地下式水池結構設計的一點體會

于鑫

【摘要】主要闡述了水池的抗浮穩定設計、水池的防水防滲產生的原因及應對措施。

【關鍵字】水池結構設計 抗浮 防水 防滲 施工

池類結構廣泛用于民用和工業建筑領域，據以往工程經驗，出現水池上浮、水池裂縫超限、水池滲水等案例，由于池類結構的特殊性，一旦發生事故，補救措施很難，帶來極大的經濟損失和安全隱患，下面從水池的結構設計及施工方面淺談一下個人的一點體會。

1.水池的抗浮穩定設計

地下式或半地下式水池因抗浮穩定不滿足，引起結構上浮、傾斜或構件變形過大引起結構開裂等工程事故屢見不鮮，因此抗浮穩定性設計必須引起設計、施工和監理部門的高度重視。所以在未進行結構內力分析和結構設計之前，宜首先進行水池的抗浮穩定設計。

抗浮穩定性計算包括整體抗浮，局部抗浮和施工階段抗浮計算。抵抗浮托力應計入不包括池內貯水、容器設備、機泵和機械設計池內填料的永久作用標準值。進行局部抗浮時，池內各部分尺寸不同，池內結構布置不同，不能籠統的把抗浮永久作用沿底板下（或平衡層下）對地基的壓力按直線均勻分布簡化計算，要根據具體的工程設計區別對待。整體和局部抗浮穩定性計算時，不考慮施工時水池分階段施工的不利情況。施工時，應由施工單位根據地下水位實際情況，驗算施工階段的抗浮穩定性，當不能滿足抗浮要求時，必須采取抗浮措施。

對于全埋式或地下式頂板或柱頂上的抗浮永久荷重占總抗浮荷重比例較大的水池。當池頂板、頂板覆土或柱上部結構還未施工前，地下水位達到最高水位，或者雨季施工地表水大量涌入基坑，且地表水下滲時遇到透水性較小的粘土層時，將池內積水抽出繼續施工，往往發生因施工階段整體抗浮不滿足出現上浮和傾斜，或施工階段局部抗浮不滿足出現局部結構破壞。特別是池外壁已回填土，未做水位觀察或設置排水措施時，更容易發生事故。施工階段抗浮，主要由施工單位加強施工管理，采取臨時降排地下水解決。

水池結構按正常結構尺寸，抗浮驗算不滿足要求時，可采用一些抗浮措施，以滿足抗浮穩定要求。當地下水位較高時，宜將室外設計地面提高，或者在工藝流程允許的情況下，盡量使水池類結構淺埋，以減小地下水的浮托力的作用；采取強夯等加固地基的方法，降低地下水位，并將池底下有一定厚度的地基土，加固成超密難滲透或不滲透的隔水層，用來消除地下水的浮托力的作用。

利用池自重抗浮是最直接最有效的辦法。當利用池自重抗浮不滿足要求時，可增加配重的方法來抗浮：對于全埋式的地下池，可增加池頂的覆土厚度；對于尺寸不大的水池，可增加底板的外挑尺寸，利用伸出的趾板上的覆土重來抗浮；也可以在水池底板放上砂石，毛石或素混凝土等來增加抗浮能力；還可以在水池底板下設置平衡層，可采用C15素混凝土或毛石混凝土，平衡層與底板間需要有可靠連接，可設置錨筋，也可以在水池底板和平衡層間設置抗剪槽，為了防止平衡層底面混凝土開裂，可設置0.05%～0.1%的構造鋼筋。其他一些抗浮措施，就不再一一陳述。

2.水池的防水及防滲

在水池的防水設計前應收集一些資料：池內的貯液的性質、工程地質情況、最高地下水位的標高、設計水位標高、氣象資料及混凝土的主要來源，水泥外加劑的含堿量、集料的活性等。

水池的防水設計主要是以“防”為主，主要是防水混凝土自身防水，或采用防水層或防腐層等防水或防腐措施。

防水內容：防止池內貯液對池外的滲漏、防地下水對池內的滲漏、全埋式地下池、地下式或半地下式池，防地下水浮力作用下使池類結構物發生整體上浮，以及因在地下水壓力作用下由于構件強度不滿足或變形過大使結構產生裂縫的漏水。

通常我們說的自身防水是采用防水混凝土達到防水的目的，常用的防水混凝土有：普通防水混凝土、補償收縮防水混凝土和后澆用防水混凝土。普通防水混凝土是依靠混凝土的密實性來達到防水的目的，它分為兩類，一類是集料連續級配防水混凝土，這種技術對集料級配要求十分嚴格，要選取或破碎成不同粒徑的石子，再經篩選，這不僅增加成本，浪費部分石子，而且施工困難，一般不建議采用。二是富砂漿防水混凝土，這種混凝土是在普通混凝土集料級配的基礎上，適當的增加水泥砂漿質量和控制砂率，水灰比的技術，為了減少混凝土水泥用量或降低水灰比或改善混凝土的和易性，可摻入一定比例的減水劑，以達到防水混凝土的效果。補償收縮混凝土摻入膨脹劑，在水化過程中混凝土體積有一定的膨脹量，增加混凝土的密實性，達到防水目的。后澆用防水混凝土主要用于后澆縫和堵漏等。

有些水池表面完好，但是在充水試驗或投入使用后出現較大面積滲漏；有些在未承受水壓和土壓之前就滲漏；有些池開始使用時未出現裂縫（不包括允許裂縫寬度范圍內的裂縫）和滲漏，但經過一段時間后陸續出現裂縫和滲漏；這些現象在排除地基變形、結構抗浮穩定和構件強度、裂縫寬度、變形等不符合規范要求的情況以外，主要是混凝土內存的開口型通道，形成原因主要是溫（濕）差作用的影響、施工措施、外加劑使用等有關。

水池滲漏的控制措施：提高混凝土本身的密實性和混凝土結構的密閉性。要從材料選取、設計方案、構造措施和施工措施等方面綜合控制。盡量減少邊界條件的約束或在結構中建立預拉應力，來釋放或平衡因溫（濕）度差引起的變形或拉應力，從而達到消除溫度裂縫確保結構的防水密閉性；從材料、設計、細部構造、施工各方面確保防水混凝土質量達到自防水的目的。可以采用一些防護措施來減少結構的溫（濕）度差作用的影響，常用的措施有：提出混凝土的抗滲等級；加強施工管理，盡量選擇溫度較低的季節施工，合理安排施工工序，加強混凝土的振搗和早期養護等；池外壁要做保溫措施；冬季施工要加熱時，嚴格控制升溫或降溫梯度，特別是降溫梯度等。通過增加配筋的方法來提高鋼筋混凝土的極限抗拉強度，并能承擔一部分溫度應力和或控制構件變形或裂縫寬度。

設置水池的變形縫、后澆帶或膨脹加強帶是水池防裂抗滲的有效措施。溫度變形縫必須是連續的，從池的頂板到池的壁板，底板基礎及墊層等同一剖面上要全部斷開。伸縮縫的設置可根據規范規定距離設置，當水池設有后澆帶或者采用補償收縮混凝土設有膨脹混凝土加強帶時，伸縮縫的間距還可適當加長。

在水池設計中，一方面設計人員應結合具體情況，以較少的工程造價建設優質工程，另一方面設計人員對施工未按規范進行施工等施工失誤所產生的滲漏裂縫處理，也應有所了解、準備，對當前常用處理裂縫及堵漏方法、所用材料應有所了解。施工中的保濕養護至關重要：抗滲混凝土養護為大體積混凝土養護方法，規范規定：對混凝土養護應加以覆蓋并保濕養護；塑料布覆蓋養護的混凝土，敞露的全部表面應覆蓋嚴密，并保持塑料布內有凝結水；澆水次數應保持混凝土表面處于濕潤狀態。施工質量通病：僅采用澆水濕潤養護的方法，養護期內未進行覆蓋保濕養護，對于一般混凝土基礎問題不大，但是對于水池類結構，極易出現裂縫。建議措施：混凝土初凝后即開始澆水和蓋麻袋養護，養護期不少于14天，要始終保持表面濕潤狀態。

【結束語】水池的抗浮、裂縫的控制、水池的防水等不僅要從設計上全面考慮，正確的施工工藝也是關鍵。

參考文獻：

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[3] 混凝土結構耐久性設計規范（GB/T50476-2008）

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