鋼筋混凝土水池的設(shè)計(jì)

孫佳奇

摘要：本文從結(jié)構(gòu)專業(yè)的角度談及關(guān)于鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)相關(guān)方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土水池；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；構(gòu)造；荷載組合；裂縫

隨著國(guó)家建設(shè)的開(kāi)展，綜合國(guó)力的增強(qiáng)，城市的不斷發(fā)展擴(kuò)大，人們生活、工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的需要，水池類構(gòu)筑物工程建設(shè)逐年增多。因耐久性和實(shí)用性方面的要求越來(lái)越高，鋼筋混凝土已經(jīng)作為水池的主要砌筑材料。鋼筋混凝土水池在化工建設(shè)中是一種應(yīng)用極為廣泛的構(gòu)筑物，大量用于儲(chǔ)存水、油和污水等介質(zhì)。

一、鋼筋混凝土水池分類及應(yīng)用

鋼筋混凝土水池根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分為圓形水池、矩形水池；按施工方式分為整體式、分離式、裝配式；根據(jù)池壁的高寬比分為淺壁池、一般壁池、深壁池；根據(jù)池室布局可分為單格水池、多格水池和多排多格水池等。根據(jù)埋置深度分為地上式、地下式、半地上式。水池從用途上可分為兩大類：一類是水處理水池，另一類是貯水池。由于多數(shù)建于地下或半地下，質(zhì)量較好又可節(jié)省材料。水池埋入地下后，溫度及風(fēng)化作用等因素影響較小，而且池壁外土壓力能平衡部分或全部池壁內(nèi)的水壓力。因而，采用材料又依據(jù)水池容積耗費(fèi)材料等而定為磚砌池壁及鋼筋混凝土池壁兩大類。無(wú)論是矩形還是圓形、預(yù)制還是現(xiàn)澆的池體，由于多種原因產(chǎn)生變形所引起的池體結(jié)構(gòu)裂縫（包括池頂板、壁板、底板）都是難免的，都要使裂縫嚴(yán)格控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)（一般水池裂縫規(guī)范允許0.2mm）。因此，水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性顯得尤為重要。

二、鋼筋混凝土水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合的規(guī)定

a.各種結(jié)構(gòu)類別、形式的水池均應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)荷載條件、工程地質(zhì)條件和水地質(zhì)條件，決定是否驗(yàn)算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

b.鋼筋混凝土水池應(yīng)進(jìn)行抗裂度或裂縫寬度驗(yàn)算。滿足正常使用要求時(shí)，控制裂縫開(kāi)展是必要的，對(duì)于圓形水池或矩形水池的某些部位（例如長(zhǎng)壁水池的角隅處），其受力狀態(tài)多屬軸拉或小偏心受拉，即整個(gè)截面處于受拉狀態(tài)，這就需要控制其裂縫出現(xiàn)；更多的構(gòu)件將處于受彎，大偏心受力狀態(tài)，從耐久性要求，需要限制其裂縫開(kāi)展寬度，防止鋼筋銹蝕影響水池的使用年限，這里面也包括混凝土的抗?jié)B，抗凍以及鋼筋保護(hù)層厚度等要求。

c.對(duì)于建于地下水位比較高的場(chǎng)地的水池，還應(yīng)進(jìn)行水池抗浮驗(yàn)算。

三、鋼筋混凝土水池的一般構(gòu)造要求

1.鋼筋混凝土貯水或水處理構(gòu)筑物，其壁、底板厚度均不宜小于200mm。主要是從保證施工質(zhì)量和水池的耐久性考慮，水池的鋼筋凈保護(hù)層厚度不宜太小，也就決定了構(gòu)件的厚度不宜太小，否則難以做好混凝土的振搗密實(shí)性，就會(huì)影響其水密性要求，并且將不利于鋼筋的防銹，從而影響水池的使用壽命。

2.水池各部位構(gòu)件內(nèi)，受力鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度（從鋼筋的外緣算起），應(yīng)符合《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中表6.1.3的規(guī)定。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命通常取決于鋼筋的嚴(yán)重銹蝕而導(dǎo)致破壞。鋼筋銹蝕有集中銹蝕和均勻銹蝕兩種情況，前者發(fā)生于裂縫處，加大保護(hù)層厚度可以延長(zhǎng)碳化時(shí)間，亦即對(duì)結(jié)構(gòu)的使用壽命提高了保證率。另外，對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度取稍大一些，有利于混凝土（鋼筋與模板間）的振搗，對(duì)混凝土的水密性是有好處，也就提高了施工質(zhì)量的保證率。

3.鋼筋混凝土墻（壁）的拐角及與頂、底板的交接處，宜設(shè)置腋角。腋角的邊寬不應(yīng)小于150mm，并應(yīng)配置構(gòu)造鋼筋，一般可按墻或頂、底板截面內(nèi)受力鋼筋的50%采用。

四、鋼筋混凝土水池計(jì)算的荷載組合

對(duì)于非地上式水池，池壁的水平向荷載包括：池內(nèi)水壓力，池外土壓力（包括地面活荷載影響和地下水位所處的位置的影響）；垂直向荷載包括：池內(nèi)水重和池外土重。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常池內(nèi)水壓力可按齊頂水壓計(jì)算。荷載不利組合分為：a.池內(nèi)有水、池外無(wú)土；b.池外有土、池內(nèi)無(wú)水。結(jié)構(gòu)模型可按一端簡(jiǎn)支，一端固定的單跨梁或者三邊固定，一邊簡(jiǎn)支的雙向板來(lái)計(jì)算。對(duì)于地上式無(wú)頂蓋的水池，池壁可按懸臂板來(lái)計(jì)算。如果是水池頂板荷載包括：恒載（頂板和抹灰自重、覆土重），活載（考慮是否通車或消防車，按規(guī)范取相應(yīng)值），結(jié)構(gòu)計(jì)算模型可按一般的雙向板來(lái)計(jì)算；水池底板荷載：頂板自重、滿水重量，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型可按無(wú)梁樓蓋計(jì)算。由于水池的底板和池壁都相對(duì)比較厚，對(duì)于一般的水池（壁高不超過(guò)3.5m），起控制配筋的不是強(qiáng)度而是裂縫寬度。

五、鋼筋混凝土水池裂縫控制措施

1.將基礎(chǔ)與池壁的混凝土澆筑間隔時(shí)間縮短至10d左右，以減小基礎(chǔ)對(duì)池壁的水平阻力。

2.模板拆除后及時(shí)回填土，以控制混凝土早期或中期開(kāi)裂。

3.適當(dāng)配置水平鋼筋：配筋盡可能采用100～150mm間距，配筋率宜在0.3%～0.5%之間。

4.縮短伸縮縫距離，將伸縮縫縮短至8mm左右。

5.優(yōu)化混凝土配合比：選用低水化熱的水泥，將混凝土塌落度減小至14mm以下。

6.混凝土澆筑：a.采取跳倉(cāng)澆筑法，其間隔時(shí)間控制在一周以上；b.在高溫季節(jié)用帳篷將砂石骨料覆蓋，控制混凝土的出機(jī)溫度；用保溫材料將混凝土輸送管道包裹，降低混凝土的入模溫度；c.分層澆筑混凝土，厚度控制在500mm以下。

7.混凝土養(yǎng)護(hù)：縮短帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間，且保證混凝土連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d。

六、結(jié)語(yǔ)

1.池底和池壁一次澆筑完成，不留施工縫，配置φ10@150水平鋼筋可滿足不設(shè)伸縮縫要求。

2.若池底和池壁分兩次澆筑，距池底500mm處，留一道水平施工縫，配置φ12@120水平鋼筋，施工質(zhì)量良好，也可不設(shè)施工縫。

3.水池類現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，一般厚度不大，高度也不高，這類結(jié)構(gòu)很容易從池壁上部出現(xiàn)邊緣效應(yīng)而引起裂縫。為此，建議在池頂和池底以及水平施工縫的上、下宜各配置4φ16～4φ22的粗鋼筋予以加強(qiáng)，也稱此部位為“暗梁”。這樣，易裂的薄弱部位的含鋼率均大，混凝土的極限拉伸提高，從而結(jié)構(gòu)的抗裂性得到增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50069-2002.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]工程結(jié)構(gòu)裂縫控制——“王鐵夢(mèng)法”應(yīng)用實(shí)例集 徐榮年、徐欣磊編著 中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[3]《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社.