超长超大水池混凝土的裂缝控制技术

邬荒耘 杨 俊 刘 星 邹金标

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

目前水池裂缝控制常采用的办法包括补偿收缩混凝土、设置施工后浇带、选择合适的材料和级配等，但是，超长超深水池相关的应用研究较少。因此，有必要对池壁和池底混凝土结构裂缝的控制工艺进行探究，以满足施工要求。

1 研究背景

航运技术与安全科研设施及基地建设项目，位于上海市崇明区长兴镇09CM-0601单元E3-05地块；深水拖曳水池实验室建筑物呈细长条块形（东西走向），占地面积12 250.99 m2，建筑面积16 985.42 m2（图1）。深水拖曳水池的基础为桩＋承台形式，长398.7 m、宽18.0 m、深10.3 m，采用半埋式结构形式，水池底板板面标高为－3.90 m，池壁顶标高为＋6.4 m，水池顶设跨度为18.8 m的拖车。深水拖曳水池结构属于超长结构，水池结构分为9段进行施工（图1），每段分多层浇筑混凝土（图2），分缝宽度为20 mm。由于水池有结构超长、面积超大的特点，满水后会对池壁和池底的施工缝形成较大的压力，因此对水池结构的施工质量和抗渗漏要求较高。

图1 项目分段施工布局

图2 深水拖曳水池剖面

查阅相关资料文献[1-5]可知，钢筋混凝土结构产生裂缝的原因较多，主要包括：混凝土配合比设计不当；结构设计不当，比如配筋率不足、钢筋保护层过厚、变形缝设置不合理；浇筑养护工艺不合理，比如混凝土浇筑施工不规范，混凝土养护措施欠缺，水化热控制不当产生裂缝。

本文主要从选用最佳配合比的混凝土、合理设置施工缝防水结构等方面进行研究。

2 超长深水拖曳水池混凝土的最佳配合比设计

为了更好地满足水池对混凝土坍落度、抗渗、抗裂和流动性等性能的要求，开展系列混凝土配比试验研究，最终确定一组综合效果较佳的配合比混凝土。

在混凝土的质量配合比方面，确定各组分范围：P·O 42.5水泥180～260份，S95矿渣为70～80份、II级煤灰70～80份，中砂680～750份，粒径为5～25 mm的碎石1 000～1 100份，SH306聚羧酸系高性能减水剂为4.5～6.0份，自来水170～190份。同时，在每立方米混凝土中掺加0.6 kg抗裂纤维。抗裂纤维为聚丙烯纤维，类型为SD-A3混凝土纤维，纤维直径20～30 μm，长度12 mm±1 mm，抗拉强度≥500 MPa，弹性模量≥5 000 MPa，断裂伸长率≥20%。

超长水池施工所用的复合混凝土制备的具体步骤如下：首先依次将碎石、中砂、P·O 42.5水泥、S95矿渣、II级粉煤灰放入干混，然后加入水混合，接着加入减水剂和抗裂纤维，搅拌均匀，最终得到超长水池壁施工所用的复合混凝土。

按照GB 5150—2017《水工混凝土试验规程》测定复合混凝土的28 d抗压强度、坍落度、抗渗透系数等，测试结果如表1所示。

从表1可以看出，由于采用了SH306聚羧酸高性能减水剂和SD-A3抗裂纤维，它们与P·O 42.5水泥、S95矿渣、II级粉煤灰、中砂、碎石等协同作用机理，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间，最终减少混凝土用水量5%以上，增强了超长水池施工所用的复合混凝土的抗渗能力和抗拉强度，其强度符合C30混凝土等级要求，抗渗能力符合设计要求达到P8。经检测，4组配比的复合混凝土R7标养强度范围为21.8～28.6 MPa， 28 d抗压强度范围为33.1～43.4 MPa，坍落度保留值范围为145～150 mm，抗渗等级达到P8级，表观密度为2 320～ 2 340 kg/m3。

表1 混凝土试验方案及测试结果

经综合考虑混凝土具有较强的抗压、抗渗抗裂性能、流动性较好以及现场效果好，最终选择了方案4作为该工程最佳混凝土配合比。

3 超长深水拖曳水池的施工缝控制技术

3.1 超长深水拖曳水池池壁防渗控制技术

由于水池主体结构采用了分段分层施工工艺，水池池壁墙体分9段施工，每段分3层，导致形成施工缝，这是防渗关键点。

为了更好地满足水池结构的抗渗漏要求，水池池壁采用内外层同时防渗工艺，即在水池内壁外表面设置保护层、外墙主防水层、附属防水层等3道保护层，在施工缝处的水池墙体内设置2条止水钢板带。止水钢板边缘折边，两块相向布置，通过圆钢和内外墙主筋焊接为一体，确保止水钢板的固定和定位准确（图3），浇筑混凝土过程中要注意对其的保护，施工缝下部混凝土浇筑要确保振捣密实。上部混凝土浇筑过程中加强缝面处理，在浇筑前对混凝土表面进行凿毛、清理干净，并洒水湿润，浇筑上层混凝土时，先铺设厚50～100 mm与混凝土同强度等级的水泥砂浆接槎。对于伸缩缝，严格控制止水带的质量和各项性能指标，止水带的安设，要严格按照设计图纸规定，设置横向固定筋，同时采用纵向固定筋和专用卡扣，使用绑丝将止水带两端固定，消除止水带在混凝土浇筑过程中的竖向位移和变形。另外，在池壁混凝土浇筑后2～3 d，混凝土内部温度达到峰值，为避免池壁内外温差过大出现裂缝，现场进行带模养护，养护时间不少于5 d，最好达到7 d。同时，对池壁混凝土进行测温，以内外温差不大于规范要求为拆模标准[6-9]。

图3 池壁施工缝的防渗结构

3.2 超长深水拖曳水池池底防渗控制技术

在水池池底防渗施工工艺中，关键的一环是底板结构分缝的防渗处理，本工程池底施工缝采用复合层防渗工艺，由下到上顺序设置C15混凝土垫层、底板防水层、宽1 000 mm卷材防水加强层、φ30～φ60 mm泡沫塑料棒、外贴式止水带、聚苯板填缝、中埋式止水带、聚苯板填缝、密封膏填缝等保护层，如图4所示。

在混凝土底板施工过程当中，除了采用上述底板结构分缝防水结构以外，还需采用以下施工工艺提高池底防渗效果。

图4 底板结构分缝防渗结构

1）对于施工缝，关键是保证施工缝部位混凝土的密实和接缝质量。在混凝土浇筑过程中，安排专人在此部位加细操作，在下一层混凝土初凝之前，浇筑上一层混凝土，混凝土振动棒插入下层混凝土5 cm以上，同时浇筑下一层前，应对前一层进行二次振捣，保持良好接槎，避免出现冷缝。混凝土振捣应遵循“快插慢拔”的原则，振点呈梅花形布置，两点间距不大于500 mm，逐点移动，做到均匀振实，直到未出现气泡和混凝土沉陷，最终保证该部位混凝土浇筑密实。

2）上部混凝土浇筑过程中加强缝面处理，在浇筑前对混凝土表面进行凿毛、清理干净，并洒水湿润，浇筑上层混凝土时，先铺设厚50～100 mm与混凝土同强度等级的水泥砂浆结合，确保伸缩缝处的表面处理得当。

3）在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，及时覆盖塑料薄膜和外盖土工布进行养护，避免温差变化过大，最终有效控制裂缝的出现。

4 超长水池结构表面的裂缝检测技术

超长深水拖曳水池结构表面的裂缝检测是一个必不可少的环节，可以进一步加强对工程质量的管控，也可以进行提前预判结构的防渗效果。目前，对混凝土结构裂缝的检测，常采用肉眼目测，依赖人工判断，不可避免地会受到个人的视力、精力、情绪等因素的影响，带有很大的主观性，难以保证检测标准和检测质量的统一。为了克服上述人工检测的不足之处，保证裂缝检测的科学性、客观性和准确性，采用了裂缝仪对水池池壁表面进行检测。裂缝仪主要用于检测并记录、计量混凝土桥梁、隧道或墩台、墙体等裂缝的宽度，及被测裂缝图像存储，该仪器符合JGJ 125—1999《危险房屋鉴定标准》、CECS 21：2000《超声法检测混凝土缺陷技术规程》的要求。裂缝仪的主要技术指标如下：在宽度上测量范围0～6 mm，测量精度≤0.01 mm；在深度上，检测范围5～500 mm，检测精度≤5 mm；具有彩色液晶屏可实现触摸屏操作。使用精密裂缝仪对池壁表面裂缝进行测量，查验宽度及深度。结果表明，池壁和池底整体外观表面良好，局部出现极少量的浅表微裂缝。可通过作业平台修补这些表面，直到符合规范及设计要求。

5 结语

通过对水池用混凝土配合比和防渗工艺的探究和工程实践，丰富了超长深水拖曳水池裂缝控制的选项。工程选用了混凝土的最佳配合比，混凝土的28 d抗压强度超过35 MPa。在结构施工缝控制方面，采用内外层同时防渗工艺，对深水拖曳水池池壁的施工缝进行处理；使用复合层防渗工艺对池底施工缝进行处理。实践效果显著，最终保证了工程的P8抗渗要求，有效控制施工过程中出现的裂缝，对于类似工程控制裂缝具有参考价值。