大型不設(shè)縫預(yù)應(yīng)力混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

宋嘉昕

摘 要：本文所探討的大型混凝土水池是建筑工程領(lǐng)域常用的一種給水以及污水集中處理的結(jié)構(gòu)，不設(shè)縫的預(yù)應(yīng)力混凝土水池是其中的一種類型，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，有許多專業(yè)方法和設(shè)計形式，本文主要通過對這種混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究，找到優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效途徑。

關(guān)鍵詞：混凝土水池；大型不設(shè)縫；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 引言

混凝土水池是常應(yīng)用于水廠及建筑工程中進(jìn)行水資源供應(yīng)或污水處理的一種結(jié)構(gòu)，從其結(jié)構(gòu)的特點上來分析，這種水池具有較好的防滲漏及耐久性，而且污水處理或給水的總量較大。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就必須滿足大規(guī)模污水處理或給水供應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程具有專業(yè)性和復(fù)雜性的特點，只有做好結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能保證水池達(dá)到相關(guān)工程的工作強(qiáng)度要求。

2 大型混凝土水池簡析

大型的鋼筋混凝土水池在眾多的水池類型中屬于比較特殊的一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的水池也能兼顧建筑工程或水利工程中對水池結(jié)構(gòu)的防滲漏功能以及防腐蝕功能的總體要求[1]。另外，從水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面來講，預(yù)應(yīng)力混凝土水池在結(jié)構(gòu)設(shè)計中會受到具體的施工條件、原材料的供應(yīng)以及施工技術(shù)和受力情況等因素的影響。而其形狀分類包括了圓形水池和矩形水池兩種，但由于矩形水池對土地的利用率相比圓形水池更高，并且在工程施工布置的環(huán)節(jié)受到的空間限制較少，具有更強(qiáng)的靈活性，因此而被更多地選擇應(yīng)用在實際的工程中。

3 大型鋼筋混凝土水池在應(yīng)用中存在的問題

3.1 伸縮縫問題

首先，在大型的混凝土水池匯總，其伸縮縫部位所要承受的水流壓力較大、伸縮縫設(shè)置位置分布較復(fù)雜，因此，在施工過程中，會給技術(shù)人員帶來很多不便和困難，并且在伸縮縫施工完成后，如果出現(xiàn)質(zhì)量或應(yīng)用中的故障，其維修時會對整個水池結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，不易進(jìn)行維修。其次，伸縮縫在功能上可以適應(yīng)溫度的變化和干縮系數(shù)產(chǎn)生一定程度的變形，以適應(yīng)環(huán)境條件變化對其的影響，但其變形程度有限，如要出現(xiàn)較大程度的變形，則無法達(dá)到要求，這主要是因為較大程度的變形是由于發(fā)生沉降現(xiàn)象的程度和位置分布不均勻，這就使得施工人員對發(fā)生沉降的具體位置的判定比較困難，而設(shè)縫的出現(xiàn)，在一定程度上也破壞了水池結(jié)構(gòu)的整體性。在出現(xiàn)不均勻的沉降的問題時，其會影響水池對沉降現(xiàn)象的整體適應(yīng)性，

3.2 止水帶問題

首先，伸縮縫設(shè)置在施工中主要應(yīng)用橡膠原材料進(jìn)行施工，而相對于混凝土結(jié)構(gòu)的水池來講，橡膠本身的耐磨、抗壓性能就比較薄弱，在原材料中屬于消耗型原材料[2]。其使用壽命并不長，需要及時進(jìn)行更換，但上文講到的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，給止水帶的更換也帶來了一定的難度。其次，止水在受到外力作用產(chǎn)生變形時，橡膠原材料本身的性能與工程施工中對其錨固性能的要求就產(chǎn)生了矛盾，由于其本身的固定性能和抗壓性能較差，因此，很容易發(fā)生磨損的現(xiàn)象，一旦磨損出現(xiàn)漏洞，則會使整個水池結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的防滲性能受到影響。最后，在止水帶附近，對其進(jìn)行固定的結(jié)構(gòu)是鋼筋結(jié)構(gòu)，且這個位置的鋼筋密度較大，在具體的施工作業(yè)中存在一定的難度，使得混凝土原材料產(chǎn)生孔洞問題。為水池結(jié)構(gòu)的防滲漏功能的發(fā)揮造成隱患。

4 不設(shè)縫預(yù)應(yīng)力混凝土水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

在大型不設(shè)縫預(yù)應(yīng)力混凝土水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)之前，為了保證設(shè)計的準(zhǔn)確性和合理性，需要首先對水池各個結(jié)構(gòu)所受的作用力情況進(jìn)行分析。圖1為這種類型水池整體結(jié)構(gòu)中各個部分的直接荷載力情況示意圖。

從圖中可發(fā)現(xiàn)，水池的池底板、池壁都會受到土壓力，水壓力、地基反力等多種荷載作用，在多重受力的情況下，只有對各種作用力情況進(jìn)行深入分析，并結(jié)合施工中的具體問題提出解決辦法，才能實現(xiàn)對水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。從而提高水池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和防滲水性能。

4.1 池壁設(shè)計的優(yōu)化

大型不設(shè)縫混凝土預(yù)應(yīng)力水池池壁優(yōu)化，主要是指對其池壁布筋方式的優(yōu)化，常見的布筋方式主要有以下兩種類型。第一，水平防線沿直線進(jìn)行布筋，這種方式是通過在水池的池壁上加上軸向力的作用，來起到對其本身由于間接受力而產(chǎn)生的水平軸向力的平衡。這種方式的優(yōu)勢在于可減小預(yù)應(yīng)力的損失，且受力方式和位置比較明確[3]。第二，水平方向沿曲線布筋。這種布筋方式使在水池的池壁上加上了軸向力以及 作用在其一側(cè)的側(cè)向分布力。主要是為了平衡溫度影響、收縮影響產(chǎn)生的水平軸向力。起到平衡水平彎矩的作用。且這種方式的實施成本不高，但相對來說較之前一種方法的預(yù)應(yīng)力損失較大。

4.2 原材料方面的改進(jìn)優(yōu)化

在原材料方面，由于本文討論的是混凝土結(jié)構(gòu)的水池，因此，其原材料優(yōu)化的方向可以從水泥品種的選擇和用量上進(jìn)行優(yōu)化。例如，可選擇低熱礦渣硅酸鹽水泥，其可以避免水泥水化過程中產(chǎn)生的大量熱能集中釋放造成的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。二從水泥的用量上分析，有研究結(jié)果表明，以每立方米為單位，當(dāng)混凝土中的水泥用量以10千克的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行增加，則其相應(yīng)的水化熱量可促進(jìn)混凝土產(chǎn)生1℃上下的溫度變化。這對避免混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫也具有非常重要的作用[4]。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體優(yōu)化

首先，注意水池的結(jié)構(gòu)選型。即在平面設(shè)計和立面設(shè)計時注意其結(jié)構(gòu)設(shè)計類型選擇。具體的操作方法是，可通過在底板和地基之間的間隙部位設(shè)置滑動結(jié)構(gòu)，以避免固定結(jié)構(gòu)對水池靈活性造成的限制。

其次，后澆帶的設(shè)置。后澆帶在功能上能夠更好的適應(yīng)溫度和混凝土自身的收縮及不均勻沉降的問題。因此，可通過設(shè)置后澆帶來優(yōu)化水池的整體結(jié)構(gòu)。一般情況下，后澆帶的使用時間不得低于1個月，并且間距設(shè)計要按照最大的澆筑長度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算得出，通常情況下要間距范圍在20m～30m。

5 結(jié)束語

通過分析，大型不設(shè)縫的預(yù)應(yīng)力混凝土水池與傳統(tǒng)水池相比在結(jié)構(gòu)上和功能上都體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，施工設(shè)計人員在具體應(yīng)用時要注意利用合理的優(yōu)化措施以解決好其應(yīng)用過程中出現(xiàn)的主要問題，保證這種類型的水池在污水處理和給水工程應(yīng)用中的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉宇，郝臣君.分析市政給排水工程超長不設(shè)縫水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工[J].城市建筑，2016（35）：245～245.

[2] 孫國志.超長不設(shè)縫水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工方法[J].市政技術(shù)，2017（1）：157～159.

[3] 趙巍.大型現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池設(shè)計的一點體會[J].林業(yè)科技情報，2016（1）：71～73.

[4] 方祥紅.矩形鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計要點探討[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2016（6）.