隧道钢筋混凝土消防水池裂缝控制

隧道钢筋混凝土消防水池裂缝控制
随着铁路工程防火设计规范改版和启用，在长度≥5.0km的铁路隧道设置消防救援系统，通过在隧道两端洞口设置高位钢筋混凝土水池解决隧道消防水源，已成为普遍做法。

本文针对山区施工环境和复杂地质条件，结合成昆铁路扩能改造米攀段隧道消防工程施工实践，分析了消防水池裂缝形成的原因，并针对原因提出控制裂缝的解决措施。

标签：消防水池；裂缝；控制举措
成昆铁路米易至攀枝花段位于河谷阶地、构造剥蚀中高山两个地貌单元区，沿线不良地质主要有错落、岩堆、顺层、岩溶及高地温热害、高地应力等，沿线特殊岩土主要是松软土、膨胀性岩土及第三系昔格达（N2x）地层。

隧道占铁路线路总长83.75%，容量超过300m3的高位水池共计16座。

消防水池要求限制裂缝宽度为ωmax≤0.2mm。

一般情况下，裂缝宽度较小且不影响整个结构的性能、耐久性的情况下是允许的。

对于山区地形铁路隧道消防水池，受特殊地质条件和施工环境限制，较一般民用建筑水池更易出现裂缝，严重者危及消防水源有效供给，对铁路行车和旅客安全构成较大隐患，裂缝控制更为重要。

一、产生裂缝的具体原因
钢筋混凝土消防水池裂缝产生的原因主要有荷载裂缝、温差裂缝、不良构造裂缝、施工不当等。

（一）内外荷载
池壁与底板在收缩过程中变形不一致，池壁变形会受底、顶板约束产生拉应力，在拉应力超出其抗拉极限时会产生裂缝。

在地质不良的山区施工，结构设计缺陷、施工机械和基坑回填方式不当、施工后地层浅表滑移等外部附加荷载也会造成裂缝。

（二）温度变化
水化热温升和环境之间的温差本身容易导致在混凝土结构表面形成拉应力，加之攀西高原地区昼夜温差大，山区野外环境更容易在混凝土内部和表面形成较大的温度梯度峰值，一旦温度应力超过混凝土的抗裂力，混凝土就会出现裂缝。

（三）不良构造
消防水池构造不合理会产生裂缝，如池壁薄、构造钢筋设置不合理；对于攀西大裂谷这样的河谷阶地地貌，如果设计选址正好位于地质浅表滑裂面而未采取
相应设计措施，会在结构上形成非正常集中应力，结构变形超过允许值而产生结构开裂。

（四）施工不当
山区铁路施工条件不利，存在机械就位困难、混凝土长距离运输等情况，在混凝土搅拌、运输、支模、浇筑振捣、施工缝留设等过程中，技术措施如果不合理，会产生不同方向的裂缝。

二、从多个方面控制裂缝
下面主要就混凝土材料选择、施工与养护、结构设计三方面着手，降低混凝土温升、减小混凝土收缩、改善结构设计，减小外部荷载对结构的影响，从多方面控制裂缝。

（一）材料的选择
在钢筋混凝土水池裂缝控制举措中，首先应对材料进行选择和控制，具体措施如下：
1、选择低热水泥品种
土木工程经常使用的普通硅酸盐水泥是由一定量的石膏，加硅酸盐水泥熟料和6%～15%混合材料制成的[1]。

这种水泥使用中会产生大量水化热，引起温升。

而在钢筋混凝土消防水池材料中，选择使用低热矿渣硅酸盐水泥有利于水池抗裂。

2、降低水泥用量
混凝土中的热量主要由水泥的水化反应产生，据相关研究显示，单位水泥用量每增加或减少l0kg，温度就会相应升高或降低10℃[2]。

所以，在水池修建中，适当降低水泥的使用量可以减少温升，减少裂缝产生。

3、控制水灰比
据相关研究表明，在水泥使用量不发生变化时，用水量增加10%，则混凝土强度会降低20%，其与钢筋的粘结力也会降低10%左右，干缩会增加20%～30%[3]。

所以，在混凝土浇筑中，既要降低水泥用量，又要使其强度不发生变化，需要减小用水量，合理控制水灰比。

4、外加剂选择
消防水池施工适宜掺加的外加剂是减水剂、缓凝剂。

其中减水剂使用的目的是保证混凝土和易性的同时减少用水量，减少蒸发的水分在混凝土中形成的贯通
毛细孔与空隙；而缓凝剂可以延长初凝和终凝时间，减小混凝土从搅拌地到浇筑地的长距离运输坍落度损失，有利于浇筑后的硬化过程中充分发挥混凝土自身强度潜力和材料松弛特性，增加混凝土早期抗裂性能。

（二）施工的研究
在工程施工中，施工水平往往会影响施工效果，特别是要结合工程实际情况，合理采用施工技术。

1、改善混凝土搅拌振捣
改进混凝土的搅拌工艺，如采用二次投料净浆裹石、适当延长搅拌时间等方法可以减少水分与石子、水泥砂浆的集中程度，提高混凝土工作性能；通过分层、分块浇筑促进水化热散失。

同时，浇筑后初凝前对混凝土二次振捣能够提高钢筋和混凝土之间的握裹力，减少因地质不良而产生的不均匀沉降裂缝，增加混凝土耐久性。

2、降低混凝土出机温度
攀西高原属干热河谷气候，日照时间长，白天气温高，施工中应重点控制混凝土温升。

混凝土的原材料中，石子比热相对较小，但其所占比重较大，而水的比热大，所占比重却小得多。

所以，对混凝土出机温度影响最大的是水和石子，应避免原材料和成品运输中阳光直晒、拌合用水加冰、石子冲洗等措施降低温度，控制混凝土温升起点。

3、加强养护期温度控制
针对攀西高原昼夜环境温差大（约在15℃左右）的特点，应做好养护期间保温措施，在外露混凝土表面以及模板外侧覆盖保温保湿材料，如草袋、锯末、湿砂，还可辅以薄膜包覆的方法，使混凝土内外温差≤20℃。

在模板拆除后应立即回填，无法立即回填的，应重新采取覆盖保护措施。

4、做好构造钢筋及预埋件处理
消防水池除腋角斜筋外，还存在大量的预埋件。

施工前需规划好池壁施工缝，避开斜筋及其他易产生应力集中的部位。

穿池壁的管道及池壁对拉螺杆须宜采用方形止水环，并进行双面焊接。

预埋件就位要仔细清理、可靠固定；基坑回填应选用合理的机械分层夯实，防止振动、撞击发生预埋件变形错位引发裂缝。

（三）设计的探讨
设计角度对钢筋混凝土水池裂缝控制的举措主要通过设置后浇带、加强构造，以及针对实际地质条件采取构造措施来实现，具体如下：
1、后浇带
遵循“数量适中、位置合理”的原则设置后浇带，后浇带在保留期间其温差引起的变形及30%以上的收缩均可稳定。

后浇带施工应采用补偿收缩混凝土，其限制膨胀率宜在2.5*10-4～3*10-4之间，限制干缩率≤3*10-4，28d抗压强度最小应≥25Mpa。

2、配筋构造
构造筋对混凝土构造的抗裂有很大的作用，但目前国内对其重视不够。

在水池底板上不能采用分离式配筋，应该使用上下两层的连续式配筋方式，同时尽可能使用小直径钢筋并将其间距减小。

水池构造可以在空洞四周增加斜向钢筋及钢筋网片，变截面上使用局部處理等方法增配抗裂钢筋。

3、做好不良地质设计处理
消防水池设计定位前应仔细分析地质勘察报告，调查与相邻工程的位置关系、地形地貌等。

施工方在开挖过程中要注意核对地质断面，基坑开挖完成后及时会同勘察、设计等验槽，遇有不良地质时应对地基作夯、垫、换处理，针对浅表滑裂面、高地应力采用抗滑桩及其他结构稳定措施，甚至变更设计位置。

三、结语：
综上，钢筋混凝土消防水池裂缝可以从材料、施工、设计等方面进行控制，只有合理的设计、合格的材料以及严格施工与养护才能有效减少水池裂缝，确保消防供水安全。

参考文献：
[1]焉永强.钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制[J].科学中国人，2015（12）：82.
[2]陆根苇.大型钢筋混凝土水池池壁非荷载因素下裂缝研究[D].西华大学，2017.。