水利工程論文-20000m3無溫度伸縮縫預(yù)應(yīng)力矩形清水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工.doc

水利工程論文-20000m3無溫度伸縮縫預(yù)應(yīng)力矩形清水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了我國(guó)大型清水池結(jié)構(gòu)考慮溫度應(yīng)力時(shí)的設(shè)計(jì)方法及對(duì)于超長(zhǎng)水池的各種處理辦法。通過大連某供水工程20,000M3清水池這個(gè)工程實(shí)例詳細(xì)介紹了65m55m大型無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無溫度伸縮縫清水池的設(shè)計(jì)與施工，以及無縫水池在經(jīng)濟(jì)性、耐久性、抗震性以及管理維護(hù)等方面的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：清水池溫度伸縮縫無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨具橡膠止水帶1.前言目前，由于我國(guó)混凝土工程中的鋼筋銹蝕和混凝土腐蝕嚴(yán)重，混凝土工程的耐久性設(shè)計(jì)對(duì)當(dāng)前我國(guó)正在進(jìn)行的大規(guī)模工程建設(shè)具有的重要戰(zhàn)略意義和相當(dāng)?shù)木o迫性，如果再不積極采取相應(yīng)對(duì)策并盡快落實(shí)具體措施，那么我們每年投入土建工程建設(shè)的龐大資金將會(huì)蒙受重大損失，資源也將遭受極大浪費(fèi)，建成后的工程難以發(fā)揮長(zhǎng)期效益，而使用過程中的頻繁修補(bǔ)乃至事故又必將給今后的生活和生產(chǎn)活動(dòng)帶來無休止的干擾。我國(guó)給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50069-2002規(guī)定矩形現(xiàn)澆鋼筋混凝土清水池，當(dāng)長(zhǎng)度、寬度較大時(shí)，宜設(shè)置適應(yīng)溫度變化作用的伸縮縫。伸縮縫間距一般為15m到30m左右。構(gòu)筑物的伸縮縫或沉降縫應(yīng)做成貫通式，即在同一剖面上連同基礎(chǔ)或底板斷開。這種縫的構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，施工難度較大，設(shè)計(jì)及施工均需十分仔細(xì)，否則就容易造成縫的滲漏。主要表現(xiàn)在：1.1整體性差。1.2抗震性能差。在地震力作用下分縫處很容易損壞（互相碰撞）。日本大地震調(diào)查后，先進(jìn)的國(guó)家都取消了伸縮縫設(shè)計(jì)而代之為整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1.3橡膠止水帶處容易漏水（據(jù)調(diào)查很普遍），因?yàn)樵撎幑?jié)點(diǎn)復(fù)雜不易澆注密實(shí)。對(duì)于大面積結(jié)構(gòu)，若底板漏水，水不易排走，會(huì)造成地基沉陷，導(dǎo)致底板變形，破壞。而底板修復(fù)很困難。1.4橡膠止水帶有老化問題。1.5因用橡膠止水帶接縫，漏水問題的處理將直接帶來生產(chǎn)管理的麻煩。底板漏水不易察覺，直到底板發(fā)生破壞，漏水量劇增，才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。2、工程概況大連某水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬噸/日，清水池容積為20,000M3。場(chǎng)地坐落在基巖上，且為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂礫巖。3、大型清水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫的處理方法為了避免進(jìn)行分縫設(shè)計(jì)。因此，現(xiàn)在有些工程技術(shù)人員也在積極探索新的途徑以無溫度伸縮縫設(shè)計(jì)取代分縫設(shè)計(jì)。主要方法有：3.1設(shè)置混凝土后澆帶或加強(qiáng)帶，3.2使用混凝土膨脹劑，3.3預(yù)應(yīng)力技術(shù)3.1、當(dāng)池體長(zhǎng)度超過國(guó)家規(guī)范規(guī)定的要求時(shí)，采取不設(shè)溫度伸縮縫，而設(shè)置12m寬的后澆帶或加強(qiáng)帶的做法。后澆帶砼待其兩側(cè)混凝土澆筑完畢后2個(gè)月左右再進(jìn)行澆注。而加強(qiáng)帶處鋼筋和混凝土膨脹劑摻量都要適當(dāng)增加。無論后澆帶和加強(qiáng)帶都只能解決施工期間混凝土的收縮問題，并不能解決季節(jié)溫差（濕差）所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力問題。雖然有些超長(zhǎng)水池沒有出現(xiàn)豎向裂縫，那是因?yàn)槌氐装鍨槠矫妫虻鼗鶎?duì)水池的摩擦力較小，或池體水平配筋較大，而并不是后澆帶，加強(qiáng)帶或外加劑起了主要作用。目前，有很多靠摻外加劑解決池體超長(zhǎng)的水池或構(gòu)筑物出現(xiàn)不同程度的豎向裂縫，有些已很嚴(yán)重。豎向裂縫每10米左右一道，縫表面出現(xiàn)黑色的青苔。3.2、摻加混凝土膨脹劑的目的就是在混凝土中產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。其產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力值是有限的，也就是說超過一定的界限就起不到應(yīng)有的作用。而且，若從工程耐久性方面考慮，水池結(jié)構(gòu)不宜使用含有鈣礬石類的膨脹劑。因?yàn)橛行┡蛎泟┲写嬖谘舆t鈣礬石生成現(xiàn)象，所謂延遲膨脹就是當(dāng)混凝土硬化一段時(shí)間以后，混凝土中的鈣礬石再開始膨脹，即混凝土中的鈣礬石與混凝土本身的硬化不同步，因此我們對(duì)于延遲鈣礬石生成的潛在危險(xiǎn)性應(yīng)有充分的認(rèn)識(shí)。詳見文章：清華大學(xué)教授，閻培渝，彭江，陳廣智關(guān)于“大體積補(bǔ)償收縮混凝土中的延遲鈣礬石生成現(xiàn)象”一文，混凝土雜志，2002年第1期。3.3、用有粘結(jié)或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線來解決溫度應(yīng)力問題。當(dāng)池體長(zhǎng)度和寬度都較長(zhǎng)時(shí)，不設(shè)溫度伸縮縫，而在池壁、底板水平方向均施加預(yù)應(yīng)力來解決溫度應(yīng)力問題。這是從根本上解決水池裂縫問題的方法。而且，混凝土被施加預(yù)應(yīng)力以后，混凝土本身受壓，水池抗?jié)B性、耐久性將大大提高。4、關(guān)于池體造價(jià)與結(jié)構(gòu)耐久性以長(zhǎng)春某污水處理廠的曝氣池為例，考慮到東北地區(qū)的寒冷條件，原來傳統(tǒng)曝氣池為4個(gè)獨(dú)立的池子。4x25m=100m。而在長(zhǎng)方向（100m）每25m設(shè)一道溫度伸縮縫。池壁厚度為700mm。底板厚度為850mm。而采用預(yù)應(yīng)力水池后，池壁厚度為400mm，底板厚度為160mm,抗浮用碎石進(jìn)行配重。這樣，該曝氣池實(shí)際上共節(jié)約鋼筋340噸，混凝土2500m3,但多用了140噸鋼絞線。因此，該曝氣池共節(jié)?。?.48(3402800+2500600-14010000)=1556960元，約為156萬元。因此，用有粘結(jié)或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)來解決水池溫度應(yīng)力是從根本上解決水池裂縫問題的最好方法。以前，有一種觀點(diǎn)，認(rèn)為預(yù)應(yīng)力水池造價(jià)較高，我分析其主要原因是設(shè)計(jì)方法的落后，即施加到池壁上的預(yù)應(yīng)力很有限（或者說，所施加的預(yù)應(yīng)力不起什么太大的作用），設(shè)計(jì)者只能靠增加非預(yù)應(yīng)力鋼筋來平衡外荷載。這就造成國(guó)內(nèi)很多預(yù)應(yīng)力工程的設(shè)計(jì)，采用雙保險(xiǎn)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（即非預(yù)應(yīng)力鋼筋幾乎能承受全部外荷載，預(yù)應(yīng)力筋幾乎也能承受全部外荷載）。另外，為了更好地發(fā)揮國(guó)家投資長(zhǎng)期效益（我們國(guó)家并不富裕，大部分投資都是來自世界銀行、亞洲開發(fā)銀行等貸款），我們應(yīng)充分考慮水池類結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主的基礎(chǔ)設(shè)施耐久性問題，是當(dāng)今世界的大問題。在結(jié)構(gòu)耐久性方面，一些國(guó)家吃了大虧，引起政府部門的注意與重視。一些國(guó)家率先采取技術(shù)對(duì)策和進(jìn)行行政干預(yù)，我國(guó)也及時(shí)發(fā)布了國(guó)務(wù)院第279號(hào)令。國(guó)內(nèi)外這些做法，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。目前，有粘結(jié)或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)污水處理廠中的初沉池、二沉池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已得到廣泛地應(yīng)用。而對(duì)于矩形水池，國(guó)內(nèi)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的則不是很多。5、傳統(tǒng)水池與預(yù)應(yīng)力清水池滲水量標(biāo)準(zhǔn)的比較5.1我國(guó)規(guī)范規(guī)定水池允許滲漏量為：2L/m2d。舉例說明如下：如一個(gè)10,000m3清水池，根據(jù)我國(guó)規(guī)范的規(guī)定，每年允許滲漏量為2409m3。5.2美國(guó)規(guī)范規(guī)定的水池允許滲漏量為：標(biāo)準(zhǔn)A（預(yù)應(yīng)力水池）：一個(gè)10,000m3清水池每年允許滲漏量為456.25m3。標(biāo)準(zhǔn)B：一個(gè)10,000m3清水池每年允許滲漏量為912.5m3。標(biāo)準(zhǔn)C：一個(gè)10,000m3清水池每年允許滲漏量為1825m3?？梢钥闯?，預(yù)應(yīng)力清水池允許滲漏量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國(guó)傳統(tǒng)水池的滲漏量（約為19%）。因此，預(yù)應(yīng)力水池不僅滲漏小，耐久性好，而且也可以大量節(jié)約水資源。6、無溫度伸縮縫預(yù)應(yīng)力清水池設(shè)計(jì)大連某供水工程清水池平面尺寸為5565m，深6.3m。為解決溫度應(yīng)力問題按目前規(guī)范，原設(shè)計(jì)將被分為6塊，每塊之間用30mm寬伸縮縫完全隔離開來。為了克服傳統(tǒng)水池的缺點(diǎn)，在清水池設(shè)計(jì)中我們與美國(guó)JHCE結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公司合作采用了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，取消了6個(gè)塊體結(jié)構(gòu)，20,000M3清水池設(shè)計(jì)為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，沒有任何伸縮縫。另外，我們將矩形清水池四角設(shè)計(jì)成圓角。這樣既考慮了矩形水池占地少、布置靈活的優(yōu)點(diǎn)，又考慮了圓形水池受力好的優(yōu)點(diǎn)。盡量使我們?cè)O(shè)計(jì)的清水池趨于完美。該清水池使用材料均為國(guó)產(chǎn)?；炷翞镃35，P8。鋼筋為HPB235級(jí)及HRB335級(jí)，1860Mpa低松弛鋼絞線。錨具使用北京建研院B&SI類錨具。清水池柱網(wǎng)尺寸為6.3m,頂板厚度為200mm,每個(gè)柱間鋼絞線數(shù)量為20束（15.24mm）。根據(jù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ/T92-93的規(guī)定，頂板鋼絞線在一個(gè)方向集中布置，而在另一個(gè)方向分散布置。底板在兩個(gè)方向上被施加預(yù)應(yīng)力，底板厚度為160mm，為保證底板有效預(yù)應(yīng)力的施加，我們?cè)诘装迮c墊層之間設(shè)置了3層0.3mm厚的塑料板滑動(dòng)層。池壁水平方向及豎向均施加預(yù)應(yīng)力，池壁厚度為300mm?；炷亮芽p控制在00.1mm之間。（我國(guó)傳統(tǒng)水池一般控制在0.2mm左右，雖然也可控制在0.1mm，但其用鋼量將成倍增加。因此，采用預(yù)應(yīng)力無縫整體水池設(shè)計(jì)，建造出來的水池結(jié)構(gòu)耐久性更強(qiáng)）。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳見下圖。方案比較表項(xiàng)目名稱：大連市某給水工程20,000m3清水池序號(hào)項(xiàng)目名稱建筑工程1矩形帶圓角無溫度伸縮縫預(yù)應(yīng)力混凝土水池（方案1）490.10萬元2傳統(tǒng)有縫鋼筋混凝土矩型水池（方案2）629.55萬元3方案1比方案2節(jié)省投資額139.45萬元經(jīng)過工程經(jīng)濟(jì)比較及技術(shù)分析我們可以得出下列結(jié)論：采用后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行清水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力整體水池比傳統(tǒng)分縫水池節(jié)約造價(jià)為22.2%左右。7、清水池施工水池混凝土施工是由大連市金州第二建筑公司來完成的，預(yù)應(yīng)力施工是由鞍山市北方預(yù)應(yīng)力公司來完成的。