[推荐]：无温度伸缩缝大型预应力清水池设计与施工

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主题: 无温度伸缩缝大型预应力清水池设计与施工
作者: 刘志刚 发表时间: 2002-12-24 13:51:05

无温度伸缩缝
大型预应力清水池设计与施工

Monolithically design method for large post-tensioned potable water tank with no thermal expansion joints

中国市政工程东北设计研究院 刘志刚，吴禾佳，崔瑞
天津大学 建筑工程学院 卞延彬
大连城市供水系统改造工程办公室 陈宏，于建华


摘要：本文简单介绍了我国大型水池类结构考虑温度应力时的设计方法及对于超长水池的各种处理办法。通过大连某供水工程15,000 M3清水池这个工程实例详细介绍了中国首座大型无粘结预应力无温度伸缩缝水池的设计方法，以及无缝水池在经济性、耐久性、抗震性以及管理维护等方面的优点。

关键字：清水池，温度伸缩缝，无粘结预应力，钢绞线，预应力锚具，橡胶止水带。

Abstract: Different design methods for solving the thermal stress in large size tanks are discussed briefly. The monolithically design method for large post-tensioned water tanks with no any expansion joints have been introduced carefully based on the Dalian potable water tank. Also, the economic, durable and anti-earthquake advantages of the monolithically post-tensioned tanks are indicated

Key Words: potable water tank, post tensioning, rubber belt, water stopping, unbondened tendons, strands, anchorage and expansion joints,

一、前言
我国《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84 规定矩形现浇钢筋混凝土清水池，当长度、宽度较大时，宜设置适应温度变化作用的伸缩缝。伸缩缝间距一般为25m 到30m左右。构筑物的伸缩缝或沉降缝应做成贯通式，即在同一剖面上连同基础或底板断开。这种缝的构造相对复杂，施工难度大，设计及施工均需十分小心，否则就极易造成缝的渗漏。底板缝渗漏不易被发现，而且完全修复是极其困难和耗费时间的。而若渗漏不能完全制止，地基土的不断冲蚀流失就有可能给构筑物带来严重的后果。
以某供水工程的清水池为例。清水池平面尺寸为30×80m，按我国《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84的要求。土基埋地结构每30m左右设一道伸缩缝，则该清水池将被分割成3块。

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这样设计虽然符合我国目前正在执行或将要执行的国家规范，但将存在下列严重的问题。
①整体性差，因而抗震性能差。在地震力作用下分缝处很容易损坏。据调查，日本板神大地震后先进的国家都取消了伸缩缝设计而代之为整体结构设计，亦即无缝结构设计。
②伸缩缝一般都用橡胶止水带止水，水池在橡胶止水带处容易漏水。主要原因是：
止水带位置不准确，止水带中心线与伸缩缝中心线不一致，导致止水带埋入混凝土的深度时大时小，有的一侧埋入深度不够，甚至完全未埋入。另外就是止水带周围的混凝土未完全振捣密实或是和止水带未被完全咬合密切，形成渗漏途径。这种情况在止水带转弯处，丁字型接头处或十字型接头处尤其容易发生。这样的事故在全国已发生很多起（或许此处不应该叫事故，因为它经常发生或者叫事情更合适一点）。
③橡胶止水带有老化问题。
④伸缩缝处漏水修复费时费工，必须大面积（每侧1~2m左右）凿开，然后重新固定好橡胶止水带再重新浇注砼。给生产管理带来麻烦，有时会影响生产。为了避免麻烦，现在不少大型水池都是带病工作（我国大型给水池、污水池都是最近几年才开始的，而且运行时间也不长）。另外，池体带病运行时间长了，地基会出问题，若地基出现问题，我们可以想象池体结构会是什么样子。
二、大型水池结构不设缝的处理方法
以上分缝设计的弊端是显而易见的。因此，现在有些工程技术人员也在积极探索新的途径来解决上述问题。
主要方法有：
1. 设置混凝土后浇带
当池体长度超过国家规范的要求时，不设温度伸缩缝，而设置1~2m宽的后浇带。后浇带砼待其两侧混凝土浇筑完毕后2个月左右再行浇注。
但后浇带只能解决施工期间混凝土的收缩问题，并不能解决季节温差（湿差）所产生的温度应力问题。
2. 使用混凝土膨胀剂
掺加膨胀剂的目的就是在混凝土中产生膨胀应力。其产生的膨胀应力值是有限的，也就是说超过一定的界限就起不到应有的作用。 为了更好地发挥国家投资效益，从工程耐久性考虑，水池结构不宜使用含有钙凡石类的膨胀剂。现在，我国大的市政设计院一般都不使用膨胀剂（从1991年全国烟台给排水结构会议开始就放弃使用此类产品）。因为膨胀剂中的延迟钙凡石生成现象，会给水池类结构带来灾难性的后果。
现在，新的《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002对碱含量已有明确的规定，就是为了避免发生碱骨料反应，防止混凝土结构从结构内部发生破坏。
3.预应力技术
用有粘结或无粘结预应力钢绞线来解决温度应力问题。当池体长度和宽度都较长时，不设温度伸缩缝，而在池壁、底板水平方向均施加预应力来解决温度应力问题。这是从根本上解决水池裂缝问题的方法。而且，混凝土被施加预应力以后，混凝土本身受压，其抗渗性能将大大提高。传统水池与预应力整体水池渗水量的比较：
（1），我国规范规定水池允许渗漏量为：2L/m2d。
举例说明如下：如一个10,000m3清水池，根据我国规范的规定，每年允许渗漏量为2409 m3。
（2），美国预应力清水池允许渗漏量为：
标准A 0.05%V池/96小时
标准B 0.05%V池/48小时
标准C 0.05%V池/24小时
即：
CLASS A：一个10,000 m3清水池每年允许渗漏量为456.25m3。
CLASS B：一个10,000 m3清水池每年允许渗漏量为912.5m3。
CLASS C：一个10,000 m3清水池每年允许渗漏量为1825m3。
可以看出，预应力清水池允许渗漏量要远远低于我国传统水池的渗漏量。这样不仅可以节约水资源，而且水池的耐久性也大大提高了。
三、无温度伸缩缝预应力清水池设计
大连某供水工程清水池平面尺寸为30×80m，深6.65m。为解决温度应力问题按目前规范应将原设计分为3块，每块之间用30mm宽伸缩缝完全隔离开来。
为了克服传统水池的缺点，在清水池设计中我们采用了无粘结预应力技术，取消了3个块体结构，15,000 M3清水池设计为一个整体结构，没有任何伸缩缝。另外，我们将矩形清水池四角设计成圆角。这样既考虑了矩形水池占地少、布置灵活的优点，又考虑了圆形水池受力好的优点。尽量做到使我们的清水池设计达到完美无缺。
该清水池使用材料均为国产。混凝土为C35，钢筋为HPB235级及HRB335级，1860MPa钢绞线。锚具使用柳州HVM2000型。清水池柱网尺寸为6.3m, 顶盖厚度为200 mm, 每个柱间钢绞线数量为28 （15.24 mm）。 根据《无粘结预应力混凝土结构技术规程》 JGJ/T 92-93的规定，在一个方向钢绞线集中布置，而在另一个方向钢绞线分散布置。
在两个方向对底板施加无粘结预应力，底板厚度为250mm。池壁水平方向及竖向均施加预应力，池壁厚度为400mm。混凝土裂缝控制在0~0.1mm之间。（我国传统水池一般控制在0.2mm左右，虽然也可控制在0.1mm，但其用钢量将成倍增加。）因此，采用预应力无缝整体水池设计，建造出来的水池结构耐久性更强。

方 案 比 较 表
项目名称：大连市给水工程 15,000 m3清水池
序号 项目名称 建筑工程（万元）
1 预应力矩型带圆角水池（方案1） 396.0
2 传统矩型水池（方案2） 529.0
3 方案1比方案2节省投资额 133.0

经过工程经济比较及技术分析我们可以得出下列结论：采用后张预应力技术进行清水池结构设计，对于不同的场地土，地震烈度，预应力整体水池比传统分缝水池节约造价为20%~30%左右。
四、施工
水池施工是由土建承包商来完成的，施工人员的技术水平，劳动态度，施工队伍自身的管理水平，将直接影响结构的质量。不按设计要求及规范执行，将会增加开裂渗漏的机会。因此，设计单位应对施工单位做好技术交底工作，使施工技术人员明确设计意图，以确保构筑物的质量。在具体施工中，施工单位主要应从以下几个方面着手：混凝土配合比、混凝土外加剂、混凝土振岛、养护，无粘结预应力钢绞线、锚具等关键材料的选择、布置以及预应力张拉控制等。
大连15,000M3水池浇注是由大连金州二建完成，预应力施工由鞍山北方预应力公司完成。现在，该水池已顺利完成了施工并通过了试水验收，达到了美国A级标准（其渗水率仅为国内渗水率的的19%）。
五、结语
无缝整体水池设计，其整体性、抗震性、耐久性都是传统分缝水池无可比拟的。采用预应力技术可以从根本上解决水池渗漏问题，彻底解决分缝设计给水池管理带来的麻烦。可以确信，随着我国企业改革的深入、私有化的加快，预应力无缝设计技术会给我国的工程建设做出更大的贡献。然而，我们以后还有很多工作要做，如预应力地下停车场，油库设计、施工等，这些都要求我们结构设计人员不断学习和提高。

参考文献：
1，《无粘结预应力混凝土结构技术规程》 JGJ/T 92-93
2, 《混凝土结构设计规范》 GBJ 10-89
3, 《部分预应力混凝土》 杜拱辰，中国建筑工业出版社
4，《预应力混凝土结构设计》（第三版）林同炎著
5，《后张预应力混凝土设计手册》中国建筑科学研究院， 陶学康主编
6，《工程结构裂缝控制》 王铁梦，中国建筑工业出版社

浪白头

首先叫声好！斑竹应加分！！！
这期的《特种结构》有篇介绍用后张法预应力做大型水池的文章，也是东北院做的，看来东北院对预应力水池的设计应用已颇有心得了，可喜可贺啊！
只是，对于这个清水池，我想问一下，池子是全埋在地面下吗？

lphb

首先肯定这是篇好文章！但有一点疑惑：
1。这大的池体，如没分格的话，池壁一定是按悬臂板计算，但水平向应该也有一定的弯矩。将四角做成圆角，从受力上讲，水平弯矩此处也不小，不能完全看成圆池的受力状态。用预应力钢绞线只是解决了砼本身的温度及季差引起的温度应力问题。

sunhty

四角设成圆形采用什么计算模式？按园形池好像不妥

lxfbj

有道理

stiff

个人感觉30X80m的地下水池不设缝没有什么难度。
我做的一个两层地下室50X120m也没有设缝,另外
东南大学华东预应力中心承接的南京国展中心地下室长280m采用预应力技术,
没有设缝。

viczhao

同意楼上的观点！
可以不设缝的啊！

fifa003

同意楼上的观点！
可以不设缝的啊！