分離式連接現澆混凝土圓形清水池設計方法探討

摘要：文章以工程實例介紹了分離式圓型現澆鋼筋混凝土清水池池壁及底板的受力分析及水壓力對池壁和底板連接處的影響，同時從工程施工角度對分離縫的止水措施進行了闡述。

關鍵詞：現澆鋼筋混凝土；圓形清水池；分離縫

中圖分類號：TU201 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）04-0025-03

分離式圓形現澆鋼筋混凝土清水池在非洲各國水廠建設中被廣泛采用，這種清水池結構施工簡單方便，技術難度較小，特別適用于地基土質較好、地基承載力均勻，且底板位于地下水位以上的地質情況，以筆者所施工的水廠為例，此水廠位于肯尼亞的東北部，屬于高原山坡地區，是典型的非洲紅土地帶，土質均勻，當地地下水位較深，對圓形清水池的設計采用了典型的分離式的設計方式，在池壁和底板之間的分離縫使用PVC止水帶止水，池壁下止水帶兩邊粘貼防水膜，并在內側角部用密封膠進行密封，現經過兩年的運行，未有露水的情況發生。本文就以此清水池為例對分離式圓型現澆鋼筋混凝土清水池池壁及底板的受力進行分析，同時分析水壓力對池壁和底板連接處的影響，最后從工程施工角度對分離縫的止水措施、裂縫的控制進行詳述，分析此類清水池結構的優缺點。

1 分離式圓形現澆鋼筋混凝土清水池結構及構造

Chebara水廠位于肯尼亞西北部城市Eldoret的東北部，距離Eldoret城區大約60Km的山區地帶，通過重力式管道為Eldoret提供清潔水供應。水廠位于Chebara鎮外的一處山坡的坡腳緩坡上，水廠充分利用地形的高差優勢，根據水處理的工藝流程，原水進入水廠后，先進入沉砂池，然后在重力作用下進入絮凝沉淀池，經過加藥絮凝沉淀后，在重力作用下進入方形清水池，加完氯后的處理水通過DN600的鋼管在重力作用下進入Eldoret城區管網。水廠內部的用水系統則采用動力式供水方式，用水泵將方形清水池中的水抽入整個水廠中位置最高的250m3分離式圓形現澆鋼筋混凝土清水池中，所有水廠內部的用水，包括水廠內的生活用水、加藥、加氯、反沖洗等均在重力作用下使用此清水池中的水。250m3圓形現澆鋼筋混凝土清水池采用柔性連接的分離式結構，混凝土池底板、池壁和池有梁頂板分開施工，用uPVC豎向止水帶連接池底板和池壁進行止水，池底板和池壁之間在止水帶兩邊粘貼密封膠墊，內側預留75mm寬的凹槽灌注密封膠。池頂板及梁、池底板和池壁的鋼筋互不連接，自稱體系。池底板、池壁和池頂板之間可保持相對之間的自由活動。如圖1和圖2：

2 分離式圓形現澆鋼筋混凝土清水池受力分析及計算

圓形水池在池在水壓力或土壓力的作用下，池壁在環向處于軸心受拉或受壓狀態，在豎向則處于受彎狀態，受力均勻明確，在確定圓形水池的計算簡圖后，可根據計算簡圖計算出池壁所受的環向力。需要注意的是在對水池的結構內力確定之前，要對水池的高度、直徑、頂蓋、池壁的厚度、底板的結構大小進行確定。通常情況下水池的高度為3.6m～6.1m，將高度確定好以后，根據容量計算水池的直徑和環向拉力下的抗裂需求對池壁的厚度進行確定。混凝土底板的厚度和受力壁板的厚度要在205mm以上，頂板的厚度要在155mm以上，預制壁板的厚度可以設計為155mm。

3 混凝土圓形清水池的設計措施

3.1 水池池壁厚度和池壁的施工設計

在確定混凝土圓形池池壁的厚度時，要根據內力的分布情況和內力的大小進行確定，一般情況下可以設計成變厚或者等厚。當水池的容量在1000m3以上的時候，使用變厚的池壁會有更好的經濟效果，當混凝土圓形水池的容量在1000m3以下的時候，可以使用等厚池壁。因此本工程的池壁設計為等厚池壁。當前，大多數的鋼筋混凝土均使用現澆整體式池壁進行設計，只有部分工程會使用到裝配整體式池壁。雖然使用這種方法可以對施工的速度進行提升，節省模板，但是使用這種方法會有比較大的鋼筋焊接工作量，在進行二次混凝土灌縫施工的時候非常的不方便，無法對工程的質量進行保證，所以在設計池壁施工方式的時候，要進行綜合性的分析和考慮。

3.2 水池頂蓋和底板的設計

在對混凝土圓形清水池的底板和頂蓋進行設計的時候，可以使用錐形薄殼結構和球形結構進行設計，使用這種方法進行設計可以在不設置中間支柱的情況下，跨越比較大的范圍，因為殼體的厚度不需要太厚，所以要比平面結構更加的節省鋼材和混凝土的使用量。但是使用這種方法設計底板和頂蓋的時候，制作模板的時候費料費工，對施工質量也有比較高的要求，同時還需要對水池的高度進行提升。如果把水池設計成半地下式或地下式時，池頂覆土和土方開挖的工作量會非常大，為了將這個缺點克服，要盡可能的對池壁的高度進行壓低，可以在不使用直線形池壁的情況下，將池底和池頂連接成蚌殼式的水池。通常情況下，分離式底板會把水池主體結構的壓力和水的重力傳遞給地基，底板的厚度是根據構造來決定的，在使用分離式底板的時候，圓環是圓水池池壁的基礎，要將其作為用來支撐彈性地基的環形基礎進行計算，不過由于水池的直徑非常的大，地基良好，而且在環形基礎和分離式底板之間沒有設計分離縫，就可以吧環形基礎當做直條形的基礎進行計算，這個時候要根據基礎內偏心受拉構件的最小配筋率對環向的鋼筋進行配置，且要在基礎截面的下部和上部配置環向鋼筋。

3.3 池壁內力的計算

在對池壁的內力進行計算的時候，要根據池壁截面的軸線確定出水池內力的計算直徑，并根據底板、頂蓋和池壁的連接方式確定池壁的計算高度。當固定壁端彈性計算內力的時候，池壁的固定端邊界力和底板或頂板的垂直荷載、池壁承受的直接荷載、底板或頂板的抗彎剛度有直接的聯系。所以在計算彈性固定的池壁內力的時候，確定邊界力的大小是非常重要的一個環節，在確定邊界力以后，然后對側向荷載和邊界力引起的內力進行計算。當溫差作用于壁面產生內力時，要考慮下面三個方面：（1）沿池壁的厚度分度分布的線性；（2）當池壁的穩定度場比較穩定的時候，外部介質和內部介質的溫度都相同；（3）要對因為季節溫差引起的內力和變形。

3.4 底板、頂蓋和池壁的連接方法

在連接底板、頂蓋和池壁的時候，下端根據固定進行計算，上端根據彈性固定進行計算，使用彈性固定對兩端進行計算，使用非整體對底板、頂板和池壁進行連接，要根據實際使用的構造連接方案確定出池壁兩端的支撐條件。

3.5 設計池壁的截面

在對池壁的截面進行設計的時候，首先要對豎向鋼筋和環向鋼筋的數量進行計算，要對豎向彎矩下裂縫的寬度進行計算，要根據環拉力作用下不準有裂縫出現的要求對池壁的厚度進行計算。要根據斜截面收剪承載力的要求對池壁的厚度進行計算。

4 裂縫控制措施

通常情況下，鋼筋混凝土清水池的裂縫主要是由收縮、溫度變化、沉陷、施工不當等因素引起的。為了防止裂縫出現，在施工的過程中，要盡可能的降低建筑物邊界受到的約束，確保結構在變形的時候還可以進行隨意伸縮，其次要設置后澆帶，從而降低養護期間混凝土的收縮，對混凝土的硬化進行釋放，對結構的附加應力和變形應力進行釋放。另外，還可以使用膨脹劑添加到混凝土中，從而產生混凝土養護和硬化期間的抵御力，對使用期間的溫度變形的適應能力進行提升，進而達到預防裂縫出現的目的。

5 分離式圓形現澆鋼筋混凝土清水池的優缺點分析

由于此工程清水池的容量低于3000m3，和矩形水池相比，使用圓形的水池的經濟技術指標會更好，在池外土壓力和池內水壓力作用下，軸心處于受壓的狀態，豎向處于受彎狀態，受力均勻。而且分離式圓形現澆鋼筋混凝土清水池在造價、鋼材用量、水泥用量方面也有著良好的經濟性。不過圓形清水池對場地的適應能力不高，需要占用比較多的場地，土方的開挖量也比較高，不適合在大型給水工程和山區比較狹長的地區進行

應用。

6 結語

此水廠分離式連接現澆混凝土圓形清水池目前已經投入使用，在按照上述的方法進行設計建設后，經過兩年的使用，沒有出現漏水的情況，值得被推廣應用。

參考文獻

[1] 劉國鈺.計算流體力學在優化清水池水力中的應用[J].產業與科技論壇，2012，（20）：329-330.

[2] 王濤，施周，周石慶，陸先鐳.臭氧接觸池與清水池合建的三維數值模擬[J].環境工程學報，2012，（10）：251-252.

[3] 柳清，劉文君，高京偉，張素霞.中試清水池水力條件對氯消毒效率的影響[J].環境科學，2009，（09）：162-163.

[4] 王朋濤，王圃，池年平.城市給水廠清水池優化設計理論探討[J].科技創新導報，2008，（24）：385-386.

作者簡介：吳建生（1973—），男，河南淅川人，北方國際合作股份有限公司北方國際國際工程三部項目經理，研究方向：國際工程EPC項目的組織和管理。