矩形水池設計和工程經驗看法

李鵬銳 周昌富

（銅陵有色設計研究院有限責任公司，安徽 銅陵 244000）

工業廠區內常見到水池或類似水池構筑物設計，本文就矩形水池基本結構設計進行總結與探討。矩形水池的設計包括抗浮設計、承載力設計、正常使用階段驗算與構造措施。地坑、儲料坑、擋土墻等相同結構的設計也同矩形水池設計。

水池設計時，計算有如下幾種情況：1）承載力極限狀態：即應根據作用效應的基本組合設計值對結構構件進行強度計算。2）正常使用狀態：對軸心受拉或小偏心受拉構件，應按不出現裂縫控制，采用短期效應的標準組合驗算；對受彎或大偏心受壓、受拉構件，應按限制裂縫寬度控制，并應采用長期效應的準永久組合驗算水池構件的裂縫。3）水池的穩定計算：穩定計算通常為抗浮計算，應采用最高水位的標準值驗算。

1 承載力設計

水池承載力設計包括池壁、底板與頂板設計，其中頂板設計同屋面結構，本文主要討論池壁與池底板承載力設計。

池壁與底板整體澆筑時，應根據兩者的線剛度比確定池壁底端的邊界條件。底板對池壁要滿足嵌固要求時，通常底板厚度應選為池壁厚度的1.2～1.5倍，并應將底板外挑。但對大面積底板來說，宜采用變截面底板以節約材料。當底板對壁板的連接達不到嵌固要求時，按底板固定計算對頂端自由壁板是偏安全的，對頂端為不動鉸接的壁板應適當加大壁板中部的彎矩及配筋。

池壁荷載包括池內外側壓力、地面活荷載、浮力以及溫度變化產生的附加力。地下式水池承載力設計一般根據下列三種荷載組合計算內力：1）池內滿水，池外無土；2）池內無水，池外有土；3）池內水滿，池外有水。

池壁根據結構的主要尺寸可分為淺池、深池和雙向板式水池。敞口池當池長與池高之比大于3時即為淺池，非敞口池當池長與池高之比大于2時為淺池；敞口池當池長與池高之比介于于0.5與3之間時即為雙向板式水池，非敞口池當池長與池高之比介于于0.5與2之間時為雙向板式水池；其余即為深池。

水池底板一般是直接與土體接觸的構件，它所承受的荷載除了壁板、隔墻、柱及頂板傳來的荷載外，還有土的反力。由于土反力及分布受上部結構荷載、土的性質及上部結構剛度影響，難以確定，使得水池的底板計算過于復雜，一般取簡化條件計算。池底板可以根據池底大小分兩種情況，一為池底面不太大時底板同一厚度，一為池底面比較大時池底板分為兩種厚度--池壁支座加厚部分與防水底板部分。

2 正常使用階段驗算

正常使用階段驗算為裂縫驗算，水池最大裂縫要求根據使用要求：不大于0.3mm或0.2mm。一些池壁配筋值通常由裂縫控制。

裂縫的控制：在水池類構筑物設計中，做好裂縫的控制對設計來講尤為重要。設計人員要從設計與施工兩個方面來加強控制。設計方面，增加配筋率或減小鋼筋直徑能增加混凝土的極限拉伸，因此在結構設計時，在節點應力集中處或大體積混凝土中沿截面均勻配置細密的構造鋼筋或鋼筋網片，均可提高構件的抗裂能力。施工方面，不要過分強調加快施工進度，不要過分追求水泥的早高強，尤其不要不分場合地使用早強型水泥。在混凝土中考慮摻加緩凝劑和減水劑，降低水灰比，減少水泥用量。混凝土振實成型后，要盡早表面覆蓋，加強養護，延長澆水養護時間。

3 抗浮設計

抗浮設計是指抗浮安全系數不小于1.05，也即水池自重加底板覆土重量與地下水浮力之比不小于1.05。當水池體量較大且地下水位較高的情況下，抗浮較難以滿足，因為同體量較小水池相比時，每平方底板重量與受浮力大小相同，但每平方池壁重量較小，所以難以滿足。此時最有效的方法是調整底板挑出長度以增加底板上覆土重量或是將底板上鋪設毛石來增加抗浮重量。另外雨季施工有蓋水池時應著重注意池四周排水以防水池上浮。

抗浮設計與地下水位標高密切相關，由于地下水位未掌握好而引起抗浮不夠及結構選型錯誤等工程事故時有發生。地下水位應根據勘察部門和水文部門提供的數據采用，考慮可能出現的最高地下水位，不考慮罕遇洪水的偶然作用。設計人員應詳細了解當地的水文情況，考慮當地有無暴雨、臺風的影響，是否會出現由于地表水不能及時排除而引起地下水位提高。

4 常用設計注意點及構造措施

地上式混凝土水池溫度區段為20m，地下式溫度區段為30m。而留置伸縮縫容易給正常使用遺留問題，故池體量超過溫度區段時可以用施工后澆帶處理。當為地上式水池時，不能忽視溫濕度的作用。

根據水池所處環境及其具體使用要求選擇適當的池體材料：包括混凝土強度等級、抗滲等級等，是否需摻其它如抗腐蝕或抗裂材料，鋼筋的混凝土保護層厚度也不容忽視，混凝土材料等級不低于C30，一般情況下抗滲等級為S6。

水池施工時盡量不留豎向施工縫，水平施工縫建議留在離底板頂面以上500mm處，同時注意做好縫間防水，并且要求二次澆筑時表面要鑿毛，以保證混凝土間的粘接性。

當設計較長水池并在結構上處理比較困難時，設計可采用后澆帶或UEA加強帶等施工方法來減少混凝土收縮產生的當量溫差及不利溫差。在正常的施工條件下，后澆帶的間距宜為20～30m。

設計注意水池池壁轉角處、池壁與頂板、池壁與底板處的構造措施，應加強配筋；根據池壁豎向裂縫往往由壁頂開始逐漸向下延伸的現象，最好在壁頂集中配置的水平鋼筋予以加強，且直徑不應小于池壁的受力鋼筋；最好在水池池壁轉角處另加四根直徑不小于池壁豎向受力鋼筋直徑的豎向鋼筋，可以起到構造柱作用，用于加強水池的整體剛度，增加抗震性能。