辛玉龙
中国市政工程西北设计研究院有限公司
摘要：本文通过对强硫酸盐腐蚀环境下，给水排水钢筋混凝土构筑物的结构设计过程分析。提出该类环境下的结构设计方案，包括材料选用，基础处理，结构形式的选用和优化。
关键词：强腐蚀 混凝土 构筑物 结构设计
Abstract: This paper analyzes the structural design process of reinforced concrete water tank of water supply and sewerage in highly corrosive environment.Put forwad the scheme for structural design in this environment. Including material selection, ground treatment, selection and optimization of structural form.
Keywords：highly corrosion concrete structure Structural design
一．概述
近年来，随着我国国民经济的不断发展，人民生活水准的提高，以及党和政府对环保事业的高度重视,全国各地进行了大量的给排水钢筋混凝土构筑物的建设。笔者在某污水处理厂的结构设计过程中，经由工程地质勘查单位实验确定，该工程建设场地土硫酸根离子含量极高，对拟建混凝土构筑物形成了高强腐蚀。因此在本工程设计中，根据现行规范和标准，通常为解决混凝土超长而采用的膨胀剂均不可使用，温度应力只能通过配筋来解决。必须考虑并且场地土需进行特殊处理消除强腐蚀性。构筑物的混凝土强度等级需有相应提高。
二.工程概况
1.建设场地
本工程位于辽宁省锦州市，该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，水平地震影响系数最大值为0.04。场地类别为Ⅱ类，设计地震分组第二组，场地特征周期为0.40s，拟建工程设计使用年限为50年。锦州市属暖温带半湿润气候，年平均气温为7.8～ 9.0℃，最冷月平均气温-9.1℃。
2.腐蚀性评价
本工程地质勘查过程中，根据《岩土工程勘察规范》的规定，取两个钻孔的土样做场地腐蚀性评价[1]。
其中ZK25,取样深度为1.00m、3.00m；ZK41取样深度为0.5m、1.0m。
实验结果如下：
.jpg)
其中XK-41在0.5m处深度土壤深度SO42-浓度高达36121 mg/kg,相当于规范规定最高数值的三倍以上，根据现场走访调查，拟建场地周边有一座化工企业（已停产搬迁），经现场调研判定污染源来自该化工企业排放。
三 结构设计
1.材料选用
（1）钢筋混凝土
依据现行《混凝土结构耐久性设计标准》表3.4.4[2]，设计使用年限为50年的混凝土结构，在V-E环境中最低混凝土强度等级为C45。经过对地勘数据的分析发现，虽然土壤中SO42-含量极高，但仅在场地浅表土层1.0m范围内分布。1.0m范围以下土壤中SO42-含量已降至腐蚀性V-D以内。
拟建工程为污水处理厂，大部分构筑物埋于地下。如按照O42-浓度36121 mg/kg来选择混凝土材料,需要进行专门的实验，并添加大量混凝土防腐蚀添加剂，时间和经济成本均较高。并且没有消除土壤中高浓度SO42-对混凝土结构的腐蚀，尚需在污水厂运行期间监测混凝土结构受腐蚀损害的情况。
因此，经过比对。本工程实施中，将拟建场地内1.0m深度范围内的土层全部挖除采用素土回填。经过此番处理，将场地土的腐蚀性降至V-D范围内。采用C40混凝土即可。
钢筋采用HRB400（C）级。
（2）添加剂选用
①场地土经过上述处理后，仍然为V-D级强腐蚀，与场地土接触的混凝土仍需采用高抗硫酸盐配置，依据《抗硫酸盐硅酸盐水泥》7.1条[3],水泥中硅酸三钙含量应≤50%，铝酸三钙含量≤3.0%。同时在水泥中掺入抗硫酸盐外加剂（抗硫酸盐等级KS≥150）。同时，掺入的矿物掺和料；不应使用高钙粉煤灰和石灰石粉。且用作矿物掺和料的粉煤灰，氧化钙含量不应大于10%。
②膨胀剂
按照《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》7.1.3条的规定[4]，露天式矩形钢筋混凝土水池，坐落在土质基础上时，伸缩缝最大间距仅为20m。随着市政给排水工程规模的不断扩大，大部分水池的长度都已经超过了此限值。在常见的场地环境中，在处理此类超长构筑物的温度应力时，全部采用补偿收缩混凝土，超过一定长度时采用膨胀加强带，这样便有效处理了收缩应力，有效提高了混凝土结构的抗裂性能。
根据《补偿收缩混凝土应用技术规程》表4.0.4[6,]不同形式的膨胀加强带结构长度限制不同，见下表。
.jpg)
上图为生物池平面图，可知水池长度为34.60米，已经超过了20米的水池设缝长度限值。
.jpg)
.jpg)
.jpg)
3.结果分析对比
从上述两种不同结构方案对比发现，我们发现在本水池的设计中。设置伸缩缝并没有有效减小配筋计算时的壁板内力准永久值。而各壁板中部的配筋均为构造配置。
4.方案
经与施工单位沟通，水池中部如设置施工缝，反而增加了钢筋绑扎、混凝土浇筑、填缝、防水等施工工序的难度。因此针对本水池，我们采用了不设缝，考虑温度应力，并依靠钢筋混凝土结构自身强度解决温度应力的方案①。
但需要指出的是，上一条经验并不适用于所有构筑物。对于长度超长，构筑物壁厚较大的水池，在温度作用下会产生较大的应力。此时不能机械采用单一设缝或者增大配筋的传统办法。应根据构筑的尺寸，在满足工艺使用的前提下，比对两种方案的优缺点，灵活采用。达到成本控制与技术利用的平衡。
四．结束语
本文通过梳理一个高浓度硫酸根离子强腐蚀环境下，给排水构筑物的结构设计实例。总结了类似场地条件下，此类工程的结构设计思路。包括材料选用，场地处理和结构方案比选。强腐蚀条件下的结构设计是一个复杂的过程，需要从经济成本、使用功能要求来综合考虑。由于给排水构筑物的特殊性，如有裂缝或钢筋锈蚀，试用期间不易修补。因此在复杂场地条件下设计和施工，一定要全面细致考虑各项对结构的不利硬塑，采取科学有效的技术手段，防止结构的损坏。
参考文献
[1]GB 50021-2001.岩土工程勘察规范（2009年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]GB/T 50476-2019.混凝土结构耐久性设计标准[s].北京：中国建筑工业出版社，2019
[3]GB 748-2005. 抗硫酸盐硅酸盐水泥[s].北京;中国建筑工业出版社，2005
[4]CECS 138:2002. 给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[s].北京：北京市市政工程设计研究总院，2005
[5]GB/T 50046-2018.工业建筑防腐蚀设计标准[s].北京：中国建筑工业出版社，2018
[6]JGJ/T 178-2009.补偿收缩混凝土应用技术规程[s].北京：中国建筑工业出版社，2009