近年來，市政給排水工程中，盛水構筑物呈現(xiàn)布置一體化、復雜化的發(fā)展趨勢。隨著水池規(guī)模的不斷增加，超長水池結構的裂縫控制成為設計中的難點。傳統(tǒng)方法是通過在一定結構尺寸內(nèi)設置足夠多的變形縫l解決施工階段和使用階段混凝土可能出現(xiàn)的裂縫問題。然而，超長水池中的變形縫給使用功能、后期養(yǎng)護、抗震要求等都帶來諸多不便。例如變形縫會對止水帶的耐久和維修產(chǎn)生不利影響，設置變形縫不利于結構抗震，設縫的構筑物在地震中發(fā)生碰撞。因此超長水池結構的無縫設計具有重要的意義。超長水池不設縫應用情況見表1
超長不設縫水池主要集中在全地埋式，最長可達278 m。半埋式水池受溫度作用等控制因素更多，條件更加復雜，目前工程中的尺寸受限，長度一般控制在100 m以內(nèi)。
1、工程概況
上海市青浦第二污水處理廠(以下簡稱青浦廠)位于青浦工業(yè)園區(qū)，A30郊環(huán)線西側、上達河北側。改良型Bardenph。生物反應池采用半埋式地下結構，長118.4 m、寬_5_5.8 m，高10.6 m，地面以上4.7 m，地下埋深_5.9 m(見圖1)，頂板上為種植屋面，基礎為勁性復合樁基，混凝土強度等級均為C3_5，最大水膠比0._50，抗?jié)B等級為P6。
青浦廠生物池屬于超長混凝土水池，不設縫可帶來諸多好處，成為業(yè)主、設計、施工共同的訴求，但不設縫設計受到以下因素的制約。
1)水池結構。長118.4 m，超過目前應用的半埋式水池超長不設縫設計的限制，對設計和施工都是挑戰(zhàn)。
2)水池。全閉口設計，對于敞口水池，本池體自身約束更高。在溫濕度變化因素的作用下，內(nèi)部變形應力更大，不利于混凝土裂縫控制。
3)水池為半埋式水池。全埋式水池有覆土保護，天然保溫狀況更好，設計可考慮適當減少溫濕度應力的作用;而半埋式水池，從施工到使用，溫濕度作用強烈且頻繁，設計必須做好全過程裂縫控制。
2、超長水池混凝土結構裂縫控制方法
水池混凝土裂縫產(chǎn)生原因
水池混凝土結構的裂縫產(chǎn)生原因主要包括以下幾個方面。
1)結構性裂縫。它是荷載作用下的裂縫，包括在自重、水、土壓力、震動荷載等作用下混凝土受拉應力開裂，約占總裂縫的10%0
2)非結構性裂縫。它是變形作用下的裂縫，變形作用又可分為以下幾類。
(1)溫度作用。包括水化熱、生產(chǎn)熱、氣溫等。
(2)收縮變形。包括自生收縮、塑性收縮、干燥收縮等。
(3)膨脹變形。包括化學腐蝕膨脹、結冰膨脹、堿集料反應等。
(4)基礎變形。包括沉降差異、地基變形等。
大量水池工程裂縫處理案例表明，水池結構中80%-90%的裂縫都是由于變形作用導致，所以控制變形是超長結構裂縫治理控制因素中的關鍵。
3)其他裂縫。由其他因素如堿集料反應、慣性力、混合作用等產(chǎn)生的裂縫，約占總裂縫的10%。
控制超長水池結構裂縫方法
通過有效的途徑解決超長結構的裂縫控制主要有“抗”和“放”[2]的辦法。在混凝土中施加壓應力的方法為“抗”;釋放混凝土收縮變形，避免約束引起混凝土產(chǎn)生拉應力的方法稱為“放”。超長混凝土結構變形作用產(chǎn)生的裂縫，主要通過以下措施防御。
1)預應力鋼筋混凝土。此辦法對于超長水池結構需施加多個錨固段，不利于布置，且對施工單位要求高，在水池結構中應用較少。
2)變形縫。變形縫可以很好解決混凝土變形作用引起的裂縫，在水池結構中應用最廣。隨著大尺寸混凝土結構的應用及變形縫材料耐久性問題的頻現(xiàn)，業(yè)主要求不設縫。
3)補償收縮混凝土。采用補償收縮抵抗混凝土收縮引起的開裂，是近年來解決大體積混凝土因溫差作用引起開裂的主要手段。
4)后澆帶和加強帶。遵循“放”的原則，將超長水池混凝土結構分區(qū)塊施工，釋放各區(qū)塊混凝土施工期的變形作用后，澆筑后澆帶，控制施工時混凝土收縮裂縫。遵循“抗”的原則，在大體積混凝土區(qū)塊內(nèi)設置膨脹加強帶，預先增加混凝土內(nèi)部壓應力，抵抗養(yǎng)護期混凝土的收縮變形。此辦法是控制超長水池結構伸縮裂縫的常用辦法。
5)預制構件、跳倉法等。這是有效控制混凝土施工澆筑時產(chǎn)生裂縫的措施，但在水池結構中應用較少。
超長水池不設縫設計方案
經(jīng)過多方案比較，考慮施工過程和使用階段裂縫產(chǎn)生的諸多因素，充分論證和計算后，青浦廠生物反應池工程采用以下措施控制半埋式超長水池混凝土結構的裂縫產(chǎn)生。
后澆帶、加強帶
青浦廠生物反應池縱向布置復雜，橫向后澆帶會影響施工組織，故在縱向設置2道后澆帶，將整個生物反應池劃分為左、中、右3個分區(qū)(見圖2 ),分區(qū)尺寸分別為(39._5 x _5_5.8)m,(41.3x55.8)m,(35.6x55.8)m。每個大分區(qū)再分別設置橫縱2道膨脹加強帶。通過后澆帶、加強帶的劃分(見圖3,圖4)，將施工過程中的變形應力主動釋放和抵抗消耗掉，完成超長水池不設縫澆筑成型。
鎂質(zhì)高性能抗裂劑
針對該項目抗裂、防水需要，為防止水池混凝土收縮變形開裂、保證混凝土結構自防水性能，水池底板、側墻、頂板混凝土摻人鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑。鎂質(zhì)高性能抗裂劑[L3J主要成分為氧化鎂類膨脹劑，具有延遲性的微膨脹，相較普通膨脹劑具備一定長齡期、持續(xù)膨脹的特性，其中膠砂限制膨脹率指標見表2。
加強施工養(yǎng)護
超長水池混凝土結構的澆筑質(zhì)量和養(yǎng)護措施對混凝土的開裂尤為重要。針對該項目采用抗裂措施，對施工單位的澆筑和養(yǎng)護方案提出以下要求。
1)鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配置的補償收縮混凝土應重視養(yǎng)護，濕養(yǎng)14d，以保證膨脹效果得以充分發(fā)揮。建議摻量26_50 kg/耐，后澆帶或膨脹加強帶摻量應提高一個等級。
2)鎂質(zhì)高性能混凝土應加強數(shù)據(jù)監(jiān)測，注意混凝土內(nèi)部溫升，限制膨脹率、混凝土應變及裂縫等。
3)后澆帶應在兩側池壁混凝土澆筑完成42 d后方可施工，后澆帶混凝土養(yǎng)護時間)28 d。加強帶兩側混凝土澆筑完成后，進行膨脹加強帶內(nèi)混凝土澆筑，避免冷縫的產(chǎn)生。
設置抗溫度力構造鋼筋
考慮溫濕度作用:池內(nèi)外溫差20.0 K ,彎矩折減系數(shù)0.6_5 ,混凝土線膨脹系數(shù)1.00(10-5/0C)，計算側墻溫濕度作用附加彎矩見表30
青浦廠生物反應池全長118.4 m，半埋式閉口不設縫，混凝土結構質(zhì)量良好，完整度高，表面無明顯裂縫。生物反應池從建成使用到現(xiàn)在，已經(jīng)歷2個寒暑交替的考驗，使用情況良好，為超長水池結構的設計和施工都積累了寶貴的經(jīng)驗(見圖5 )。
