水池構筑物結構設計在給排水工程中的要點探究

閆軍濤

（山西省建筑標準設計研究院，山西 太原 030000）

目前，國內外研究人員對鋼筋混凝土結構的力學性質和特性進行了深入研究，對其適用范圍有了新的認識。與國內外鋼筋混凝土池抗震設計相結合的主要區別在于，地震時荷載計算方法和池壁根的連接形式都按區域劃分地震等級，從而在計算時考慮結構重要性系數、水、土壤等荷載影響因素。

1 水池結構物基本構造分析

對于混凝土結構，需要進行試驗分析，如果符合c 25等級，則應進行防漏試驗活動，以避免泄漏。對于池鋼筋混凝土保護層，必須完全控制其厚度，以確保池結構的質量滿足相關要求。例如:梁柱與污水接觸的距離約為40mm，并作為保護層處理，從而減少污水侵蝕的問題。如果游泳池基礎上沒有明顯的載荷問題，沉降分段可以執行相關控制操作，從而實現相關標準。

焊接連接時，施工人員必須根據相關要求焊接構件，以提高構件的應力能力。建筑公司需要對鋼筋混凝土墻壁管理、其角落與地板相交的位置等進行全面控制，并且可以設置液滴和角度，以便于進行相關監管工作。對于鋼筋混凝土池，必須根據最小鋼筋比例等處理鋼筋結構，以確保鋼筋結構的構造和構造滿足相關要求。例如:當總垂直力現象出現時，最小鋼筋率為0 . 7%，當側向力現象出現時，必須將最小鋼筋率控制為0 . 3%，以提高結構穩定性。

2 清水池的結構特點

現對不同類型清水池結構體系做一下簡單介紹：

1） 全縫注入通常根據規范所需的膨脹接頭的最大間隙和間隙的特定尺寸，將間隙平均分割成不同的單元，每個單元用橡膠制止帶連接，填充焦化密封。各單位之間的力量相互獨立。2） 接縫分離還使用延伸接頭平均分割間隙，同時將頂板和襯墊分開，因此襯墊成為承受水平載荷的單獨懸臂構件，每個單元都是承受此單位范圍內垂直和水平載荷的單獨無梁建筑。3） 后澆帶或擴展加強筋設置位置可以設置多個后澆帶或擴展加強筋，前提是混凝土收縮應力最大的部分，通常是長度方向的中間位置，超過混凝土擴展接頭設置的最大間隙。位置也是根據流程要求設置的。這是當前設計中相對一般的間隙類型，當前與自己的實際設計相結合的工程簡單地分析了不同結構系統的間隙。

3 鋼筋混凝土水池設計原則

水池結構設計必須同時滿足軸承能力極限狀態設計和正常使用極限狀態設計的要求，正常使用極限狀態設計要求主要考慮唇控制，必須使用長期效果的標準組合進行檢查。當按承載能力極限狀態計算時，作用效果的默認部件設計值必須由其他條件確定。這項工程在計算時間分析了三個不利條件。草外有土，草內有無水條件。2） 池塘外的免耕，水坑充滿水的條件。3） 池外無土，池內滿水工況。第一條件是主體工程完成，回填前階段，第二、第三條件出現在萬壽試驗階段。上述內容是當前間隙的結構設計中最常用的計算方法，但零部件截面和加固結果相對保守，經濟性略有下降。

4 結構設計

大型結構溫度應力問題是市政給排水工程水池項目施工中的常見問題之一，采用超長不設縫水池設計方案，能實現是對以上施工問題的有效解除。具體解決方法有“抗”“放”“調”三種，其中“抗”等同于同步提升混凝土結構強度與配筋率，進而增強結構的極限抗拉能力與抗壓應變能力。“調”可以被視為“抗”與“放”的整合形式，具體是加強混凝土配合比合理設計、融入適量添加劑、留設施工縫、管控施工工藝流程及推行養護措施等，減少池體結構的變形量。

1） 頂板安設預反力鋼筋：在有限元流程的支撐下，實現對水池的整體升溫及降溫等指標的精確測算，解析池體不同結構在某一溫度變化區間中溫度應力變化規律，繼而有針對性的在水池頂板適當位置安設預應力鋼筋，應力鋼筋的主要作用是抵抗內水作用及溫度拉力。

2） 在底板構件上安設滑動層。該種施工操作行為的產出，有利于減少地基土對底板結構形成的束縛力，同時有利于拓展池體的自由度，減輕溫度應力對池體結構完整性與穩固性形成的不良影響。

3） 留設后澆帶。在超長不設縫水池結構方案設計過程中，應明確規劃結構施工過程中后澆帶所需設置的部位、數目與相關防范等，同時合理規劃結構的封閉時間、溫度等提出的基本要求。

4） 加強混凝土結構質量的控制。在結構設計過程中，混凝土施工是重要一項內容，其結構質量直接影響結構設計與施工效果。故而，在工程設計期間，應加強對混凝土結構質量的控制，特別是要加強原材料、配合比等的控制，同時重視混凝土生產、施工及養護等流程的控制，以防混凝土結構在工程施工早期出現裂縫問題，進而增強水池的抗裂防滲性能。

5 水池混凝土裂縫產生原因

水池混凝土結構的裂縫產生原因主要包括以下幾個方面。

1） 結構性裂縫。它是荷載作用下的裂縫，包括在自重、水、土壓力、震動荷載等作用下混凝土受拉應力開裂，約占總裂縫的10%。2） 非結構性裂縫。它是變形作用下的裂縫，變形作用又可分為以下幾類。①溫度作用。包括水化熱、生產熱、氣溫等。②收縮變形。包括自生收縮、塑性收縮、干燥收縮等。③膨脹變形。包括化學腐蝕膨脹、結冰膨脹、堿集料反應等。④基礎變形。包括沉降差異、地基變形等。大量水池工程裂縫處理案例表明，水池結構中80%～90%的裂縫都是由于變形作用導致，所以控制變形是超長結構裂縫治理控制因素中的關鍵。3） 其他裂縫。由其他因素如堿集料反應、慣性力、混合作用等產生的裂縫，約占總裂縫的10%。

6 結構改造防水抗滲優化設計

1） 由于施工進度要求比較緊張，且冬季施工，因此提高增高部分混凝土強度等級，原結構采用C30，新建部分采用C35。2） 新澆筑混凝土中摻入8%UEA 微膨脹劑。3） 池壁新舊混凝土結合部防水，采取先鑿毛池壁頂端混凝土表層，同時鑿出凹槽埋設鋼板止水帶。新老混凝土止水帶。其中，B 為混凝土池壁厚度。

7 水池結構裂縫問題的預防措施

設計者需要科學預防水池結構裂縫問題，提高結構建設質量與可靠性，滿足其設計要求。首先，需要在水池底部中應用連續式的配筋，不可以應用分離式的配筋，保證可以提高結構的穩定性。對于水池配筋率而言，不可以超過相關范圍，以免在混凝土收縮期間受到鋼筋的作用出現龜裂問題；其次，設計者需要對配筋的分布進行調整，按照小直徑與小間距的要求與特點，對其進行合理的配置。

8 結構設計中需重視的問題

1） 中間拉梁層中的梁應進行抗裂度驗算，按軸拉構件進行配筋；拉梁層的邊跨板在沿池壁長度方向，其受力形式為一連續深梁，按深梁方式配筋，與池壁連接處設暗梁增強抗拉、壓能力。2） 從剪力圖和軸力圖可以看出，樁基礎的荷載不能簡單按照其分擔的面積來計算，應考慮底板彎矩的影響。比如單層模式下，由于底板邊跨與池壁相交處負彎矩很大，導致底板樁基礎在池壁下豎向荷載大，而其相鄰第一排樁基礎則出現輕微的上拔力。3） 變形縫按不完全縫處理，連通的鋼筋起到傳遞拉力的作用，連通的鋼筋面積按拉力值來確定（考慮2～3 倍的富裕度），鋼筋在縫處應做防腐蝕處理，連通鋼筋在截面中的位置應考慮懸出鋼筋在荷載作用下的位移，以防混凝土劈裂，在本設計中，頂、底板下層筋連通，池壁外側筋連通。4） 中部拉結層的邊跨板，在對應清水池頂板人孔處設置人孔。

9 結語

近年來，市政給排水工程中，盛水構筑物呈現布置一體化、復雜化的發展趨勢。隨著水池規模的不斷增加，超長水池結構的裂縫控制成為設計中的難點。傳統方法是通過在一定結構尺寸內設置足夠多的變形縫解決施工階段和使用階段混凝土可能出現的裂縫問題。然而，超長水池中的變形縫給使用功能、后期養護、抗震要求等都帶來諸多不便。例如變形縫會對止水帶的耐久和維修產生不利影響，設置變形縫不利于結構抗震，設縫的構筑物在地震中發生碰撞。因此超長水池結構的無縫設計具有重要的意義。