0 引言

　　污水处理厂需修建安全可靠、抗渗耐腐蚀的蓄水设施，在池体构筑物服役过程中，池壁需长期承受强大的静水压力作用，一旦出现裂缝，将严重影响结构防水性能和使用寿命^[1]。进行大体积混凝土现浇施工时，在环境温湿度变化、材料化学反应等因素影响下，结构自身易产生裂缝，如收缩裂缝、温度裂缝和化学反应裂缝等^[2,3]。现浇钢筋混凝土池壁拆模后，通丝对拉止水螺栓留在池体结构内，可将其视为加焊钢片的螺纹短钢筋。碳钢螺栓因腐蚀而生锈，由于锈蚀产物体积大于原钢筋体积，产生的锈胀力使周围混凝土开裂^[4]，与混凝土收缩裂缝贯通后形成渗水通道。

　　目前，关于钢筋锈蚀的研究成果较多，如Jiang等^[5]在电化学原理的基础上，建立钢筋锈蚀率预测模型，该模型考虑了混凝土微环境和时变效应的影响;胡志坚等^[6]利用钢筋均匀锈胀数值模型，对保护层裂缝和锈胀力变化规律进行研究;王子潇等^[7]进行钢筋混凝土锈蚀试验，验证钢筋电流与钢筋锈胀力之间存在一定联系。污水处理厂消毒池建成后，通常采用次氯酸钠作为消毒剂，池体抗氯离子渗透性能至关重要^[8]。如发生渗水现象，止水螺栓将长期受氯离子侵蚀，池壁渗水问题将越来越严重。因此进行接触消毒池满水试验，分析止水螺栓锈胀对水处理构筑物防渗性能的影响，并提出施工建议。

　　1 工程概况

　　某污水处理厂一期建设规模为2.5万m³/d，包括水解酸化池、改良型A/A/O生化池、接触消毒池等水处理构筑物。其中，接触消毒池采用C35混凝土(抗渗等级为P8)，池壁厚40cm，满水试验水位高5.500m，池壁浸湿总面积204.8m²。

　　2 满水试验

　　试验方法和水池渗水量计算参照GB 50141—2008《给水排水构筑物工程施工及验收规范》第9.2条的规定，接触消毒池为现浇钢筋混凝土结构，渗水量规范限值取2L/(m²·d)。

　　由试验结果可知，接触消毒池侧壁实际渗水量为0.6L/(m²·d)，为规范限值的30%，且渗水点全部位于池壁止水螺栓处，具体情况如表1所示。

　　表1 渗水点 

　　表1 渗水点

　　3 渗水问题分析

　　3.1 螺栓锈胀效应

　　本工程采用M14通丝对拉止水螺栓，材质为Q235，螺栓布置间距为45cm。由于螺栓锈蚀量环向分布不均，使周围混凝土承受不同程度的拉力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度后，将沿交界面产生不规则锈胀裂缝(见图1)。水进入混凝土裂缝后，螺栓中的铁离子与微溶于水的氧气继续发生化学反应，进一步加剧螺栓锈蚀，逐渐形成渗水因素消极影响闭环。

　　图1 止水螺栓锈胀效应  

　　3.2 黏结强度

　　化学胶结力、摩阻力和机械咬合力共同构成了混凝土与钢筋之间的黏结力，通常通过黏结强度指标量化评价混凝土与钢筋之间的黏结性能，即黏结段内单位接触面积上的最大拉拔力^[9]。

　　已有研究表明，钢筋锈蚀率对黏结强度的影响不是单向的，在钢筋微量锈蚀的条件下，黏结强度保持不变或略有提高;随着钢筋锈蚀的发展，黏结强度衰减较快。这是因为锈蚀产物力学性能较差，在交界面处形成软弱结构层，且钢筋锈蚀削减了螺栓肋纹高度，使机械咬合力下降，从而降低黏结强度。

　　3.3 防水砂浆层

　　止水螺栓通长穿透水池侧壁，垂直于螺栓轴线方向的保护层近似无限厚，而螺栓两端保护层仅为后期施工的防水砂浆层。迎水面防水砂浆层长期受水侵蚀，临空面防水砂浆层处于温湿度反复变化的外界环境中，均存在较大的开裂失效风险。

　　4 渗水治理

　　4.1 加强螺栓端头防水处理

　　根据《给水排水构筑物工程施工及验收规范》的要求，穿墙螺栓拆卸后，应在池壁表面留4～5cm深锥形槽，并填入密封材料，再用掺外加剂的水泥防水砂浆抹平。锥体三段式对拉止水螺栓自带塑料连接锥体螺母，拆卸后能形成满足施工要求的锥形槽。因此，建议选用此类止水螺栓作为支模工具。

　　此外，应严格控制防水砂浆黏结强度、抗渗性和耐水性等指标，应使用聚氨酯类合成高分子密封材料、遇水膨胀橡胶条或水泥基渗透结晶型防水材料等填充锥形槽。

　　4.2 严格控制模板施工质量

　　为减小螺栓锈胀效应的影响，施工时需注意以下事项:(1)止水螺栓露天存放时易生锈，造成强度损失，因此须防雨防潮存放，螺栓表面如存在铁锈，应及时采取除锈措施，禁止使用生锈的螺栓;(2)严禁暴力拆模。

　　4.3 应用新型对拉止水螺栓

　　实际施工过程中，止水螺栓防锈处理成本较高，且施工效果难以控制。根据邱德金等^[10]的研究成果可知，采用GFRP(玻璃纤维增强聚合物)制成的螺栓具有长期耐腐蚀、易切割等优点，在螺栓中部嵌套遇水膨胀橡胶止水环后，具有良好的止水性能，可将此类新型对拉止水螺栓用于渗水治理。

　　5 应用效果

　　以V形滤池为例，混凝土抗压强度等级、抗渗等级、池壁厚度、螺栓间距均与接触消毒池一致，满水试验水位高4.200m，池壁浸湿总面积347.86m²。在该滤池施工过程中，采用锥体三段式对拉止水螺栓进行支模，并在锥形槽内注入水泥基渗透结晶型防水材料(湿基面黏结强度≥1MPa)。此外，为防止出现暴力拆模现象，进行模板施工技术交底和现场监督。根据满水试验结果，V形滤池侧壁止水螺栓处未出现渗水，说明采取的优化措施合理。

　　6 结语

　　基于螺栓锈胀效应，对池体防渗施工技术进行研究。在螺栓上焊接止水片或嵌套遇水膨胀材料的止水效果有限，这是因为螺栓锈胀使混凝土内部形成微裂缝。因此，通过加强螺栓端头防水处理、减少螺栓处施工扰动，有效降低螺栓锈胀的外部因素影响，进而避免出现池壁螺栓处渗水病害。为治理由螺栓锈胀效应导致的渗水问题，需进一步研发经济适用、不易生锈的新型对拉止水螺栓。