水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)分析

魏 瑋

【摘 要】水池是給水、排水水處理工程中最重要的土建工程，水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)水池的結(jié)構(gòu)安全及造價(jià)有重要的影響，而在一座水處理廠中，水池構(gòu)筑物在工藝環(huán)節(jié)及總造價(jià)中占有較大比例。鑒于此，本文對(duì)水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】水池；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)

一、前言

水池結(jié)構(gòu)屬于市政給、排水工程中的特種結(jié)構(gòu)， 水池是給、排水工程中的重要構(gòu)筑物，它既不同于一般的建筑結(jié)構(gòu)，也有別于一般的水工結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)型式和荷載條件比較復(fù)雜，大部分都是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，其承受的荷載主要有水壓力、土壓力和溫度應(yīng)力等。水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，每座水池的結(jié)構(gòu)方案都要進(jìn)行相應(yīng)的荷載分析、強(qiáng)度分析、耐久性分析并應(yīng)按照工程的地質(zhì)條件、荷載條件以及水文地質(zhì)條件來(lái)考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。水池的設(shè)計(jì)有其特定的要求，如抗?jié)B、抗裂、抗凍等，本文針對(duì)水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及到的這些重要問(wèn)題行了簡(jiǎn)單的分析探討。

二、水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)

1、地下水位對(duì)水池設(shè)計(jì)的影響

水池的設(shè)計(jì)與地下水位的標(biāo)高密切相關(guān)。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯(cuò)誤及抗浮不夠等工程事故時(shí)有發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范，地下水位應(yīng)根據(jù)地方水文資料，考慮可能出現(xiàn)的最高地下水位，一般設(shè)計(jì)均取用水文資料的最高地下水位。在50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，一般水工構(gòu)筑物地下水可變作用的取用按“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”原則確定，不考慮罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地質(zhì)勘察報(bào)告所提供的地下水位未能從地方水文資料分析得出，而僅反映勘測(cè)期間的地下水位情況。如果詳勘在當(dāng)?shù)乜菟谶M(jìn)行，所提供的地下水位標(biāo)高將無(wú)法被設(shè)計(jì)取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計(jì)算的失誤。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)詳細(xì)了解當(dāng)?shù)氐乃那闆r，對(duì)未滿足設(shè)計(jì)要求的地質(zhì)勘察報(bào)告要求予以補(bǔ)充。要求考慮當(dāng)?shù)赜袩o(wú)暴雨、臺(tái)風(fēng)的影響，是否會(huì)出現(xiàn)由于地表水不能及時(shí)排除而引起的地下水位提高。土建專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)地下水位和地質(zhì)勘探的情況進(jìn)行綜合考慮，與水工藝專業(yè)設(shè)計(jì)人員一起決定水池的基底標(biāo)高，綜合工藝流程、運(yùn)營(yíng)成本、土建造價(jià)等多方面因素制定方案。例如當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況不太理想或地下水位較高時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮是否可以適當(dāng)提高基底標(biāo)高，減少浮力對(duì)水池的影響及避開(kāi)軟弱地基層。

2、強(qiáng)度設(shè)計(jì)

水池強(qiáng)度設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于安全系數(shù)的取值，①水池頂板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加安全系數(shù)：水池頂板所承受的荷載有自重荷載、覆土荷載、室外地面荷載等，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，其變化很大，因此，附加安全系數(shù)取1.0是合適的。②池壁強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加安全系數(shù)：池壁主要承受土壓力和水壓力，水深一般取滿池計(jì)算，水的容重差別極小。土壓力強(qiáng)度一般用朗肯主動(dòng)土壓力理論，是略偏大的。從而說(shuō)明池壁荷載的取值一般是高限，且變化很小，因此，附加安全系數(shù)取0.9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。③底板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加系數(shù)：池底實(shí)際上是與地基共同工作的，一般情況下計(jì)算水壓力及均布荷載均偏大，因此底板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加安全系數(shù)取0.9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

3、水池抗凍設(shè)計(jì)

改良持力層地基土是水池抗凍設(shè)計(jì)的主要措施，改變水池結(jié)構(gòu)基底的土質(zhì)量，主要有換土墊層和強(qiáng)夯兩種方法。改變地基土基本結(jié)構(gòu)的辦法是進(jìn)行水池持力層地基土換填，就是將原有的細(xì)顆粒土體挖走，用大顆粒的土體填入水池的基底。這種換填工程量較大，換填厚度一般要大于等于凍土深度。如果在凍土深度小的地區(qū)使用尚可，若在凍土深度較大的地區(qū)使用，往往工程量是很大的。通常的地基土換填主要是針對(duì)凍脹敏感的地基土，如淤泥質(zhì)粘土，其排水性能差，毛細(xì)作用旺盛，一旦地下水位較高，地基土凍脹破壞加劇，此時(shí)，除采用排水設(shè)施降低地下水位外，可用小于0.05mm粒徑的砂礫料或者風(fēng)積砂置換地基土層。置換層的厚度隨土質(zhì)條件變化，一般不宜小于30cm。經(jīng)過(guò)砂礫置換之后，可阻斷毛細(xì)水分聯(lián)系，起到了減輕凍脹危害程度的作用。地基土夯實(shí)是通過(guò)對(duì)水池結(jié)構(gòu)基底持力層夯擊，從而提高地基土的干密度，防止水池外部地下水滲入地基土，是控制地下水位的最直接措施。在水池施工過(guò)程中，將地基土翻松20～30cm后夯實(shí)，使干容度達(dá)1.6～1.7t/m3以上，就能降低水池外地下水對(duì)水池結(jié)構(gòu)的侵襲，從而達(dá)到預(yù)防凍脹破壞的作用。

4、水池抗裂設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)已建成水池所作的調(diào)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(xiàn)于池壁外側(cè)的表面裂縫，其逐步擴(kuò)伸至全截面。另外在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，所有的外挑現(xiàn)澆走道板都產(chǎn)生嚴(yán)重裂縫，并隨之?dāng)U展到池壁，因此，有必要考慮到預(yù)制裝配式走道板，或作現(xiàn)澆走道板，每隔3 m～4 m設(shè)伸縮縫一道。很多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞都是由裂縫開(kāi)始的，對(duì)裂縫形成的原因、預(yù)防以及處理必須重視，特別是要避免和控制有害貫穿性裂縫的出現(xiàn)。在我國(guó)現(xiàn)在的施工技術(shù)水平條件下，水池是不可能一次澆筑完成的，必須要設(shè)置水平施工縫，分段進(jìn)行施工。如果施工過(guò)程中施工縫處理得不好，很容易導(dǎo)致水池表面凹凸不平，麻面多、上下段池壁錯(cuò)開(kāi)甚至滲漏水等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到以后使用。水池裂縫計(jì)算時(shí)，由于潮濕環(huán)境下混凝土干縮性較小，其裂縫增大系數(shù)取值可以適當(dāng)減小，取1.8較為合適。在選用鋼筋強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，雖然受裂縫寬度的限制，不能充分發(fā)揮其強(qiáng)度作用，但由于Ⅲ級(jí)鋼筋比Ⅱ級(jí)鋼用量可減少20%，所以采用Ⅲ級(jí)鋼筋在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都比較合理。

5、水池抗浮設(shè)計(jì)

目前在抗浮設(shè)計(jì)中常用方法有自重抗浮、壓重抗浮、基底配重抗浮、抗拔樁抗浮或錨桿抗浮等。①自重抗?。鹤灾乜垢〖赐ㄟ^(guò)提高池體結(jié)構(gòu)自重來(lái)達(dá)到抗浮的目的。一般可以通過(guò)增加水池池壁或底板來(lái)實(shí)現(xiàn)自重增加，這樣做雖然增加了混凝土的用量，但是由于結(jié)構(gòu)厚度增加可以降低結(jié)構(gòu)配筋率，減少鋼筋用量，因此對(duì)造價(jià)影響不大。采用自重抗浮對(duì)于原設(shè)計(jì)水池截面配筋率相對(duì)較大的水池最為經(jīng)濟(jì)適用。②壓重抗?。簤褐乜垢∈峭ㄟ^(guò)在池內(nèi)、池頂或池底外挑墻趾上壓重來(lái)抗浮。池內(nèi)壓重增加了底板寬度和基坑寬度，但一般不會(huì)增加池底所受的不均勻地基反力，故對(duì)底板的內(nèi)力影響較小。此法常用于一般中小型水池的抗浮，但不宜用在平面尺寸較大的水池，對(duì)需考慮局部抗浮的水池也不適用。③基底配重抗?。撼氐着渲乜垢∈窃谒氐装逡韵略O(shè)配重混凝土，通過(guò)底板與配重混凝土的可靠連接來(lái)滿足抗浮要求。此法用于一般水池時(shí)，其受力情況近似池內(nèi)壓重抗浮，不需增加池壁高度，但要保證底板與配重混凝土的可靠連接，并且其配重材料一般應(yīng)采用強(qiáng)度等級(jí)不小于C15的混凝土。④抗拔樁或錨桿抗?。捍祟惙椒▽?duì)大體積埋地水池的抗浮相當(dāng)有效，不僅能滿足池體的整體抗浮，還能通過(guò)樁或錨桿的合理布置，很好地解決大型水池的局部抗浮問(wèn)題?？拱螛兑话阋诉x用樁徑較小、單樁抗拔力相應(yīng)較小的樁進(jìn)行密布?？拱螛兜臉堕L(zhǎng)宜盡量控制在單節(jié)樁的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，這樣可以減少接樁費(fèi)用以及避免由于接樁不牢固造成的抗拔力損失。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著城市的發(fā)展，對(duì)水池建造需求也越來(lái)越大，水池設(shè)計(jì)中涉及若干問(wèn)題，如抗?jié)B、抗浮抗凍、抗裂設(shè)計(jì)等，本文根據(jù)給水排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和已建工程較成熟的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析探討并提出一些建議，供相關(guān)設(shè)計(jì)借鑒和參考。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，要根據(jù)實(shí)際情況，多嘗試、多比較，一定會(huì)找到更優(yōu)更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

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