对水厂建设中关于水池结构设计的探讨
1 水池结构的设计
1.1 结构设计应符合的规定
各种结构类别、形式的水池均应进行强度验算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件,决定是否验算结构的稳定性。钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度的验算。在荷载作用下,构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态时,应进行抗裂度验算,在使用阶段荷载作用下,构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时,应进行裂缝宽度的验算。预应力混凝土水池还应进行抗裂度验算。
1. 2 荷载及荷载组合
（1）各种荷载。
水压。这里指池内水压,是水池的主要荷载之一。现在习惯上将水池按满水来计算水压。这是因为:一方面很可能存在误操作而造成满池;另一方面今后工艺上有可能挖潜而超过原设计水位。
土压力。池外有填土的水池,土对池壁的侧压力通常用朗肯理论计算土的主动压力。但土的侧压力变化因素很多,如回填土的密实度、粘结力、内摩擦角等。实践证明,用朗肯理论计算主动土压力偏于安全。
地下水压力。地下水压对水池底板的托浮力是威胁水池底板安全的一种主要荷载,设计时应予以重视。为了抵消地下水对底板的影响,在用无梁板作为底板时,其最经济有效的办法是以池底浮土来平衡,而采用增加结构自重的方法是不经济的。当地下水位低于池底而不考虑地下水压时,需采取措施排除地表滞水。
温、湿度荷载。由于环境的影响,造成结构物产生温度或湿度的变化,从而引起结构物体积变化,当这种体积变化受到约束时,就会产生应力。通常将温度差及湿度差称之为温、湿度荷载。
（2）荷载组合。
①水压+ 自重。这是水池结构设计的基本组合。
②水压+ 自重+ 冬季温差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当壁面冬季温差的绝对值大于夏季壁面湿差(化为等效温差)的绝对值时,这种情况是最不利的组合。
③水压+ 自重+ 湿差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当夏季壁面湿差(化为等效温差) 的绝对值大于冬季壁面温差的绝对值时,这种情况是最不利的组合。
④土压+ 自重。这是指池外有覆土的水池,当有地下水时还应包括地下水压,这种组合是水池荷载的基本组合之一,当水池建成后运营前以及水池放空期间均属此种荷载组合情况。根据上述几种情况,可归纳为如下两类:a. 无覆土的水池,池壁的荷载应取上述四种组合的最不利情况求得内力。b. 有覆土的水池,可不考虑2) 和3) 两种组合。
1.3 截面设计的关键性问题
（１）强度设计的安全系数。
①水池顶盖强度设计的附加安全系数。顶盖所承受的荷载是自重、覆土重、活载等,其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重随密度和含水量而变,其变异性较大,因此,附加安全系数取1. 0 是合适的。
②池壁强度设计的附加安全系数。池壁主要承受土压和水压,水深一般取满池计算,水的容重差别极小。土压强度一般用朗肯主动土压力理论,是略偏大的。从而说明池壁荷载的取值一般是高限,且变异性很小,因此,附加安全系数取0. 9，即能满足结构设计要求。
③底板强度设计的附加系数。池底实际上是与地基共同工作的,一般情况下计算水压及均布荷载均偏大。底板强度设计的附加安全系数取0. 9，即能满足结构设计要求。
（2）关于裂缝问题的探讨。根据对已建成水池所作的调查。
水池裂缝一般为竖向裂缝。这些裂缝有两种:一是贯穿性裂缝,由混凝土收缩引起的;二是出现于池壁外侧的表面裂缝,其逐步扩伸至全截面。另外在工程实践中发现,所有的外挑现浇走道板都产生严重裂缝,并随之扩展到池壁,因此,有必要考虑到预制装配式走道板,或作现浇走道板,每隔3 m～4 m 设伸缩缝一道。
（3）构造配筋。水池池壁的构造配筋,宜按矩形和圆形水池加以区分。对于地面式矩形水池池壁,因对湿差和温差的影响甚为敏感,为避免产生贯穿裂缝,池壁水平向的最小构造配筋率每侧不小于0. 15 %为宜。对于无顶盖的水池往往在池壁顶部先开裂,宜在顶部每侧放置不小于2 根Φ16 的水平向钢筋。对于圆形水池池壁的环向最小构造配筋率,其外侧的最小构造配筋率不宜小于0. 35 %， 内侧不宜小于0. 15 %， 对于外池有覆土的水池池壁,其内、外侧宜对称配置,但全截面总配筋率不宜小于0. 3 %。水池底板最小构造配筋率,对于无顶盖的敞口水池,其底板上层钢筋的最小构造配筋率不宜小于0. 15 %，其下层配筋率及有顶盖的水池底板配筋率不小于0. 1 %。
（4）经济配筋率。对于矩形水池,当上端自由,下端固定的竖向截面池壁时,其最大配筋率在0. 8 %左右尚属经济。其他矩形水池的池壁,某一界面的最大配筋率可达到1. 0 %左右亦属经济范围。
2 水池结构的施工
2.1 水池底板施工要点
(1)混凝土垫层(基础) 浇筑前,应检查地基土质是否与设计资料相符合,如有不同,则应该针对不同情况加以处理,然后再浇筑混凝土垫层。(2) 混凝土垫层在浇筑完毕后的1 d～2 d (视施工时的温度而定)，在垫层面测定底板中心,然后根据设计尺寸进行放线,定出柱基及底板的边线,画出钢筋分布线,依线铺放绑扎钢筋,接着安装柱基和底板外模板。(3) 钢筋绑扎时,应详细检查钢筋直径、间距、位置、搭接长度、上下层钢筋的间距、保护层及预埋件的位置和数量,均应符合设计要求。上下层的钢筋要用铁撑(马凳) 加以固定,防止在浇筑混凝土时发生变位。(4) 柱基模板是悬空架设,下面用临时小方木撑在垫层上,边浇混凝土边取出小方木。(5) 底板应一次连续浇筑完,不留施工缝。施工间歇时间不得超过混凝土的初凝时间。平板厚度在20 cm 以内可用平板振动器,厚度较厚时,则采用插入式振动器。(6) 池壁为现浇混凝土时,底板与池壁连接处的施工缝可留在基础上口20 cm 处,如设计要求有止水钢板,在浇捣混凝土前,应将止水钢板安放固定。(7) 混凝土浇筑完毕后,其强度尚未达到1. 2 MPa 时,禁止振动,不得在底板上搭设脚手架,安放模板或搬运工具,并注意对混凝土的养护。(8) 遇特殊情况需留施工缝时,应做成垂直的结合面,并注意结合面附近混凝土的密实。
2.2 混凝土浇筑
水池混凝土一般可采用分节浇筑和连续浇筑。池壁分节浇筑的顺序:基础底板→池壁→环梁→顶盖。池壁连续浇筑的顺序:基础底板→池壁→环梁及顶盖。
2.3 防水层施工
水池内防水层施工按水塔内防水层施工进行。水池外壁一般喷涂沥青防水层。用作防水层的沥青必须符合规定标准,施工前应检查是否合格。施工前应将池外壁洗刷干净,先涂冷底子油,然后涂热沥青两道。
参考文献
［1］王增长. 建筑给排水工程［M］. 北京:中国建筑工业出版社,1998.
［2］张靖静. 水池结构设计概要分析［J］. 山西建筑,2005，31 (22) :67268.
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