清水池在城市給水工程中的應(yīng)用

曲向淵

清水池是給水工程的重要構(gòu)筑物之一,它在給水工程中起著調(diào)節(jié)用水量的作用。過去清水池僅用于工業(yè)和民用的水廠建設(shè),隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展和人口的日益增長,給水的供求矛盾日益加深,特別是對多、高層建筑來說,城市給水的水量和水壓往往不能滿足要求,所以清水池也廣泛應(yīng)用于城市的區(qū)域局部加壓供水工程。

雖然清水池的功能和生產(chǎn)流程是由工藝設(shè)計來確定的,但任何一個工程,只有工藝設(shè)計還不足以付諸實施,還必須有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的施工質(zhì)量。清水池也是如此,結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量直接關(guān)系到給水工程的安全性、適用性和耐久性。

另一方面,由于清水池是形狀較為復(fù)雜的空間薄壁結(jié)構(gòu),它對抗裂抗?jié)B性、防凍保溫性和防腐性都有較嚴(yán)格的要求,對于溫度作用、混凝土收縮、地基不均勻沉降等不利條件的影響,也要加以周密細(xì)致的考慮。所以清水池在結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中有其特殊性。

1 清水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計

清水池工藝設(shè)計確定之后,就可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計了。清水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括:強度計算、抗浮穩(wěn)定驗算和抗裂度或裂縫寬度驗算。

1.1 地下式或半地下式清水池強度計算時的荷載組合

1)閉水試驗時的荷載組合包括:結(jié)構(gòu)自重及池內(nèi)滿水壓力;2)使用階段的荷載組合包括:a.結(jié)構(gòu)自重、活荷載、池內(nèi)滿水壓力、池外水壓力及土壓力;b.結(jié)構(gòu)自重、活荷載、池外水壓力及土壓力。

1.2 結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定驗算的荷載組合

結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定驗算的荷載組合包括結(jié)構(gòu)自重、覆土重及浮托力。

1.3 抗裂度和裂縫寬度驗算的荷載組合

1)抗裂度驗算的荷載組合,應(yīng)根據(jù)強度計算的各種荷載組合確定,凡使構(gòu)件受力狀態(tài)為軸心受拉或小偏心受拉時,均應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗算。2)裂縫寬度驗算的荷載組合,應(yīng)取強度計算時使用階段的荷載組合。在通常情況下,清水池池頂僅考慮2 kN/m2的活荷載以及0.5 m～1.0 m的覆土自重。隨著城市建設(shè)的發(fā)展,高層建筑層出不窮,由于受到場地條件的限制,清水池往往設(shè)于道路或建筑物之下,就出現(xiàn)了非標(biāo)荷載清水池。另外在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,清水池鋼筋直徑和間距的選用也很重要,應(yīng)盡可能選用小而密的鋼筋,這樣有利于抗裂。同時清水池角部也是薄弱環(huán)節(jié),需要加強。

2 抗?jié)B防水要求

清水池屬于地下構(gòu)筑物,對它的抗?jié)B防水要求很高,這種防水要求主要表現(xiàn)在以下兩個方面:1)考慮清水池一旦滲漏而對周圍建筑物產(chǎn)生的不利影響;2)考慮清水池周圍的地下水、污水管、化糞池等對清水池水質(zhì)的污染影響。為此,規(guī)范對水池類構(gòu)筑物提出了較高的設(shè)計措施要求,無論是一般地區(qū)還是濕陷性黃土地區(qū),都明確了水池與水池之間、水池與建筑物之間以及水池與污水管、化糞池等構(gòu)筑物的防護(hù)距離要求。

在實際工程中,我們對清水池防水處理的基本方法是以池體自防水為主,其他防水為輔,池體自防水與多道防水防線相結(jié)合的方法。對于清水池的自防水,主要是通過提高池體混凝土密實性來實現(xiàn)抗?jié)B的。通常通過實驗來選擇混凝土最佳顆粒級配,并限制水灰比不大于0.55,水泥用量控制在300 kg/m3～350 kg/m3混凝土,混凝土抗?jié)B等級控制在S6～S8。

另外,在混凝土中摻入外加防水劑也是混凝土自防水常用的方法。我們在自來水公司五水廠5 000 t清水池設(shè)計中,池體混凝土中摻入HE型高效防水劑,效果顯著,其摻量僅為其他同類型防水劑的一半,所以也是比較經(jīng)濟(jì)的。

對于多道防水防線,通常是這樣考慮的:1)池體內(nèi)壁粉刷20厚1∶2水泥砂漿,并采用五層做法的施工操作程序;2)外壁防水層,可以采用高分子卷材或涂膜防水材料防水;3)池體外回填土采用素土或灰土分層夯實,壓實系數(shù)不小于0.93。

總之,清水池的抗?jié)B防水也是一個較復(fù)雜的問題,在具體的工程中,我們要根據(jù)實際情況來選擇一道或多道防水措施。要根據(jù)清水池的容量、重要性、地質(zhì)條件以及清水池與周圍污染源和建筑物之間的距離等因素,并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗來綜合考慮。

3 清水池在施工中經(jīng)常遇到的問題

清水池是地下構(gòu)筑物,通常埋深較大,加之地下水的影響,必然出現(xiàn)基坑的支護(hù)問題。另外,清水池通常是現(xiàn)澆的箱形結(jié)構(gòu),受施工條件的影響,不可能一次澆筑完成,所以必然出現(xiàn)施工縫的問題。

對于基坑支護(hù),可根據(jù)場地條件、地質(zhì)條件和地下水位等因素,采用不同的支護(hù)形式。在施工場地受到限制的時候,我們可以利用支護(hù)結(jié)構(gòu)作為池壁的外模。例如,在華宇大廈給水工程中,由于施工場地狹窄,所以就利用支護(hù)結(jié)構(gòu)的外壁并找平,作為清水池的外模板,這樣就大大節(jié)約了基坑的開挖量,節(jié)約了投資。

對于施工縫,可以設(shè)在以下部位:底板與池壁相連加腋的上部200 mm～300 mm處;頂板與池壁相連加腋的下部200 mm～300 mm處。通常頂板和底板不留水平施工縫,壁板不留垂直施工縫,必須一次澆筑完成。但大容量的清水池,當(dāng)平面尺寸超過25 m時,除了按上述部位留設(shè)施工縫外,還要留設(shè)后澆帶變形縫,它貫穿于頂板、底板和壁板。

例如,在平定縣城供水工程中,清水池容量為4 000 t,平面尺寸為29 m×29 m,屬于超長水池,我們在水池中部設(shè)置了一條1 m寬的后澆帶,它沿頂板、底板和壁板貫通設(shè)置,原有鋼筋不斷開,在后澆帶的壁厚中部,設(shè)置了3×400 mm的鋼片止水帶,后澆帶兩側(cè)的混凝土做成階梯形,以便止水鋼片下部清洗和澆筑混凝土。在清水池混凝土達(dá)到設(shè)計強度后,粉刷抹面之前,對其進(jìn)行了閉水試驗,后澆帶部位無任何滲漏現(xiàn)象,滿足質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 清水池的保溫防凍

根據(jù)不同地域,清水池的覆土厚度一般在500 mm～1 000 mm之間,對于全地下式清水池,如果再考慮一定厚度的覆土,基坑開挖勢必很深。為了減少開挖量,在場地許可的情況下,清水池往往做成半地下式,這時地面以上的外露部分就需要保溫。過去,我們的做法是將清水池整個外露部分用土覆蓋,這樣會堆成一個土包,既占地方又不美觀。現(xiàn)在,我們的做法是做保溫墻,利用空氣層來保溫。例如,在平定縣城供水工程中,我們利用240厚磚墻并與池外壁間隔120 mm的空氣層,這樣既起到了保溫的作用,又節(jié)約了用地,并且比較美觀。

5 清水池的質(zhì)量檢驗

清水池主體結(jié)構(gòu)施工完成后,必須進(jìn)行質(zhì)量檢驗,檢驗它是否有滲漏現(xiàn)象。通常采用閉水試驗,在水池混凝土達(dá)到設(shè)計強度后,粉刷抹面之前進(jìn)行。閉水試驗的注水方法是:每升高1 m水位不少于4 h,然后停止12 h再繼續(xù)充水。對于一般地質(zhì)條件,6 m以下水池以5 d充滿為宜,滿水3晝夜后測定水的滲漏量。

閉水試驗的檢驗標(biāo)準(zhǔn)是:首先進(jìn)行外觀檢查,其外表面僅允許有小面積的濕潤,但不可形成水流。然后定量檢查,其標(biāo)準(zhǔn)是:滲漏量以24 h不超過2 L/m2(除去蒸發(fā))為合格。

6 結(jié)語

清水池作為給水工程的重要構(gòu)筑物,無論是設(shè)計還是施工,都有其自身的特殊性,我們在工程實踐中要善于研究和總結(jié),不斷提高我們的設(shè)計質(zhì)量和施工質(zhì)量,只有這樣,我們的工程質(zhì)量才能提高到一個新的水平。

[1] 李麗萍.建筑給排水工程若干問題探討[J].山西建筑,2008,34(9):231-232.