對水廠建設中關于水池結構設計的探討
1 水池結構的設計
1.1 結構設計應符合的規定
各種結構類別、形式的水池均應進行強度驗算。根據荷載條件、工程地質條件和水文地質條件,決定是否驗算結構的穩定性。鋼筋混凝土水池應進行抗裂度或裂縫寬度的驗算。在荷載作用下,構件截面為軸心受拉或小偏心受拉的受力狀態時,應進行抗裂度驗算,在使用階段荷載作用下,構件截面為受彎、大偏心受壓或大偏心受拉的受力狀態時,應進行裂縫寬度的驗算。預應力混凝土水池還應進行抗裂度驗算。
1. 2 荷載及荷載組合
（1）各種荷載。
水壓。這里指池內水壓,是水池的主要荷載之一。現在習慣上將水池按滿水來計算水壓。這是因為:一方面很可能存在誤操作而造成滿池;另一方面今后工藝上有可能挖潛而超過原設計水位。
土壓力。池外有填土的水池,土對池壁的側壓力通常用朗肯理論計算土的主動壓力。但土的側壓力變化因素很多,如回填土的密實度、粘結力、內摩擦角等。實踐證明,用朗肯理論計算主動土壓力偏于安全。
地下水壓力。地下水壓對水池底板的托浮力是威脅水池底板安全的一種主要荷載,設計時應予以重視。為了抵消地下水對底板的影響,在用無梁板作為底板時,其最經濟有效的辦法是以池底浮土來平衡,而采用增加結構自重的方法是不經濟的。當地下水位低于池底而不考慮地下水壓時,需采取措施排除地表滯水。
溫、濕度荷載。由于環境的影響,造成結構物產生溫度或濕度的變化,從而引起結構物體積變化,當這種體積變化受到約束時,就會產生應力。通常將溫度差及濕度差稱之為溫、濕度荷載。
（2）荷載組合。
①水壓+ 自重。這是水池結構設計的基本組合。
②水壓+ 自重+ 冬季溫差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用,當壁面冬季溫差的絕對值大于夏季壁面濕差(化為等效溫差)的絕對值時,這種情況是最不利的組合。
③水壓+ 自重+ 濕差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用,當夏季壁面濕差(化為等效溫差) 的絕對值大于冬季壁面溫差的絕對值時,這種情況是最不利的組合。
④土壓+ 自重。這是指池外有覆土的水池,當有地下水時還應包括地下水壓,這種組合是水池荷載的基本組合之一,當水池建成后運營前以及水池放空期間均屬此種荷載組合情況。根據上述幾種情況,可歸納為如下兩類:a. 無覆土的水池,池壁的荷載應取上述四種組合的最不利情況求得內力。b. 有覆土的水池,可不考慮2) 和3) 兩種組合。
1.3 截面設計的關鍵性問題
（１）強度設計的安全系數。
①水池頂蓋強度設計的附加安全系數。頂蓋所承受的荷載是自重、覆土重、活載等,其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重隨密度和含水量而變,其變異性較大,因此,附加安全系數取1. 0 是合適的。
②池壁強度設計的附加安全系數。池壁主要承受土壓和水壓,水深一般取滿池計算,水的容重差別極小。土壓強度一般用朗肯主動土壓力理論,是略偏大的。從而說明池壁荷載的取值一般是高限,且變異性很小,因此,附加安全系數取0. 9，即能滿足結構設計要求。
③底板強度設計的附加系數。池底實際上是與地基共同工作的,一般情況下計算水壓及均布荷載均偏大。底板強度設計的附加安全系數取0. 9，即能滿足結構設計要求。
（2）關于裂縫問題的探討。根據對已建成水池所作的調查。
水池裂縫一般為豎向裂縫。這些裂縫有兩種:一是貫穿性裂縫,由混凝土收縮引起的;二是出現于池壁外側的表面裂縫,其逐步擴伸至全截面。另外在工程實踐中發現,所有的外挑現澆走道板都產生嚴重裂縫,并隨之擴展到池壁,因此,有必要考慮到預制裝配式走道板,或作現澆走道板,每隔3 m～4 m 設伸縮縫一道。
（3）構造配筋。水池池壁的構造配筋,宜按矩形和圓形水池加以區分。對于地面式矩形水池池壁,因對濕差和溫差的影響甚為敏感,為避免產生貫穿裂縫,池壁水平向的最小構造配筋率每側不小于0. 15 %為宜。對于無頂蓋的水池往往在池壁頂部先開裂,宜在頂部每側放置不小于2 根Φ16 的水平向鋼筋。對于圓形水池池壁的環向最小構造配筋率,其外側的最小構造配筋率不宜小于0. 35 %， 內側不宜小于0. 15 %， 對于外池有覆土的水池池壁,其內、外側宜對稱配置,但全截面總配筋率不宜小于0. 3 %。水池底板最小構造配筋率,對于無頂蓋的敞口水池,其底板上層鋼筋的最小構造配筋率不宜小于0. 15 %，其下層配筋率及有頂蓋的水池底板配筋率不小于0. 1 %。
（4）經濟配筋率。對于矩形水池,當上端自由,下端固定的豎向截面池壁時,其最大配筋率在0. 8 %左右尚屬經濟。其他矩形水池的池壁,某一界面的最大配筋率可達到1. 0 %左右亦屬經濟范圍。
2 水池結構的施工
2.1 水池底板施工要點
(1)混凝土墊層(基礎) 澆筑前,應檢查地基土質是否與設計資料相符合,如有不同,則應該針對不同情況加以處理,然后再澆筑混凝土墊層。(2) 混凝土墊層在澆筑完畢后的1 d～2 d (視施工時的溫度而定)，在墊層面測定底板中心,然后根據設計尺寸進行放線,定出柱基及底板的邊線,畫出鋼筋分布線,依線鋪放綁扎鋼筋,接著安裝柱基和底板外模板。(3) 鋼筋綁扎時,應詳細檢查鋼筋直徑、間距、位置、搭接長度、上下層鋼筋的間距、保護層及預埋件的位置和數量,均應符合設計要求。上下層的鋼筋要用鐵撐(馬凳) 加以固定,防止在澆筑混凝土時發生變位。(4) 柱基模板是懸空架設,下面用臨時小方木撐在墊層上,邊澆混凝土邊取出小方木。(5) 底板應一次連續澆筑完,不留施工縫。施工間歇時間不得超過混凝土的初凝時間。平板厚度在20 cm 以內可用平板振動器,厚度較厚時,則采用插入式振動器。(6) 池壁為現澆混凝土時,底板與池壁連接處的施工縫可留在基礎上口20 cm 處,如設計要求有止水鋼板,在澆搗混凝土前,應將止水鋼板安放固定。(7) 混凝土澆筑完畢后,其強度尚未達到1. 2 MPa 時,禁止振動,不得在底板上搭設腳手架,安放模板或搬運工具,并注意對混凝土的養護。(8) 遇特殊情況需留施工縫時,應做成垂直的結合面,并注意結合面附近混凝土的密實。
2.2 混凝土澆筑
水池混凝土一般可采用分節澆筑和連續澆筑。池壁分節澆筑的順序:基礎底板→池壁→環梁→頂蓋。池壁連續澆筑的順序:基礎底板→池壁→環梁及頂蓋。
2.3 防水層施工
水池內防水層施工按水塔內防水層施工進行。水池外壁一般噴涂瀝青防水層。用作防水層的瀝青必須符合規定標準,施工前應檢查是否合格。施工前應將池外壁洗刷干凈,先涂冷底子油,然后涂熱瀝青兩道。
參考文獻
［1］王增長. 建筑給排水工程［M］. 北京:中國建筑工業出版社,1998.
［2］張靖靜. 水池結構設計概要分析［J］. 山西建筑,2005，31 (22) :67268.
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