任旭
天津众业建设工程有限公司 300270
摘要：针对北方池体工程的渗漏情况进行调查后，从池体施工到投运过程的不同阶段出现的裂缝到渗漏分析原因，得出符合现状和规律的概念，并提出可行的防治措施，为今后的池体施工提供实际经验和理论支持，以消除北方池体工程质量通病。
关键词：温差；徐变；伸缩缝；裂缝；渗漏
0 引言
池体工程是用于储存液体的钢筋混凝土构筑物，建成后容易出现渗漏等质量问题，尤其是北方的钢筋混凝土池体工程，无论是地下池体还是地上或半地上等池体，渗漏情况较为普遍，成为大家关注的质量通病。
钢筋混凝土池体是工程建设中常见的构筑物，尤其在石化、煤化工行业较为普遍应用，用以存储水为主，有工业用循环水池、消防水池、焦化储焦池、雨水池、污水池、冷却塔底水池等等，使用功能不尽相同的各种池体，一旦渗漏，都会引起不同程度的负面影响。由于我国南方地区季节性温差较北方小，且湿度较大，池体工程的渗漏情况没有北方严重，作者仅对北纬35度以上地区的部分池体进行了调查，提出一些解决问题的建议和理论基础，以期达到良好的通病治理效果。
1、池体工程交工前后的渗漏情况分析
池体交工前后的渗漏有两种情况，一是池体工程完成混凝土浇筑、养护、拆模后，蓄水试验之前，池壁出现可见裂缝；二是达到设计强度进行蓄水试验过程，发现渗漏情况；这两种情况是池体工程质量缺陷的主要方面。
1.1蓄水试验过程的渗漏原因分析：
蓄水试验过程池壁有明显的漏水情况，有可见的小孔洞，有可见的流水通道，是因为预埋件、预埋套管或加固模板时的穿墙丝等没有有效的止水措施，施工缝处理不当，拉结筋设置不符合规范要求，或混凝土中夹渣造成流水通道等等。有的是在混凝土浇筑时没有振捣到位，混凝土有“架空”现象，造成空洞，进而形成流水通道等。这些都是纯粹的施工质量问题。也有未及时发现的裂缝，水池蓄水后，池壁应力增大，裂缝进一步扩展，导致的渗漏情况发生。
1.2蓄水试验之前的裂缝原因分析：
池壁模板拆除后，蓄水试验之前池壁出现可见裂缝，往往是沿竖向有规律的可见裂缝，间隙一般在3m～5m左右，造成这种裂缝的主要原因有四个方面：一是原材料及配合比可能有缺陷；二是池壁混凝土浇筑时的振捣存在缺陷；三是养护不到位；四是设计方面可能存在缺陷。
1）原材料及配合比：组成混凝土的原材料用石子宜大不宜小，在可泵送的前提下，使用级配较好的5mm～30mm粒径的石子优于5mm～20mm粒径的石子，砂、石含泥量在满足规范要求前提下越小越好；外加剂的使用必不可少，既要有良好的减水效果，又能在混凝土硬化过程中产生微膨胀效果，方为上策；水灰比一般要求不大于0.5为宜；水泥用量越多，混凝土收缩就越大。级配不良的较小的石子，含泥超标的砂、石，以及较大水灰比，对混凝土抗裂是非常不利的，尽管想通过微膨胀剂弥补一些其它材料缺陷，但没有可靠的试验数据，也不是替代其它材料缺陷的办法。
2）池壁混凝土浇筑时的振捣：只有振捣到位，振捣密实，才能有效减小混凝土的塑性收缩，坚持“宁可稍过振，不可点漏振”的原则会更有益。
3）养护：混凝土养护不到位是影响混凝土强度和抗裂性能的重要因素，凡是影响混凝土中水份保持的因素，都对混凝土的收缩有本质影响；虽然参加水化反应的水只有用水量的20%左右，早期水分的流失快慢直接影响混凝土的强度和收缩；高温湿养可加快水化反应，减少混凝土的收缩；高温干燥时，混凝土收缩越加明显增加，如果混凝土处于饱和湿度或水中，不仅不会收缩，反而会产生体积膨胀，而且能够有效抑制混凝土的碳化收缩，这些理论和实践经验已得到公认。早期较好条件的养护措施，能使混凝土水化反应充分进行，尽早达到一种抗拉强度值能够抵抗因混凝土收缩而产生的拉应力，减少池壁混凝土因收缩而裂缝的概率。
4）池体设计方面：即使施工单位过程控制严格、施工优质，但池壁依然有裂缝。一般建设和施工单位不容易拿出理论数值来修改设计的不恰当。依照施工单位的经验，和不同配筋条件下池体外观质量比较，在满足池壁受力计算所需的最小配筋率要求下，往往采用较小钢筋而间距较密的设计，对池体抗裂有明显好处，有的设计人员也会结合施工单位的经验，在池壁主筋外侧增设抗裂钢丝网，的确起到一定良好效果。
从池体几何尺寸大小上分析，长度不足20m的池体，设计人员往往不考虑温度伸缩缝的设置，当长度大于20m时，因伸缩缝的设计减小了池体整体刚度和给施工造成的不便，设计人员往往通过其它渠道来弥补此缺陷，如在混凝土中加微膨胀剂、抗裂纤维等措施；但从理论和工程实例看，微膨胀剂的加入仅对早期抗裂有效果；当长度大于30m后，不设伸缩缝，其他措施也很难抵抗池壁抗温度变形的裂缝。因此，池壁的配筋和伸缩缝的设置，是设计人员更应关心的问题。
2、池体工程交工后的裂缝、渗漏分析
2.1池体工程交工后，池壁裂缝、渗漏的几种现象：
池体工程交工后裂缝、渗漏一般有三种情况，一是储存介质（以水为主）后地上或半地上池体出现渗漏。二是长期空池不使用（一个年周期以上）出现可见裂缝，或地下水池在地下水的作用下向池内渗漏。三是地下式池体“漏水”。由于地下式池体渗漏的隐蔽性，以及工程实例的缺少，我们暂且不做分析，以下是三个实例的描述和分析：
1）案例1：某北方石化公司的循环水池为半地上式水池（天津地区），外形尺寸为40m×25m×6.5m, 2002年8月建成交工，池体的工程质量评定为优良；池体投运半年后，渗漏情况严重（裂缝宽度0.3mm～0.5mm），当时运行水温达到80℃左右，持续了3～5年，多次封堵效果不明显，后采用化学注胶、池壁外用110mm厚水泥复合板保温，基本解决了渗漏问题。可见，这种渗漏的主要原因是池壁内外温差较大造成现象。
2）案例2：某北方煤化工项目循环水斜板池（内蒙地区），外形尺寸为23m×19m×7.2m，工程完工蓄水试验完好，2016年6月交工，2016年10月投运，为全地上水池，运行水温达到60℃以上，运行一个月出现竖向有规则裂缝导致渗水（裂缝宽度0.3 mm～0.5mm，裂缝间距2m～3m），如图2所示；目前只进行了局部化学注胶封堵,没有进行实质性处理；分析原因，主要是环境温差和池体内水温的变化，形成池壁混凝土收缩变化，导致裂缝。
3）案例3：某北方大型储焦池的沉淀池部分（河北地区），为半地上式池体，尺寸为125 m×24m×7.5 m，交工验收合格，2010年6月投运，运行良好，没有出现渗漏现象，目前，池内水温在60 Co左右，外池壁上部竖向可见裂缝，裂缝宽度0.3mm～0.5mm左右，裂缝长度至上而下0.5m～0.8m，裂缝间隔3米左右，主要原因是池壁大部分在地下，能够保持一个较好的恒温。
2.2温差引起池壁裂缝的理论基础：
北方钢筋混凝土池体渗漏情况比较常见，目前共认的观点是温差引起的裂缝是主要原因，包括两方面：①池壁混凝土和环境变化的温差（大于60℃）；②季节性温差变化（大于60℃）；第一种情况引起的内应力与水平荷载（水的压力）产生的内应力，共同作用下，产生的拉应力大于混凝土设计强度的拉力，导致可见裂缝；江正荣先生关于”徐变”给出了这个计算理论[3]：?=Co×σ( 徐变变形等于变形度乘以使用应力)，这里没有直接考虑温度影响，已经有理论证实，在相同的荷载条件下，温度越高徐变越大，在70 Co的环境下的混凝土受荷一年后的徐变，要比 在20 Co的环境下大一倍以上。这也是池体水温达到60 Co以上负荷运行容易造成裂缝渗漏的一个潜在原因。第二种情况是钢筋混凝土的整体收缩和局部约束造成的拉应力大于设计强度的拉应力而裂缝。
3、池体工程渗漏的防治措施
北方池体工程的渗漏治理，不能简单的只控制施工质量，要从源头抓起，广泛收集资料，积累经验，集思广益，需要设计、施工、业主等各方综合治理，有望根治通病。
3.1对设计方面的建议：
1）对于池体长度不足20m时，宜采取加强钢筋混凝土的整体强度和刚度为宜；池壁顶端宜设置“加强梁”或“暗梁”，池壁宜采用较小较密集的配筋，一般选用Ф12~Ф16钢筋做为主筋，间距不宜大于150mm，水平筋尽量采用较细的钢筋，在考虑抵抗温差应力影响时，对地面以上池壁水平钢筋间距不宜大于100mm。薄壁结构较细较密的配筋可以提高抗裂能力的结论是肯定的。
2）当池体长度大于20m时，要考虑设置伸缩缝或后浇带；当池体长度大于30m时，应设置伸缩缝。工程实践中，伸缩缝的大小变化在北方池体上体现的非常明显，有效地释放了冬夏温差引起的应变。当设计伸缩缝的宽度为3cm，用弹性防水材料填充完后，表面看不见缝隙，但到了冬季有的出现填充材料冷缩裂缝；这种裂缝一般不会产生渗漏现象，除非止水带（柔性或刚性）出现质量缺陷；尽管水池设计规范[4]要求缩缝间距为8m～10m,实际工程中，长度不足20m的池体几乎没有一项是执行此规定的；长度大于20m的池体，也很少见缩缝的设置，多数以后浇带的形式出现；后浇带只能填补混凝土早期的收缩量，加强了池体的整体强度和刚度；对于这种体表比较小的池壁体长构件，后期环境温差影响是非常敏感和致命的因素。
3）设计人员对施工的要求方面应有明确规定，如：水灰比不应大于0.5，后浇带后滞浇筑时间不得少于28天，条件允许时，可延长到48天以上等等。
4）北方池体的池壁地上部分，应在外侧设置保温层，以减缓环境温差对池壁的影响。尤其是地上池体，应充分考虑环境、介质对池壁产生的温差影响
5）设计方面考虑了池体运行时（满负荷时）结构抗裂要求，是否考虑了运行中温差的变化和荷载效应的叠加？或者是北方冬季空池时，地下池体在外侧土力的作用和冬夏温差变化的应力叠加？这都是影响混凝土池壁徐变增大的重要因素。
3.2施工方面的建议；
1）砂、石含泥量控制在要求范围内，水泥强度等级不小于42.5MPa的普通硅酸盐水泥，搅拌时宜加入高减水剂、膨胀剂等，水灰比越小越好，塌落度控制在200mm以下为宜。尤其是对膨胀剂的要求，应建立在相同配合比条件下检验混凝土的膨胀率，使膨胀剂正真起到消减收缩应力的作用。
2）依靠施工经验，与设计人员协商解决早期设计图纸中存在的不恰当部分很重要。
3）加强混凝土振捣，使新浇筑的砼更加密实，从而减少混凝土早期收缩量。
4)水池底板混凝土施工时，应连续浇筑，加强振捣；其中悬模部分的池壁浇筑，掌握好时机尤为重要；水池底板混凝土宜采用蓄水养护。
5) 池壁混凝土全部浇筑完成后、初凝前，对面层进行拍打振实，多次压平抹光（不少于两次），视天气情况和混凝土强度增长情况，覆盖或加水养护。
6) 加强养护非常重要：池壁模板尽可能晚拆，时间不应少于7天（带模养护：混凝土浇筑过程，对模板支撑体系形成预压应力，在混凝土早期微收缩阶段，模板支撑体系预压应力可能产生回弹，对混凝土的收缩应力是一种缓释；同时，带模养护替代了其它养护方法；缺点是：延缓了辅助材料的周转），池壁模板拆除后，对池壁应继续进行养护，北方夏季宜采用喷淋养护，至少应保持14天以上的养护期，有条件时，可延长到28天养护期；养护的作用是防止混凝土表面水份过早的流失。养护期内应始终保持混凝土表面湿润为原则。
7) 池壁伸缩缝处的止水带材质质量至关重要，柔性的要注意老化年限，刚性的要注意“沙眼”缺陷和腐蚀性能；弹性防水材料填充前，缝内杂物应清理干净，缝内干燥状况下填充弹性防水材料。
8) 蓄水试验之前，对池体外观质量进行检查，发现明显的裂缝、孔洞等质量缺陷，应进行补强修复，然后考虑蓄水试验。
3.3池体交工后的建议：池体完成后应进行蓄水试验，在没有发现明显渗漏情况下，适当延长蓄水时间，使池体满负荷情况下，形成对地基进行预压效应，达到全面检测池体质量的目的。蓄水试验完成后不应长时间“空池”，如果池体不能投入使用，宜保持2/3高度的水位，越冬时，要防止结冰；空池时要采取对池底板的防冻措施，如：保留少量液面高度，在水中加入防冻剂或工业盐；或铺设1m左右厚的砂子并覆盖一层保温材料（铺砂厚度需参考设计冻土深度），或覆盖其它保温材料，防止池底地基土出现冻融情况。越冬的池体，如果“空池”，对池壁是严峻的考验，暴露在外的大面积池壁，在没有恰当的伸缩缝时，在北方很难抵抗冬夏60多度的温差影响，北方池体渗漏事实情况的普遍存在应引起大家共同关注.
3.4关于伸缩缝：池壁伸缩缝的设置从理论上讲，不是有效和实用的防裂措施。环境温度的变化，对钢筋混凝土池体构件的影响是永久的，但是，根据我们几十年的池体施工经验，伸缩缝的设置可有效地释放一些温差应力，对池体抗裂是有益的。在温度变化时，直观上讲、钢筋不收缩而混凝土收缩，池壁受端头转角壁板的约束和池底板的约束（扶壁柱、八字角、顶端暗梁等均为约束条件），使得池壁混凝土无法自由回缩，必然产生收缩应力，而混凝土的收缩应力达到或超过自身抗拉强度时,池壁将出现可见裂缝。裂缝一般发生在池壁远离伸缩缝、端头部位，沿垂直方向出现，发生在池壁中部，间距较为均匀，一般在2m～3m一道。当然，不是所有的裂缝都能造成渗漏，有些裂缝或渗漏在一定时间内随环境的变化可能会自愈；北方池体池壁出现的局部的湿渍、微裂、或渗漏要分析原因，只要不出现明显渗漏就可正常使用。在石化行业池体设计规范（SH/T3132）[4]和施工规范（SH/T3535）中，对池体渗漏缺陷进行了量化界定，并作为池体工程验收的依据。
4、结语
引起池体渗漏的主要原因有原材料缺陷、温差过大、施工缺陷、设计缺陷、使用不当等等原因；北方池体工程渗漏防治是一项综合而复杂的技术问题，需要不断总结经验和教训，以期达到恰当的设计、优质的施工质量和池体工程的合理投运，才能缓解池体渗漏这一质量通病。
参考文献：
[1] 江正荣 著《建筑施工计算手册》2013，P652，中国建筑工业出版社
[2] 王铁梦 著《工程结构裂缝控制》1998，P30—31 中国建筑工业出版社
[3] 江正荣 著《建筑施工计算手册》2013，P650，中国建筑工业出版社
[4]中石化洛阳工程有限公司 著《石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范》SH/T3132-2013，P20，中国工业和信息化部发布