预应力圆形水池的抗裂分析

2015-01-28张乃新连鹏

科学中国人 2015年15期

关键词：水池圆形预应力

张乃新，连鹏

中国市政工程东北设计研究总院有限公司

预应力圆形水池的抗裂分析

张乃新，连鹏

中国市政工程东北设计研究总院有限公司

圆形水池在城市给排水系统中发挥着重要作用，由于水池结构的不同决定了其功能也不一样。圆形水池常见的开裂问题给其蓄水能力带来了很大的影响，因此圆形水池抗裂成为一个热题。本研究综述了圆形水池开裂的影响因素以及圆形水池池壁裂缝控制措施，希望可以给圆形水池抗裂提供一些思路。

预应力；圆形水池；抗裂

水池在城市给排水系统中得到了较为广泛的应用，水池的结构需要依据建设场地的条件、使用要求、建筑材料供应以及施工技术来确定，根据水池结构可分为圆形水池和矩形水池。圆形水池有很多优点，比如说受力合理、节省材料、施加预应力方便等，因此圆形水池的应用比较广泛。

1 圆形水池裂缝及其因素分析

目前，大部分圆形水池都采用钢筋混凝土结构，因为这种结构有着明显的优势，比如说钢筋混凝土结构水池的施工简单、成本低，且成型容易，同时它的防渗、防腐以及耐久性能都很好，但也可能因为以下因素而导致水池开裂：第一，混凝土的材料特性。混凝土是由一定比例的砂、石和水拌合而逐渐固化的一种人工混合材料,混凝土的凝固需要一个过程，这个过程中水泥的水化作用在表面形成凝胶体,继而逐渐变稠、硬化。在这个过程中水泥砂浆失水收缩的变形远大于粗骨料的变形，最终可能因为应力场的局部应力过大而导致混凝土骨料的截面产生微裂缝；第二，混凝土的收缩变形。混凝土常因为水分和温度变化而收缩变形，混凝土的收缩变形可以分为以下几种，即自生收缩、塑性收缩、温度收缩、失水收缩以及碳化收缩；第三，钢筋混凝土的粘结。钢筋混凝土的粘结也会导致水池开裂，钢筋与混凝土之间粘结作用的大小取决于钢筋的密度和钢筋与混凝土粘结的大小；第四，混凝土的徐变变形。混凝土的徐变变形是指混凝土长时间受到荷载的作用而逐渐变形的过程，导致混凝土徐变变形的因素很多，比如说当混凝土凝结之后，形成的凝胶体具有一定的流动性，长期受荷载作用后凝胶体发生粘结流动，因此使得水泥石变形[1]。

2 预应力圆形水池及预应力在圆形水池抗裂中的作用

2.1 预应力圆形水池

我国经济和社会发展的同时，我国的生产和生活用水量也大幅地提高，同时污水排放量也逐渐增加。污水排放量增加和处理量增加导致污水处理水池的容积也越来越大。但如果水池容积过大就会导致水池直径过大，继而导致由水压力和温度应力产生的对池壁的环拉力过大，这样就要求水池设计时要增加池壁的厚度，这也是一种不经济的做法。通过常规手段处理会影响水池的整体性和质量，所以在实际水池建筑中采用了预应力技术，于是预应力圆形水池就诞生了。

我国预应力水池建设有一定的要求，具体要求体现在以下几个方面：第一，材料选择要遵循我国建筑设计规范；第二，建筑规范对预应力水池的基本设计还有一定的约束；第三，预应力圆形水池有一定的环向抗裂要求，即圆形水池最终建立起来的有效预压应力不超过0.33fcu，在水池的使用过程中必须要考虑预应力的损失。第四，预应力圆形水池还有一定的竖向抗裂要求，具体要求为预应力圆形水池竖向弯矩引起的拉应力不应超过1.0N/mm2，同时要保证混凝土无残余的拉力。预应力圆形的各项指标要求都是非常的严格，如果要想保证水池的质量，就必须严格按标注进行设计和施工[2]。

2.2 预应力在圆形水池抗裂中的作用分析

随着科学技术的快速发展，预应力技术得到广泛的应用，特别是在圆形建筑的建设中。预应力技术分为有粘结预应力工艺和无粘结预应力工艺，其中无粘结预应力的作用更大、优势更明显，有粘结预应力工艺相对复杂，而且产生的摩擦损失较大，这使得有效预应力值偏低。与有粘结预应力技术相比，无粘结预应力技术更受到圆形建筑施工单位的青睐。

无粘结预应力工艺的原理为：在构筑水池壁时，把预应力筋逐环固定在模板内，随后进行水泥浇筑，等混凝土强度达到设计要求时，要在两端进行张拉，这主要是因为无粘结预应力筋的不粘结和可滑动的特性，张拉完成以后再将钢绞线固定到端头的锚固板上，最后再用混凝土封闭锚断，这样就达到了预期效果。

无粘结预应力技术在圆形水池建设中起到了很多的作用，展现出绝对的优势，主要体现在以下几点：第一，圆形水池建设中应用无粘结预应力技术后，水池的整体性和抗震性得到了很大程度的提升；第二，无粘结预应力技术很好的解决了水池温度应力问题，这从根本上解决了水池的裂缝问题；第三，无粘结预应力技术大大地提升水池的抗渗性能，从根本上解决了水池渗水的问题，这不仅节约了水资源，而且节省了水池的维护管理费用；第四，无粘结预应力技术工艺简单，这使得水池施工工序和施工设备投入均有所减少；第五，无粘结预应力技术增加了经济效益，这主要是因为通过该技术建造的水池壁厚度逐渐变薄，节省了建筑材料。

3 圆形水池抗裂的其它措施

圆形水池抗裂还可以从以下方面入手：首先，从材料入手进行水池抗裂。同样的生产工艺下，不同的原材料就会生产出不同质量的东西，混凝土制作也是如此，要想减少水池裂缝的现象就要保证混凝土的质量，而保证混凝土质量就需要从材料入手，比如说适当地降低水泥的用量、控制水灰比和含砂率、合理地选择粗细骨料等；其次，从设计入手进行水池抗裂。合理的设计在水池抗裂中发挥着重要的作用，从设计出发控制水池裂缝的措施主要涉及了控制结构的不均匀沉降量、合理设置后浇带等。降低混凝土的出机温度、降低混凝土的出机温度都可以在很多程度上解决水池裂缝问题[3]。