超长混凝土水池结构无缝设计方法

专利名称：超长混凝土水池结构无缝设计方法
技术领域：
本发明涉及一种超长混凝土水池结构，尤其涉及该结构的无缝设计方法。
背景技术：
实现超长水池结构的无缝设计，主要目的在于是以提高水池结构的防 渗和抗裂性能，并通过不设置结构缝的技术方法来提高超长水池的整体性、 抗震性和耐久性，目前采用的技术方法主要有
第一，补偿收缩类混凝土。这是一种单从混凝土材料的角度，进行材 料改良实现无缝设计的方法，主要通过在水泥中掺加一定数量的膨胀剂， 拌水后生成膨胀性结晶化合物_水化硫铝酸钙(即钙矾石
3Ca0 A1203 3CaS04 32H20)并使混凝土适度的膨胀，在钢筋和邻位的 约束下，在结构中建立0.2 0.7MPa的预压应力以抵消或部分抵消混凝土 在硬化过程中产生的收縮拉应力，或使其小于混凝土的拉伸极限，从而有 效地解决砼硬化过程中的收縮裂缝问题和提高砼水池的抗渗裂性能。
第二，设置温度伸縮缝。当混凝土结构构件在长度或宽度方向超过一 定范围时，需要设置伸縮缝。所谓一定范围，即现有规范《给水排水工程 构筑物结构设计规范》(GB50069-2002)规定的混凝土结构最大间距，其主 要作用是考虑季节温(湿)差作用对结构的影响，克服由荷载(或作用) 产生的结构性裂缝，从设计的角度来看，通常认为只要按此规定设缝，理 论上水池应不会产生渗裂问题。但工程实践表明，钢筋混凝土水池的渗漏 往往是不可避免的，特别是设缝的池类结构、地下室等，大多数情况下均
存在着渗漏，除材料本身密实度不够外，渗漏主要发生在设缝的位置处， 主要原因在于伸縮缝的设置构造复杂，施工质量难于保证，且止水材料易 腐蚀老化， 一旦渗漏很难修复。
第三，设置施工膨胀后浇带。施工后浇带技术实现的是为减小砼在施 工期出现的温(湿)差应力作用所产生的收縮裂缝(非控制沉降性质)的 一项裂渗预防控制技术。由于结构构件的约束和长度这两个因素对温(湿) 差作用十分敏感，所以在砼浇筑施工中采用后浇带可有效地降低构件的约 束，特别是长度对这一作用的影响，只要使浇灌后浇带的前后，结构砼由 施工期温(湿)差作用和收縮应力相叠加的应力值小于混凝土抗拉强度， 就可以达到消除大部分收縮裂缝的目的，进而减少或取消伸缩缝的设置。
第四，加强带取代后浇带技术。目前混凝土结构的无缝设计施工主要 是指以掺入膨胀剂的补偿收縮混凝土为结构材料，以加强带取代后浇带， 从改良材料性能角度和施工技术措施上实现连续浇筑超长混凝土结构的一
种新技术，通常当结构长度在60米左右设置一个后浇加强带，带宽2米， 带内采用大掺量膨胀剂的混凝土，混凝土强度等级高于带外混凝土 5MPa以 上，并适当增加带内钢筋配筋量。显然，这一技术针对的是材料本身渗裂 的问题，最早是由中国建筑材料科学研究院提出的。
第五，预应力技术。从补偿收縮混凝土和施工后浇带的作用机理不难 看出，两者主要解决的是砼的早期收縮问题，并不能解决季节温(湿)差 所产生的温度应力、砼的后期膨胀以及混凝土徐变等因素所造成的渗裂问 题，特别是对于长度较长的混凝土水池结构，如果单纯依靠增加配筋量、 改善砼性能以及施工养护等措施，不足以真正有效地解决砼的渗裂问题， 而设置温度伸縮缝尽管可以弥补这一缺陷，但其主要针对的还是使用阶段 混凝土的伸縮变形问题，而同时却也带来了结构性的渗漏隐患。采用预应 力技术，主要是通过布置在砼构件中的预应力钢筋对混凝土构件预先施加
一定大小的预压应力，达到调整、改变和均匀构件的内力分布，降低截面 拉应力峰值，实现结构构件的小偏心受压甚至全截面受压，从而使结构在 使用阶段也能满足不开裂或减小裂缝宽度，而预应力结构特有的良好的变 形恢复性能，能有效地促使早期收縮裂缝的减小与闭合，因此，利用预应 力技术可大大地提高砼水池的防渗特别是抗裂性能，其整体性、抗震性、 耐久性等都是传统分缝水池无可比拟的。这种方法目前较多地用在较大直
径的圆形池类或长度一般小于60-70米的矩形水池结构中，因为圆形池类 结构，其直径大，相应周长也大，目前采用的无缝设计主要是沿弧段分段 的预应力方法。由于圆形结构具有特殊的几何自封闭特性，因而这一技术 主要解决的对象是大直径带来的环向应力过大的荷载作用问题，并不针对 混凝土材料本身(补偿收縮)的问题。
预应力混凝土结构的出现是传统混凝土结构发展史上的一个重要技术 革命。预应力筋可以替代、也可以部分替代普通钢筋与混凝土一起工作。 从技术经济角度来看，在普通钢筋混凝土结构中，由于较多地受裂缝宽度 的限制，高强度钢材的强度一般是很难被充分利用的，而在预应力结构中， 高强度钢材则是预先施加了较高的预拉力，因而可以使高强钢材在构件破 坏前达到其屈服强度，另外，混凝土材料优良的抗压特性，在预应力作用 下能得到更充分的发挥。事实上，正是基于这一特点，预应力混凝土结构 的工程造价比传统结构要节约7 20%。所以，解决水池结构渗裂问题的最 有效方法，就是采用预应力。近二、三十年来，预应力技术(主要是无粘 结)在池类结构中的应用已逐渐趋于普遍，较多的是应用于圆形的水池结 构中，矩形水池采用预应力技术的相对来说则要少得多。
圆形水池结构预应力通常采用的是在池壁外设置若干个扶壁柱，沿环 向分弧段布置和张拉，每一分段(弧段)至少跨越一个扶壁柱，同时连续 两个预应力筋弧段彼此相互错位搭接一个扶壁柱段。随着预应力筋的张拉， 预应力沿环向作用至池壁，使池壁的环向产生预压应力，不仅有效地使得 早期混凝土的收縮裂缝得以减小与闭合，而且能极大地减少和抵消池壁内 荷载或温度作用产生的环向应力。
而目前采用预应力技术的矩形水池，结构长度一般在60-70米以内时， 大多数采用的是沿长方向(或短方向)分别整段布置预应力(有时增加扶 壁柱)，双向张拉，而沿池壁竖向设置单向张拉预应力布置，实现整体一次 浇筑。预应力的作用不仅在于解决了沿长度方向的结构设缝问题，而且有 效地减小了池壁厚度，从而进一步降低温差对水池的作用。
与圆形水池的受力方式(主要为环向作用)不同，大型矩形水池池壁 主要受池壁内外的静水压力和侧向土压力的作用，通常按悬臂构件简化计 算，而在池壁水平方向，主要是考虑混凝土材料早期的固有收縮影响以及 使用阶段温(湿)差作用的影响，前者产生材料收縮裂缝，后者产生结构 性伸縮裂缝。因而，沿池壁水平方向布置预应力，是在以解决结构性裂缝 为主的同时，解决材料的收縮裂缝。
从上述现有实现超长混凝土水池结构无缝设计的技术来看，除圆形水 池固有的几何力学特性适宜采用预应力技术外，对于构件长度在60-70米 以上的超长水池，既要满足防渗和抗裂的要求、又要达到不设缝的目的， 这些方法的实现是非常困难的。预应力技术在理论上可以采用整体连续预 应力筋布置的方式，但由于各种因素的影响，实际应用上是存在一定问题 的，这些因素包括
1. 随着池壁长度的增加，所施加的预压应力对混凝土池壁中段的影响 可能会削弱，预应力分布不均匀；
2. 较大的预应力损失；
3. 预应力钢筋穿越、架设、分级张拉等施工操作困难；
4. 超长混凝土早期收縮裂缝剧烈产生，并导致普通钢筋初始应力增加；
因此，在现有材料和施工技术条件下，当混凝土水池长度较长时，要 实现类似于圆形水池整体连续预应力布置的方法，无论从混凝土的角度还 是从预应力的设计、施工等角度来看，都是比较困难的。
如何克服上述的问题是工程技术人员要解决的。

发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种超长混凝土水池结构无缝设 计方法，旨在解决上述的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的 水池长度总长度一般超过60至70米以上；
将该水池长度分段，每段的长度宜为等长，范围在30 60米；
混凝土应采用补充收縮混凝土；所述补充收縮混凝土掺加6 8%的膨胀 剂，膨胀后浇带带宽1 2.5米，掺加10 12%的膨胀剂；
先分段浇筑池壁混凝土，当强度达到70-75%时，进行分段内的预应力 筋张拉；
进行膨胀后浇带混凝土浇筑；
当强度达到70-75%时进行后浇带内预应力筋张拉；
当池壁闭合且所有混凝土达到100%强度后，进行整体第二次预应力张拉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是使得超长混凝土水池的抗渗 裂性能和结构整体性得到了有效提高，同时不设缝的设计和池壁整体预应 力的作用，结构的抗震性和耐久性也得以提高。


图1是采用本发明的施工示意图；
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述-
本发明是通过以下步骤实现的 水池长度总长度一般超过60至70米以上；
将该水池长度分段，每段的长度宜为等长，范围在30 60米； 混凝土应采用补充收縮混凝土 1;所述补充收縮混凝土掺加6 8%的膨
胀剂，膨胀后浇带带宽1 2.5米，掺加10 12%的膨胀剂；
先分段浇筑池壁混凝土，当强度达到70-75%时，进行分段内的预应力
筋张拉2;
进行膨胀后浇带混凝土浇筑3;
当强度达到70-75%时进行后浇带内预应力筋张拉4; 当池壁闭合且所有混凝土达到100%强度后，进行整体第二次预应力张
拉；张拉控制应力应该精确计算好，保证整体水池池壁内的预应力均匀施 加到池壁。
本发明在组合了目前多种抗渗裂方法、并充分发挥其技术特点的基础 上形成的，采用补充收縮混凝土和后浇加强带将超长的混凝土水池池壁分 为若干段，在各个分段和后浇带内采用预应力分时张拉。
在本发明中沿池壁长度方向的合理分段
采用预应力技术的混凝土水池，当长度通常在小于60-70米左右范围
时，采用整体连续预应力布置相对比较经济合理。因此，对于超出这一范 围的超长的水池，可以以此长度为基本控制的划分分段长度的最大值，分
段长度一般不宜小于20-30米，因为理论上小于这一范围长度的混凝土受 温差作用产生的裂缝是在可接受的范围，这也是目前规范对混凝土水池沿 长度方向设缝的限定值，但同时也不宜大于本发明建议的60-70米。 布置预应力的膨胀加强带的设置
在各个分段池壁之间设置后浇加强带，可以解决超长混凝土浇筑带来 的早期收縮裂缝，同时由于普通钢筋一般需要通长布置，分段浇筑的混凝
土的收縮将使得这些普通钢筋产生较大的初始应力，为此，可以在后浇带 及其邻近范围内通过增加一定数量的普通钢筋来降低或抵消普通钢筋的初 始应力，另外，后浇带内的混凝土可采用有较大掺量的补偿收縮混凝土， 强度应高于两侧混凝土的强度。特别地，后浇带同时布置预应力筋，采用 在后浇带两侧的分段池壁外侧设置扶壁柱作为张拉锚固端。 采用补偿收縮混凝土
混凝土应采用补偿收縮混凝土，这可以在相当程度上防止早期收縮裂 缝的产生，特别是分段长度在30-60米时。但对于池壁段和后浇带(可看 作一种特殊的池壁段)在膨胀剂掺量上需要有所区别。
预应力的分段分时张拉
合理确定预应力的张拉控制应力值和分时次序。预应力筋一般采用二 次张拉，当分段池壁的混凝土达到设计强度的70-75%时，进行第一次张拉;
然后浇筑后浇加强带的混凝土，在达到同样设计强度后，也进行第一次张 拉。由于池壁段与后浇加强带的预应力筋有部分是重叠的，张拉后浇带内 的预应力筋后，将造成相接池壁段内已经经过第一次张拉的预应力的损失， 因此，对池壁段的第一次张拉预应力控制力必须精确计算。
整体平衡张拉
当全部池体闭合并当混凝土达到100%设计强度后，分别进行各段预应
力的第二次张拉。张拉过程中，应该确保所施加在各个分段池壁内的预应 力保持基本一致，也就是整体的平衡张拉。
权利要求
1.一种超长混凝土水池结构无缝设计方法，是通过以下步骤实现的水池长度总长度一般超过60至70米以上；将该水池长度分段，每段的长度宜为等长，范围在30～60米；混凝土应采用补充收缩混凝土；所述补充收缩混凝土掺加6～8％的膨胀剂，膨胀后浇带带宽1～2.5米，掺加10～12％的膨胀剂；先分段浇筑池壁混凝土，当强度达到70-75％时，进行分段内的预应力筋张拉；进行膨胀后浇带混凝土浇筑；当强度达到70-75％时进行后浇带内预应力筋张拉；当池壁闭合且所有混凝土达到100％强度后，进行整体第二次预应力张拉。
全文摘要
本发明涉及一种超长混凝土水池结构无缝设计方法，是通过以下步骤实现的水池长度总长度一般超过60至70米以上；将该水池长度分段，每段的长度宜为等长，范围在30～60米；混凝土应采用补充收缩混凝土；所述补充收缩混凝土掺加6～8％的膨胀剂，膨胀后浇带带宽1～2.5米，掺加10～12％的膨胀剂；先分段浇筑池壁混凝土，当强度达到70-75％时，进行分段内的预应力筋张拉；进行膨胀后浇带混凝土浇筑；当强度达到70-75％时进行后浇带内预应力筋张拉；当池壁闭合且所有混凝土达到100％强度后，进行整体第二次预应力张拉；本发明的有益效果是使得超长混凝土水池的抗渗裂性能和结构整体性得到了有效提高，同时不设缝的设计，结构的抗震性和耐久性也得以提高。
文档编号E04H4/00GK101353930SQ200710044149
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者何国富, 应付钊 申请人:中国石油化工集团公司;中国石化集团上海工程有限公司