何晓成
中国市政工程华北设计研究总院有限公司湖北分公司湖北武汉430063
摘要：由于城镇化进程加紧、人口密度不断增加、环保重视程度日益提升等一系列因素，城镇污水处理厂大有越修越多、越修越大、出水指标越来越严的趋势。目前，大中型污水处理厂大多数采用的均为现浇钢筋混凝土结构，而且其部分单体平面尺寸基本上都会超过规范规定设置伸缩缝距离的要求。为满足水池功能属性、结构要求等，水池除伸缩缝外，一般还有沉降缝、施工缝、后浇带、加强带等。
关键字：污水处理厂；伸缩缝；加强带；后浇带
一、缝的种类
1）伸缩缝
在温度作用影响下，混凝土材料热胀冷缩性质容易引起混凝土开裂，伸缩缝就是为了防止混凝土收缩或者膨胀变形过大而造成本体开裂，在适当的部位设置的一条缝。混凝土收缩会使得混凝土之间产生拉应力，而混凝土抗拉应力远小于抗压应力，工程设计中甚至都不计入混凝土抗拉应力，但是如果混凝土平面尺寸越大，其收缩量也就越大，产生的拉应力也就越大，因此需要将需要将大平面尺寸混凝土（一般水池池壁厚度小于其高度和宽度）用升缩缝划分成较小的平面尺寸；混凝土膨胀会使其内部产生压应力，本对裂缝发展影响不大，但是由于环境或者材料本身原因，可能会造成混凝土构件的不均匀膨胀，这样也会引起构件开裂。因此，《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）表6.2.1对伸缩缝的设置做出规定，《给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程》（CECS117：2017）对缝的构造做法给出详细说明。
2）沉降缝、防震缝
沉降缝、防震缝主要是考虑到构筑物受力状况不同、结构形式变化较大、地基差异较大而设置的变形缝，其中沉降缝需连同基础一并断开，而防震缝只需断开基础以上的部分。一般水池结构受力比较均匀，单体结构形式比较单一，不均匀地基可通过地基处理来达到设计要求，故水池中沉降缝、防震缝的设置比较少。
3）施工缝
在施工过程中，因设计或者施工需要，在前段混凝土浇筑完成，施工完成后道工序或者设计规定的变形值符合要求后，再次进行后段混凝土浇筑，此时，前段混凝土已经终凝，新旧混凝土之间形成的结合面称之为施工缝。由于顶板、底板转角处的受力较为复杂，因此池壁施工缝的位置一般位于顶板以下、或者底板以上200～500mm，通过合理的施工组织设计，避免底板或者顶板留设施工缝。目前，施工缝的处理方式主要是预埋止水钢板，新旧混凝土的连接包括凿毛、湿水、铺设相同配合比水泥砂浆等工序，该处细节工序繁多，很容易被忽略，施工缝的关键是新旧混凝土的粘结，参照以往的工程经验该处也是混凝土质量通病的多发地段，漏水、渗水等问题突显。
4）后浇带
后浇带目的与变形缝相似，通过先浇筑两侧混凝土结构，留设宽度约1m～2m的后浇带，在结构完成绝大部分沉降、变形后，将预留的板带浇筑完成。后浇带处钢筋不断开，利用结构本身的变形能力抵消结构沉降和结构变形；变形缝是利用30mm左右的缝隙来为结构变形提供空间。后浇带处的混凝土收缩后容易与两侧先浇筑的混凝土形成完全通透的缝，因此，后浇带往往会掺入一定量的补偿收缩外加剂。
5）加强带
设置后浇带是来释放结构的温度变形、沉降等，而设置加强带则是通过混凝土自身形成预压力，来抵抗混凝土开裂。设置加强带的结构，所有混凝土均需添加适量的微膨胀材料，在钢筋及相邻混凝土的约束下，混凝土内部产生预压力，加强带往往设置在收缩应力最大的部位，在类似于水池这种比较规则的结构中，加强带基本是居中或者均匀布置。根据施工方式不同，加强带可分为连续式膨胀加强带、间歇式膨胀加强带、后浇式膨胀加强带，其适用平面尺寸也依次增大。
6）引发缝
相比常规伸缩缝，引发缝是条不完全贯通的缝，缝内钢筋不必断开，缝内布置止水板、填缝板、填缝材料，其中填缝板只是在中间部分布置，填缝材料与填缝板之间并没有断开。由上所述，引发缝只是人为削弱该截面，当温度应力发展到一定程度时，引导裂缝在此展开。引发缝通常布置在池体底板。
二、缝的比选
在上述各类缝中，防止因温度因素而使混凝土开裂的缝有：伸缩缝、引发缝、后浇带、加强带，以及这几种缝的组合。沉降缝设置主要与地址情况及结构形式有关，需根据具体情况讨论；施工缝主要是为满足施工工艺，目前已比较成熟。因此，沉降缝、防震缝与施工缝不在本文比选范围内。
伸缩缝适用于各类水池，平面尺寸、形状受到的约束条件较少。但是，伸缩缝内止水带受使用年限限制，而且再次修补较为困难，目前可以采用可卸式止水带解决该问题；伸缩缝将整体结构分开，使得结构的整体性和抗震性能差，伸缩缝的设置使结构计算模型发生变化，原有的固定端会变成自由端，配筋大于整体计算，使得造价上升，为加强整体结构的整体性，可以在伸缩缝两侧设置传力杆，通过设置传力杆，可以使伸缩缝两侧混凝土板块变形更加协调，减小裂缝的产生，传力杆设置原则可参考市政道路传力杆设置。因此在设置伸缩缝时，必须考虑结构整体性、结构耐久性，同时还需要满足构筑物使用功能。
引发缝对裂缝的开展具有导向作用，其中钢筋连续设置不断开的缝称为不完全收缩缝，钢筋在该处断开设缝称为完全收缩缝。不完全收缩缝可以传递弯矩及拉力，但截面相对其它断面有所削弱，所以应布置在内力较小的断面上。完全引发缝与伸缩缝的区别在于混凝土是否连续。由于引发缝处混凝土并未完全断开，该处抗渗性能要稍强于伸缩缝，因此，通常在水池结构设计中，引发缝用于水池底板，而伸缩缝主要用于池壁。
根据规范规定，后浇带处的混凝土应该在两侧浇筑至少42天后方可浇筑，这一规定主要是使两侧结构充分的完成温度变形。但该规定同时也为水池施工带来不确定性：1、工期不允许，特别是地下水池，池顶覆土等工序必须等后浇带浇筑完成后方可实施；而且操作人员反复进入密闭狭小空间中作业，也有一定危险性；2、止水钢板安装问题导致使用过程中漏水；3、后浇带浇筑前空隙部分没有清扫干净，导致浇筑质量差；4、池壁后浇带会形成冷缝，通常与设计文件中“不允许设置竖向施工缝”的要求相冲突。因此，设计过程中可以适当减少后浇带的使用，改用后浇带与加强带配合使用。
加强带虽然可以避免后浇带的某些弊端，但是整体结构混凝土中均需添加微膨胀外加剂，其造价相对较高，而且加强带是以混凝土自身应力抵抗温度应力，在露天超长水池中，温度应力一般较大，完全利用加强带来替换伸缩缝对结构安全可能带来不确定性。因此，在超过规范限制不大的情况下，可以使用加强带来取代后浇带。加强带的设置应注意带内混凝土标高和限制膨胀收缩率的控制，通常带内要比带外提高一个等级，同时钢筋在该处也需要加强。由于目前市场上微膨胀添加剂种类较多，每种产品效果不尽相同，因此在设计过程中并非控制添加剂用量，而是控制限制膨胀收缩率。
根据上方技术层面比较，可发现各类缝都有自己的优缺点，特别是伸缩缝，优点与缺点均特别明显，但是由于混凝土结构自身因素，伸缩缝目前为止尚不能完全被替代；在地下水池这类温度应力不是太大的结构中，可以小范围内采用加强带替代后浇带，尽量减少后浇带的使用。在造价方面，设置伸缩缝会引起工程量增加，造价增加最多；加强带需要在整个混凝土结构中添加外加剂，造价增加其次；后浇带几乎不会引起工程量增加，对造价影响有限。
综合经济、安全、耐久性等方面因素，水池结构设计中，长度超规不大的水池，可以在适当地方添加加强带；但是在温度应力较大的结构中、或者水池超规较大的水池（如水池长度大于60米），可以考虑采用伸缩缝、加强带、后浇带配合使用，中间使用伸缩缝，两侧使用加强带或后浇带。
三、结语
本文简述了市政水池中各种缝的类型，并指出了各自的构造形式和特点。为解决温度应力问题，通过比较和分析，指出伸缩缝耐久性、造价等方面存在缺陷，但在超长水池设计中不可或缺。水池超规不大时，可以考虑单独使用加强带或后浇带；但水池超规较大时，应考虑使用伸缩缝，同时配合加强带、后浇带使用。
参看文献：
[1]唐銎.超长混凝土结构裂缝控制方法及应用研究[J].广西华蓝工程咨询管理有限公司，广西南宁，530001.
[2]郭全意.基于应力场的大体积混凝土早期裂缝监控与预测[D].甘肃：兰州理工大学，2011.
[3]刘茂华，王帅.混凝土结构构造缝浅谈.大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁大连，116000.
[4]王锡锋，韦军鹏.结构后浇带设计和施工浅析.中国新型建筑材料工业杭州设计研究院水泥所；杭州市房屋鉴定所.
[5]程毅强.浅析建筑中对混凝土结构后浇带的设计.江苏省赣榆县建筑设计院，222100.
[6]赵松楠.浅谈超长钢筋混凝土水池设计体会.江苏省第一工业设计院有限责任公司江苏徐州221006.
作者简介：何晓成（1988-），男，湖北天门人，助理工程师，硕士，主要从事市政结构设计