m超长水池混凝土控裂防渗技术

210m超长水池混凝土控裂防渗技术研究【摘要】通过对210m超长水池伸缩缝长度验算与极限抗拉强度复核验算，并对模板设计、构造配筋、混凝土配合比、伸缩缝与控制缝等项控裂防渗技术进行优化，成功实施了70m超长池体整体无缝(带)浇筑，实现了大型水池混凝土结构自防水无裂渗的目标。1工程概况山东省某焦化水池，平面为长方形，长210m，宽15m，纵向每70m设伸缩缝，原设计每35m设后浇带，将池体划分为6个浇筑区段；池深分别为6．2m和5m，地上外露高度均为3m；地基土为一般粉质粘土，并设有600@3000ram、C20混凝土现浇灌注抗浮桩；池体为C30P6现浇自防水混凝土，共4300m。，池底厚600mm，配筋为中16双向双层@150mm；池壁为内直外坡式，厚500～400mm，配筋为中l4双向双层@125mm。2施工难点与特点分析(1)设计要求后浇带的浇灌时间不少于45d，而业主要求工期只有50d，两者相互矛盾，并且因后浇带的设置将增加降水费用(3万元×45d)135万元，为此业主要求取消后浇带。(2)本工程池体取消后浇带后，每个整浇单元长度为70m，属典型的超长薄壁结构⋯，并且施工季节正值干燥大风的4、5月份。此期间当地空气相对湿度在45％左右，水分蒸发速度在0．27～0．375[k~(m2·h)】之间。因此池体裂缝预控技术成为混凝土结构自防水的关键。(3)伸缩缝和施工缝，设计要求均采用膨胀橡胶止水带(以下简称止水带)，全长达560m，量大面广，不易固定，与混凝土结合不易做到密实，易出现渗漏。基于上述分析，要满足水池混凝土自防水设计要求，就必须进行伸缩缝间距和极限抗拉强度验算，并采取构造配筋和混凝土配合比优化等一系列控裂防渗预控措施，方可防患于未然。3伸缩缝间距验算3．1池底伸缩缝间距验算(1)计算基本参数池底厚H=600mm；混凝土线膨胀系数ce=10x1C30混凝土弹性模量3X10N／ram2，抗拉强度_2．01N／ram2；一般粉质粘土地基水平阻力系数cⅪ=2X10。N／mm，现浇灌注桩水平阻力系数C0．4X10。N／ram，综合地基水平阻力系数Cx=Cxa+C2．4X10。N／mm；混凝土极限收缩3．24x10；底板构造配筋率P=0．54％。(2)池底水化热温差经计算水化热最高温度’=40℃，平均气温19℃，平均温差=(40—19)X2／3=14℃。(3)底板收缩当量温差底板表面相对收缩变形(混凝土早期开裂危险期一般为15～30d，故取混凝土龄期t=30d)：30)=0v(1一e-0叭30)xM1～M10=3．24x10X(1-2．718。)×1．17=0．98x10；收缩当量温差：T2=e~30)=(0．98X10)／10X10~=-9．8℃；综合温差：+=23．8℃。(4)钢筋混凝土的极限拉伸=0．5R(1+p／d)X100．5X2．01X(1+0．54／1．6)X10a=--1．344x10。在混凝土材质优选、养护较好、缓慢降温条件下，取其3～30d的平均松弛系数(t)=0．4，即极限拉伸提高60％，最终极限拉伸1．6X1．344X10．15X10。(5)伸缩缝间距验算￡一=2丽arcch[aT／(aT一)】；2××眦ch[10×10×23．8／(10×10×23．8—2．15×101】=165．84m；L血=1一=0．5X165．8=82．9m。伸缩缝设计间距[L]=70m<￡82．9m，符合取消后浇带的条件，满足业主要求。(6)极限拉应力复核验算为安全起见进行极限拉应力复核验算：、／c／(／4·E)：V0．024／(600x3x10。)=3．65x10：％踟[1—1／eh(Bx0．5L)]／4(t)=3X10X10X23．8X[1—1／eh(3．65X10X35ooo)】X0．4=1．37N／ram；安全系数=1．47>1．15，满足抗裂要求。3．2池壁伸缩缝间距验算(1)计算基本参数池壁外露高度／4=3000ram；底板阻力系数，按底板浇筑5d后浇筑池壁取C50X102N／ram；3～30d的平均松弛系数取／4(0=o．48；极限拉伸．28x10；池壁构造筋配筋率／7=0．69％；综合温差T=24"C。(2)伸缩缝间距验算￡一=2、／，丽arcch[aT／(aT一)】：2××一h[10×10×24／(10×10×24—2．28×101】=98．9m；￡血=1一=49．5m<[L]=70m。不符合取消后浇带的条件。经受力状态分析，认为从综合温差到季节最大温差，均使外露池壁处于受拉状态，只要满足池壁收缩变形的需要，便可解决池壁超长导致开裂的问题。因此，决定每隔35m在外露池壁上设柔性防水型控制缝，以释放收缩应力和解决后浇带影响工期与加大施工费用的矛盾。(3)极限拉应力复核验算①30d的综合温差T=24"C，松弛系数)=0．48，控制缝间距『L]=35m。、／Cx／(n‘E)，_———————————————————一‘=V0．5／(3000x3x10。)=7．45x10：tr~EaT[1—1／ch(卢x0．5L)】(￡)=3x10x10x24x[1—1／ch(7．45x10-x17500)】x0．48=1．7N／mm2；安全系数K=R／cr田2．01／1．7=1．18>1．15。满足抗裂要求。②按5月10日要求工期完成至明年最寒冷季节1月10日为极限收缩变形值8240)3．24x10，C30混凝土掺加水泥用量10％的ED-H膨胀剂。经试验，试件在保湿自然养护条件下，30d可在混凝土内建立压缩变形值为2．5x10，即收缩当量温差=8v／cF(3．24—2．5)x10~10x10-6=_7．4℃。池壁浇筑时的平均气温为19℃至最寒冷时．13℃的温差：19+13_32℃，综合温差+739．4"C，tr~=Ea1—1／ch(flx0．5L)IH(t)=3x104X10x39．4x‘[1—1／ch(7．45x10x17500)】x0．283=1．65N／mm2麦全系数=R／cr田2．01／1．65=1．22>1．15。满足抗裂要求。验算结果证明，应在混凝土中掺加≥8％水泥用量的膨胀剂，抵消部分混凝土早期收缩应力，可满足外露池壁在收缩当量温差和季节最大气温差叠加状态下的抗裂要求，且具有较高的安全储备，但膨胀剂的用量不宜过多。柔性防水型控制缝可作为永久收缩缝。4混凝土配合比优化设计为降低内部温升，减少温度应力，降低干缩率和提高极限拉伸，满足混凝土自防水设计要求，经5个配合比试验研究，并对试验参数进行优化后，决定采用如下材料和配合比。(1)材料优选①选用“山铝”牌低热低碱P·032．5级水泥，控制A，含量≤7％，比表面积3000cm2／g为宜，以降低水化热速率，减小降温梯度，提高极限拉伸。②选用I级粉煤灰，内掺法替代部分水泥，降低20％水化热，提高可泵性能。③选用ED-H双性膨胀源膨胀剂，28d在混凝土中建立0．035％的限制膨胀率(标准试验状态)，抵消部分降温和干缩拉应力，提高大风干燥季节的混凝土抗裂性能。④选用SHGB型高效减水缓凝剂，使水胶比控制在≤0．36，大幅度降低干缩率。初凝时间12h，减缓升温速率和防止产生施工冷缝。⑤选用粒径为10～20mm和16～31．5mm、含泥量0．4％的青州碎石，其空隙率为38％，包盖系数为2．3，降低干缩率。⑥选用细度模数2．8、含泥量0．8％的潍坊中砂，降低干缩率。(2)混凝土配合比经优化设计后混凝土配合比为：水泥：中砂：石1：石2：水：粉煤灰：SHGB：ED．H_373：690：362：673：181：91：10．1：40；水胶比为0．35；坍落度为(160~20)mm。5构造配筋优化(1)池底构造配筋优化设计池底配筋为16双层双向@150mm，构造配筋率p=0．54％，符合抗裂要求。但在结构设计验算中出于“横向受力”的考虑，将横向钢筋布置在上下钢筋网外侧，使纵向分布筋保护层厚度达66mm(受力筋保护层设计厚度为50mm)，易产生开裂。经对温差、收缩及地基变形等导致有规律的裂缝方向分析，裂缝常为垂直于纵向方向产生，说明此受力状态为结构的“纵向受力”。并且纵横间距为3000mm的抗浮桩，将池底划分为等跨连续式，双向垂直受力状态一致。基于上述分析，并经与设计单位协商，将底板纵向钢筋(构造筋)，分别布置于上下层钢筋网的外侧，使横筋保护层厚度不变，纵筋保护层厚度缩小为34mm，提高了池底抗裂性能。增设12@150mm抗裂钢筋，以防止收缩应力集中导致的深浅池底转角处开裂。(2)池壁构造配筋优化设计池壁配筋为l4双向双层@125mm，构造配筋率p=0．69％，符合抗裂要求。但设计要求将水平分布筋均设于竖向受力筋内侧，使水平分布筋保护层厚度达64mm，易产生开裂。经与设计单位协商将水平筋移至外侧，使水平筋保护层厚度缩小为36mm，提高了抗裂性能。在池壁上口增设416钢筋做封口暗梁，以防边缘效应产生开裂。6模板设计为提高池体抗渗性、耐久性和整体性以及大幅度降低底板对池壁的约束应力，采用了悬模整浇技术I。7施工技术措施7．1伸缩缝节点处理(1)水平伸缩缝节点处理。原设计水平伸缩缝设边缘底板暗梁，并为封闭式箍筋，故止水带设置在池底上下保护层内。经分析认为，在水化热温差和收缩当量温差叠加作用下，止水带易产生滑脱而导致防水失效，且影响钢筋的耐久性；伸缩缝处产生的边缘效应主要是拉伸应力，剪切应力较小，且发生在上下边角处。因此，经与设计单位协商，将伸缩缝边缘暗梁箍筋的内侧改为开口式，将止水带改为中埋式，并在此处池底垫层上设2400mm宽油毡滑动层，以消除伸缩产生的边缘剪切应力。设计L型l2钢筋托架@2oomm，止水带在混凝土咬合区用绑扎丝固定在支架上，防止浇混凝土时变形和上浮(见图1)。为防止止水带下部混凝土振捣不实和产生孔洞，在其与混凝土咬合区打中10@500mm排气孔。图1水平伸缩缝止水带安装示意(2)竖向伸缩缝节点处理。为解决竖向伸缩缝止水带难于固定的技术难题，特别设计了10W型固定卡@300mm，并用6钢筋加强肋与之点焊为整体，然后将止水带插入池壁竖筋外侧固定牢固。待浇完一个整浇单元脱模后，在伸缩缝断面处粘贴30mm厚聚苯板，再安装另侧止水带和固定卡，然后绑扎池壁钢筋(见图2)。图2竖向伸缩缝止水带安装示意(3)控制缝设置。为满足收缩当量温差与季节最大气温差叠加状态的收缩应力释放要求，地上部分外围池壁内外分别设置宽X深=10mm~30mm的控制缝@35m，将池壁的整浇单元一分为二。其具体做法为：安装模板时，在此控制缝位置设置宽X厚=10mm~30mm的坡口木条，脱模后及时剔出，在池壁上形成10mm~30rnm的凹槽，形成应力集中区，诱导产生人为的规则裂缝，以释放收缩应力。为满足防水要求，待此缝处含水率≤5％时，用硅酮结构密封胶填嵌严实光滑，形成永久性收缩缝(并做试件进行拉力试验，以密封胶与混凝土的粘结撕裂强度≥2．5MPa，断裂延伸率≥300％为合格)。7，2悬模整浇技术池体按伸缩缝划划分为三个个区段，即即每70mm为一个整整浇单元，不不设任何水水平与垂直直施工缝和和后浇带，一一次连续浇浇筑成型。(1)施工准备。为为提高混凝凝土拌合物物的均质性性，采用大大型混凝土土搅拌站集集中供应商商品混凝土土，6辆搅拌车车连续向施施工现场运运送混凝土土，其间隔隔时间不大大于lh，由2辆混凝土土泵车布料料浇筑；插插入式振捣捣器6台，备用用振动棒66根，防防水篷布5500m22，塑料薄薄膜和沥青青矿棉毡22000mm2；每组组5人，共200人，分4组2班昼夜连连续浇筑。(2)浇筑池底。采采用2台混凝土土泵车同步步异位平行行于池壁，浇浇筑周边底底板混凝土土，浇筑幅幅宽4m，约5h完成；；初找平后后，在底板板混凝土与与池壁模板板相交处，用用l：1水泥干砂砂做封浆围围堰，促使使表层变硬硬，以防浇浇池壁混凝凝土时漏浆浆和浇捣不不实。(3)浇筑池壁。采采用2台混凝土土泵车从底底板浇筑起起始点开始始，相反方方向旋转闭闭合浇筑池池壁。第一一层混凝土土按40ccm高度控控制，以减减缓阴角处处的侧压力力，防止漏漏浆；然后后再浇筑一一幅池底板板混凝土，依依次循环浇浇筑，确保保池体不产产生施工冷冷缝。第二二层及其以以上池壁混混凝土浇筑筑前，对下下层混凝土土进行二次次振捣，以以减少混凝凝土内微裂裂，提高抗抗渗抗裂性性能；每llm高为一一浇筑段，采采取一个坡坡度，薄层层覆盖的浇浇筑方法，并并采用导料料筒下料；；在下料口口、坡中和和坡角各设设一台振捣捣器，每440cm为为一振捣层层，插点间间距≤40cmm，每点振振捣10""--155s，确保保即不漏振振也不过振振。(4)表层处理。底底板混凝土土粗找平后后，均匀布布撒5"---20mmm碎石，以以20kgg／m2为度，再再用铁辊滚滚压提浆，初初凝前进行行二次振捣捣，终凝前前用木抹子子搓平，铁铁抹子压实实光，以闭闭合混凝土土表面毛细细孔，提高高抗裂性能能。池壁混混凝土浇至至顶部粗找找平后，撒撒20kgg／m2石子拍拍入混凝土土中并提浆浆，初凝前前做二次振振捣，以防防顶部富浆浆层开裂和和降低强度度。7．3混凝土养护(1)池底混凝土土表面用木木抹子找平平一段后，随随即覆盖一一层塑膜，用用不干胶带带封闭接头头，防止大大风导致水水分迁移。终终凝前掀开开塑膜，用用铁抹子压压实光，并并随即覆盖盖塑膜和两两层10mmm厚沥青青矿棉毡做做全封闭保保温保湿养养护。在混混凝土表面面温度与环环境温差≤10℃时，采用用经晒热后后的温水做做100mmm深蓄水水养护。同同条件养护护试块达到到设计强度度后，即可可停止降水。(2)池壁混凝土土浇完244h后，松松开模板对对拉螺栓，在在池壁顶部部设中500mmP