大型不設縫預應力混凝土水池結構設計研究

宋嘉昕

摘 要：本文所探討的大型混凝土水池是建筑工程領域常用的一種給水以及污水集中處理的結構，不設縫的預應力混凝土水池是其中的一種類型，在其結構設計方面，有許多專業方法和設計形式，本文主要通過對這種混凝土水池結構設計的研究，找到優化其結構設計的有效途徑。

關鍵詞：混凝土水池；大型不設縫；結構設計

1 引言

混凝土水池是常應用于水廠及建筑工程中進行水資源供應或污水處理的一種結構，從其結構的特點上來分析，這種水池具有較好的防滲漏及耐久性，而且污水處理或給水的總量較大。因此在結構設計時，就必須滿足大規模污水處理或給水供應的要求，結構設計過程具有專業性和復雜性的特點，只有做好結構設計，才能保證水池達到相關工程的工作強度要求。

2 大型混凝土水池簡析

大型的鋼筋混凝土水池在眾多的水池類型中屬于比較特殊的一種結構，這種結構的水池也能兼顧建筑工程或水利工程中對水池結構的防滲漏功能以及防腐蝕功能的總體要求[1]。另外，從水池結構的設計方面來講，預應力混凝土水池在結構設計中會受到具體的施工條件、原材料的供應以及施工技術和受力情況等因素的影響。而其形狀分類包括了圓形水池和矩形水池兩種，但由于矩形水池對土地的利用率相比圓形水池更高，并且在工程施工布置的環節受到的空間限制較少，具有更強的靈活性，因此而被更多地選擇應用在實際的工程中。

3 大型鋼筋混凝土水池在應用中存在的問題

3.1 伸縮縫問題

首先，在大型的混凝土水池匯總，其伸縮縫部位所要承受的水流壓力較大、伸縮縫設置位置分布較復雜，因此，在施工過程中，會給技術人員帶來很多不便和困難，并且在伸縮縫施工完成后，如果出現質量或應用中的故障，其維修時會對整個水池結構系統產生影響，不易進行維修。其次，伸縮縫在功能上可以適應溫度的變化和干縮系數產生一定程度的變形，以適應環境條件變化對其的影響，但其變形程度有限，如要出現較大程度的變形，則無法達到要求，這主要是因為較大程度的變形是由于發生沉降現象的程度和位置分布不均勻，這就使得施工人員對發生沉降的具體位置的判定比較困難，而設縫的出現，在一定程度上也破壞了水池結構的整體性。在出現不均勻的沉降的問題時，其會影響水池對沉降現象的整體適應性，

3.2 止水帶問題

首先，伸縮縫設置在施工中主要應用橡膠原材料進行施工，而相對于混凝土結構的水池來講，橡膠本身的耐磨、抗壓性能就比較薄弱，在原材料中屬于消耗型原材料[2]。其使用壽命并不長，需要及時進行更換，但上文講到的整體結構復雜的問題，給止水帶的更換也帶來了一定的難度。其次，止水在受到外力作用產生變形時，橡膠原材料本身的性能與工程施工中對其錨固性能的要求就產生了矛盾，由于其本身的固定性能和抗壓性能較差，因此，很容易發生磨損的現象，一旦磨損出現漏洞，則會使整個水池結構系統的防滲性能受到影響。最后，在止水帶附近，對其進行固定的結構是鋼筋結構，且這個位置的鋼筋密度較大，在具體的施工作業中存在一定的難度，使得混凝土原材料產生孔洞問題。為水池結構的防滲漏功能的發揮造成隱患。

4 不設縫預應力混凝土水池的結構設計優化

在大型不設縫預應力混凝土水池的結構設計環節之前，為了保證設計的準確性和合理性，需要首先對水池各個結構所受的作用力情況進行分析。圖1為這種類型水池整體結構中各個部分的直接荷載力情況示意圖。

從圖中可發現，水池的池底板、池壁都會受到土壓力，水壓力、地基反力等多種荷載作用，在多重受力的情況下，只有對各種作用力情況進行深入分析，并結合施工中的具體問題提出解決辦法，才能實現對水池結構設計的優化。從而提高水池結構的穩定性和防滲水性能。

4.1 池壁設計的優化

大型不設縫混凝土預應力水池池壁優化，主要是指對其池壁布筋方式的優化，常見的布筋方式主要有以下兩種類型。第一，水平防線沿直線進行布筋，這種方式是通過在水池的池壁上加上軸向力的作用，來起到對其本身由于間接受力而產生的水平軸向力的平衡。這種方式的優勢在于可減小預應力的損失，且受力方式和位置比較明確[3]。第二，水平方向沿曲線布筋。這種布筋方式使在水池的池壁上加上了軸向力以及 作用在其一側的側向分布力。主要是為了平衡溫度影響、收縮影響產生的水平軸向力。起到平衡水平彎矩的作用。且這種方式的實施成本不高，但相對來說較之前一種方法的預應力損失較大。

4.2 原材料方面的改進優化

在原材料方面，由于本文討論的是混凝土結構的水池，因此，其原材料優化的方向可以從水泥品種的選擇和用量上進行優化。例如，可選擇低熱礦渣硅酸鹽水泥，其可以避免水泥水化過程中產生的大量熱能集中釋放造成的混凝土結構裂縫。二從水泥的用量上分析，有研究結果表明，以每立方米為單位，當混凝土中的水泥用量以10千克的標準量進行增加，則其相應的水化熱量可促進混凝土產生1℃上下的溫度變化。這對避免混凝土結構產生裂縫也具有非常重要的作用[4]。

4.3 結構設計的整體優化

首先，注意水池的結構選型。即在平面設計和立面設計時注意其結構設計類型選擇。具體的操作方法是，可通過在底板和地基之間的間隙部位設置滑動結構，以避免固定結構對水池靈活性造成的限制。

其次，后澆帶的設置。后澆帶在功能上能夠更好的適應溫度和混凝土自身的收縮及不均勻沉降的問題。因此，可通過設置后澆帶來優化水池的整體結構。一般情況下，后澆帶的使用時間不得低于1個月，并且間距設計要按照最大的澆筑長度為標準進行計算得出，通常情況下要間距范圍在20m～30m。

5 結束語

通過分析，大型不設縫的預應力混凝土水池與傳統水池相比在結構上和功能上都體現出一定的優勢，施工設計人員在具體應用時要注意利用合理的優化措施以解決好其應用過程中出現的主要問題，保證這種類型的水池在污水處理和給水工程應用中的有效性。

參考文獻：

[1] 劉宇，郝臣君.分析市政給排水工程超長不設縫水池的結構設計和施工[J].城市建筑，2016（35）：245～245.

[2] 孫國志.超長不設縫水池的結構設計及施工方法[J].市政技術，2017（1）：157～159.

[3] 趙巍.大型現澆鋼筋混凝土水池設計的一點體會[J].林業科技情報，2016（1）：71～73.

[4] 方祥紅.矩形鋼筋混凝土水池結構設計要點探討[J].城市建設理論研究：電子版，2016（6）.