淺議鋼筋混凝土水池的優化設計

（合肥水泥研究設計院有限公司， 安徽 合肥 230051）

1 水池分類

工業生產中的水池，從使用功能上，一般可分為三大類。第一類是用于水處理池，常見的有污水池、沉淀池、濾池和曝氣池等，第二類是貯水池，常見的有備用水池和消防水池等。第三類是生產用循環水池，主要用于工業生產中設備冷卻，以保證設備的正常連續運行。

按照水池建造在地面上下位置的不同，水池又可分為地下式、半地下式及地上式。

按照水池底板的非柱下部分是否承受池頂荷載，可分整體式水池和分離式水池。當水池底板位于抗浮水位以下或地基條件較差時，水池的底板設計為板柱結構，稱為整體式水池。當底板位于抗浮水位以上，且地基條件較好時，底板和支柱基礎則采用分離式，這種做法與地下室設計中獨立基礎加防水板做法類似，稱為分離式水池，此時非柱下池底板在考慮一定的構造要求基礎上，滿足混凝土裂縫控制要求即可。

2 水池的綜合成本

在滿足工藝正常使用功能要求，水池根據使用功能不同，綜合成本各有側重點。第一類水池在正常生產中持續使用的，水是單向流動，應綜合考慮日常使用成本和建造成本。第二類水池在正常生產中不使用，只在緊急情況下使用，應重點考慮一次性建造成本。第三類水池在正常生產中也是持續使用的，水是雙向流動，應綜合考慮日常使用成本和建造成本。可見，在日常使用成本一定的情況下，降低水池的建造成本是降低水池綜合成本的唯一途徑。

3 水池建筑結構設計原則

3.1 水池布置原則

對于第一類和第二類水池，由于水是單向流動，應盡量場地地勢條件，依靠重力勢能，來實現水的流動，以節約電能。第三類水池由于水是循環使用，應盡量靠近用水設備，減少流動距離，從而節省電能。

3.2 合理利用覆土

為了盡量減小外界氣溫變化對水池產生的溫度應力，水池應優先采用地下式或半地下式。對于有全封閉的水池，頂板上可采用覆土在內的保溫措施。

在滿足工藝使用要求的條件下，池底標高應盡可能高于抗浮水位；高于抗浮水位，可避免降水，便于池底板施工。當工藝要求必須建造在抗浮水位以下時，池壁等自重無法滿足抗浮要求時，在在池頂增加覆土是一種經濟可行的抗浮措施。

此外，在池頂覆土綠化，可用于增加廠區綠地面積，社會效益明顯。

4 水池的抗浮設計

分離式水池是池底板位于地下水位以上，如果是位于地下水位以下，在空池工況下，地下水壓力對池底板產生向上浮力作用，這與分離式水池非柱下底板設計假定不符；同時非柱下底板承受彎矩，會造成底板開裂，影響水池正常使用。如分離式水池底板位于地下水位以下，地基條件較好，一定要采取可靠措施來降低地下水位，否則不能做成分離式水池。

根據《建筑地基基礎設計規范》 GB50007-2011第5.4.3條和《給水排水工程構筑物結構設計規范》GB50069-2002，抗浮穩定安全系數取1.05。

當水池的底面標高在抗浮水位以下時，應對水池進行抗浮穩定性驗算，一般包括整體抗浮驗算和局部抗浮驗算。整體抗浮驗算：（池頂覆土總重標準值+水池自重標準值)/水池總浮力標準值≥1.05。該計算不考慮池壁與巖土之間的摩擦力，把這種摩擦力作為抗浮安全儲備。

封閉式水池的抗浮穩定性不夠時，可以用增加覆土厚度的辦法來解決。開敞式水池的抗浮穩定性不夠時，則可采取增加水池自重；將底板懸伸出池壁以外，在懸伸部分上回填土或砌筑毛石，如還不能滿足抗浮要求，可根據地質情況，在水池底板下設置抗拔樁，或采用錨桿辦法來提高抗浮能力。

5 水池的溫度應力

現代工廠規模越來越大，對水池容量要求也越來越大，為滿足工藝使用要求和避免漏水，應避免設置伸縮縫，減少后澆帶設置的數量，通過采取覆土或保溫材料在內的保溫措施，來減少溫度應力影響；同時可采取增設相應溫度應力配筋來抵抗溫度應力影響；如溫度應力配筋較大，經濟性不佳，可采用預應力水池。

6 總結

水池建造和日常使用，首先要考慮綜合成本，在日常使用成本一定的情況下，合理選定水池標高，根據需要池頂板覆土可降低水池的建造成本。水池應盡量避免設縫，采用后澆帶，或增設相應溫度應力配筋，或采用預應力方案解決。

[1]GB50069-2002給水排水工程構筑物結構設計規范》[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2002

[2]GB50010-2010.混凝土結構設計規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2010