水廠建設(shè)中關(guān)于水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

摘 要： 水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計有其特定的技術(shù)要求， 如防腐抗?jié)B等。設(shè)計時，先要進(jìn)行各種不同的荷載組合， 其次要進(jìn)行強(qiáng)度計算、抗裂度和裂縫寬度驗算等。只有這樣才能保證水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性。筆者針對水池結(jié)構(gòu)的特點，從設(shè)計與施工兩方面，就水池結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)措施及方法進(jìn)行了介紹，探討保證水池結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的經(jīng)濟(jì)合理及施工的安全有效進(jìn)行的方法。

關(guān)鍵詞：水池結(jié)構(gòu)；設(shè)計；施工

中圖分類號：TP202文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）03-0290-01

1 水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合的規(guī)定

各種結(jié)構(gòu)類別、形式的水池均應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗算。根據(jù)荷載條件、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，決定是否驗算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼筋混凝土水池應(yīng)進(jìn)行抗裂度或裂縫寬度的驗算。在荷載作用下，構(gòu)件截面為軸心受拉或小偏心受拉的受力狀態(tài)時，應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗算，在使用階段荷載作用下，構(gòu)件截面為受彎、大偏心受壓或大偏心受拉的受力狀態(tài)時，應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度的驗算。預(yù)應(yīng)力混凝土水池還應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗算。

1. 2 荷載及荷載組合

（1）各種荷載。

水壓。這里指池內(nèi)水壓，是水池的主要荷載之一。現(xiàn)在習(xí)慣上將水池按滿水來計算水壓。這是因為:一方面很可能存在誤操作而造成滿池;另一方面今后工藝上有可能挖潛而超過原設(shè)計水位。

土壓力。池外有填土的水池，土對池壁的側(cè)壓力通常用朗肯理論計算土的主動壓力。但土的側(cè)壓力變化因素很多，如回填土的密實度、粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角等。實踐證明，用朗肯理論計算主動土壓力偏于安全。

地下水壓力。地下水壓對水池底板的托浮力是威脅水池底板安全的一種主要荷載，設(shè)計時應(yīng)予以重視。為了抵消地下水對底板的影響，在用無梁板作為底板時，其最經(jīng)濟(jì)有效的辦法是以池底浮土來平衡，而采用增加結(jié)構(gòu)自重的方法是不經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)?shù)叵滤坏陀诔氐锥豢紤]地下水壓時，需采取措施排除地表滯水。

溫、濕度荷載。由于環(huán)境的影響，造成結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度或濕度的變化，從而引起結(jié)構(gòu)物體積變化，當(dāng)這種體積變化受到約束時，就會產(chǎn)生應(yīng)力。通常將溫度差及濕度差稱之為溫、濕度荷載。

（2）荷載組合。

①水壓+ 自重。這是水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本組合。

②水壓+ 自重+ 冬季溫差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當(dāng)壁面冬季溫差的絕對值大于夏季壁面濕差(化為等效溫差)的絕對值時，這種情況是最不利的組合。

③水壓+ 自重+ 濕差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當(dāng)夏季壁面濕差(化為等效溫差) 的絕對值大于冬季壁面溫差的絕對值時，這種情況是最不利的組合。

④土壓+ 自重。這是指池外有覆土的水池，當(dāng)有地下水時還應(yīng)包括地下水壓，這種組合是水池荷載的基本組合之一，當(dāng)水池建成后運營前以及水池放空期間均屬此種荷載組合情況。根據(jù)上述幾種情況，可歸納為如下兩類:a. 無覆土的水池，池壁的荷載應(yīng)取上述四種組合的最不利情況求得內(nèi)力。b. 有覆土的水池，可不考慮2) 和3) 兩種組合。

1.3 截面設(shè)計的關(guān)鍵性問題

（１）強(qiáng)度設(shè)計的安全系數(shù)。

①水池頂蓋強(qiáng)度設(shè)計的附加安全系數(shù)。頂蓋所承受的荷載是自重、覆土重、活載等，其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重隨密度和含水量而變，其變異性較大，因此，附加安全系數(shù)取1. 0 是合適的。

②池壁強(qiáng)度設(shè)計的附加安全系數(shù)。池壁主要承受土壓和水壓，水深一般取滿池計算，水的容重差別極小。土壓強(qiáng)度一般用朗肯主動土壓力理論，是略偏大的。從而說明池壁荷載的取值一般是高限，且變異性很小，因此，附加安全系數(shù)取0. 9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

③底板強(qiáng)度設(shè)計的附加系數(shù)。池底實際上是與地基共同工作的，一般情況下計算水壓及均布荷載均偏大。底板強(qiáng)度設(shè)計的附加安全系數(shù)取0. 9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

（2）關(guān)于裂縫問題的探討。根據(jù)對已建成水池所作的調(diào)查。

水池裂縫一般為豎向裂縫。這些裂縫有兩種:一是貫穿性裂縫，由混凝土收縮引起的;二是出現(xiàn)于池壁外側(cè)的表面裂縫，其逐步擴(kuò)伸至全截面。另外在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，所有的外挑現(xiàn)澆走道板都產(chǎn)生嚴(yán)重裂縫，并隨之?dāng)U展到池壁，因此，有必要考慮到預(yù)制裝配式走道板，或作現(xiàn)澆走道板，每隔3 m～4 m 設(shè)伸縮縫一道。

（3）構(gòu)造配筋。水池池壁的構(gòu)造配筋，宜按矩形和圓形水池加以區(qū)分。對于地面式矩形水池池壁，因?qū)癫詈蜏夭畹挠绊懮鯙槊舾校瑸楸苊猱a(chǎn)生貫穿裂縫，池壁水平向的最小構(gòu)造配筋率每側(cè)不小于0. 15 %為宜。對于無頂蓋的水池往往在池壁頂部先開裂，宜在頂部每側(cè)放置不小于2 根Φ16 的水平向鋼筋。對于圓形水池池壁的環(huán)向最小構(gòu)造配筋率，其外側(cè)的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0. 35 %， 內(nèi)側(cè)不宜小于0. 15 %， 對于外池有覆土的水池池壁，其內(nèi)、外側(cè)宜對稱配置，但全截面總配筋率不宜小于0. 3 %。水池底板最小構(gòu)造配筋率，對于無頂蓋的敞口水池，其底板上層鋼筋的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0. 15 %，其下層配筋率及有頂蓋的水池底板配筋率不小于0. 1 %。

（4）經(jīng)濟(jì)配筋率。對于矩形水池，當(dāng)上端自由，下端固定的豎向截面池壁時，其最大配筋率在0. 8 %左右尚屬經(jīng)濟(jì)。其他矩形水池的池壁，某一界面的最大配筋率可達(dá)到1. 0 %左右亦屬經(jīng)濟(jì)范圍。

2 水池結(jié)構(gòu)的施工

2.1 水池底板施工要點

(1)混凝土墊層(基礎(chǔ)) 澆筑前，應(yīng)檢查地基土質(zhì)是否與設(shè)計資料相符合，如有不同，則應(yīng)該針對不同情況加以處理，然后再澆筑混凝土墊層。(2) 混凝土墊層在澆筑完畢后的1 d～2 d (視施工時的溫度而定)，在墊層面測定底板中心，然后根據(jù)設(shè)計尺寸進(jìn)行放線，定出柱基及底板的邊線，畫出鋼筋分布線，依線鋪放綁扎鋼筋，接著安裝柱基和底板外模板。(3) 鋼筋綁扎時，應(yīng)詳細(xì)檢查鋼筋直徑、間距、位置、搭接長度、上下層鋼筋的間距、保護(hù)層及預(yù)埋件的位置和數(shù)量，均應(yīng)符合設(shè)計要求。上下層的鋼筋要用鐵撐(馬凳) 加以固定，防止在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生變位。(4) 柱基模板是懸空架設(shè)，下面用臨時小方木撐在墊層上，邊澆混凝土邊取出小方木。(5) 底板應(yīng)一次連續(xù)澆筑完，不留施工縫。施工間歇時間不得超過混凝土的初凝時間。平板厚度在20 cm 以內(nèi)可用平板振動器，厚度較厚時，則采用插入式振動器。(6) 池壁為現(xiàn)澆混凝土?xí)r，底板與池壁連接處的施工縫可留在基礎(chǔ)上口20 cm 處，如設(shè)計要求有止水鋼板，在澆搗混凝土前，應(yīng)將止水鋼板安放固定。(7) 混凝土澆筑完畢后，其強(qiáng)度尚未達(dá)到1. 2 MPa 時，禁止振動，不得在底板上搭設(shè)腳手架，安放模板或搬運工具，并注意對混凝土的養(yǎng)護(hù)。(8) 遇特殊情況需留施工縫時，應(yīng)做成垂直的結(jié)合面，并注意結(jié)合面附近混凝土的密實。

2.2 混凝土澆筑

水池混凝土一般可采用分節(jié)澆筑和連續(xù)澆筑。池壁分節(jié)澆筑的順序:基礎(chǔ)底板→池壁→環(huán)梁→頂蓋。池壁連續(xù)澆筑的順序:基礎(chǔ)底板→池壁→環(huán)梁及頂蓋。

2.3 防水層施工

水池內(nèi)防水層施工按水塔內(nèi)防水層施工進(jìn)行。水池外壁一般噴涂瀝青防水層。用作防水層的瀝青必須符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，施工前應(yīng)檢查是否合格。施工前應(yīng)將池外壁洗刷干凈，先涂冷底子油，然后涂熱瀝青兩道。

參考文獻(xiàn)

［1］王增長. 建筑給排水工程［M］. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

［2］張靖靜. 水池結(jié)構(gòu)設(shè)計概要分析［J］. 山西建筑，2005，31 (22) :67268.