以此类工况最多。

规范[2,3]推荐的裂缝宽度验算公式如下：
ωmax=1.8ψ(σsq/Es)(1.5c+0.11d/ρte)
(1+α1)ν
ψ=1.1－0.65ftk/(ρteσsqα2)
式中ωmax——最大裂缝宽度(mm)；
ψ——裂缝间受拉钢筋不均匀系数(0.4~1.0)；
σsq——纵向受拉钢筋应力(N/mm2)；
Es——钢筋弹性模量(N/ mm2)；
c——混凝土保护层厚度(mm)；
d——纵向受拉钢筋直径(mm)；
ρte——按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；
ν——纵向受拉钢筋表面系数；
α1、α2——按受弯或大偏心受拉（压）情况所采用的系数；
ftk——混凝土轴向抗拉强标准值(N/mm2)。

设计时一般先根据强度计算结果初步确定配筋，然后进行裂缝宽度验算。

在水池结构中，根据水池的盛水性质（清、污水）及其使用功能，最大裂缝宽度一般应控制在0.2mm或0.25mm。

运用上述公式进行验算时，可归纳出一些在相同配筋率下有利于裂缝控制的因素。

例如，采用直径较细的钢筋，或较高抗拉强度的混凝土等。

5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，以避免由此引发裂缝。

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 彭胜浩建筑工程质量通病防治手册【M】.北京:中国建筑工业出版社.1984
2 胥为捷薛伟辰.混凝土结构温度作用研究进展.结构工程师.2007（3）：73-77.
3 北京市市政工程设计研究总院.GB 50069—2002 .给水排水工程构筑物结构设计规范.。