矩形水池設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)看法

李鵬銳 周昌富

（銅陵有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 銅陵 244000）

工業(yè)廠區(qū)內(nèi)常見到水池或類似水池構(gòu)筑物設(shè)計(jì)，本文就矩形水池基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)與探討。矩形水池的設(shè)計(jì)包括抗浮設(shè)計(jì)、承載力設(shè)計(jì)、正常使用階段驗(yàn)算與構(gòu)造措施。地坑、儲料坑、擋土墻等相同結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也同矩形水池設(shè)計(jì)。

水池設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算有如下幾種情況：1）承載力極限狀態(tài)：即應(yīng)根據(jù)作用效應(yīng)的基本組合設(shè)計(jì)值對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。2）正常使用狀態(tài)：對軸心受拉或小偏心受拉構(gòu)件，應(yīng)按不出現(xiàn)裂縫控制，采用短期效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合驗(yàn)算；對受彎或大偏心受壓、受拉構(gòu)件，應(yīng)按限制裂縫寬度控制，并應(yīng)采用長期效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合驗(yàn)算水池構(gòu)件的裂縫。3）水池的穩(wěn)定計(jì)算：穩(wěn)定計(jì)算通常為抗浮計(jì)算，應(yīng)采用最高水位的標(biāo)準(zhǔn)值驗(yàn)算。

1 承載力設(shè)計(jì)

水池承載力設(shè)計(jì)包括池壁、底板與頂板設(shè)計(jì)，其中頂板設(shè)計(jì)同屋面結(jié)構(gòu)，本文主要討論池壁與池底板承載力設(shè)計(jì)。

池壁與底板整體澆筑時(shí)，應(yīng)根據(jù)兩者的線剛度比確定池壁底端的邊界條件。底板對池壁要滿足嵌固要求時(shí)，通常底板厚度應(yīng)選為池壁厚度的1.2～1.5倍，并應(yīng)將底板外挑。但對大面積底板來說，宜采用變截面底板以節(jié)約材料。當(dāng)?shù)装鍖Ρ诎宓倪B接達(dá)不到嵌固要求時(shí)，按底板固定計(jì)算對頂端自由壁板是偏安全的，對頂端為不動(dòng)鉸接的壁板應(yīng)適當(dāng)加大壁板中部的彎矩及配筋。

池壁荷載包括池內(nèi)外側(cè)壓力、地面活荷載、浮力以及溫度變化產(chǎn)生的附加力。地下式水池承載力設(shè)計(jì)一般根據(jù)下列三種荷載組合計(jì)算內(nèi)力：1）池內(nèi)滿水，池外無土；2）池內(nèi)無水，池外有土；3）池內(nèi)水滿，池外有水。

池壁根據(jù)結(jié)構(gòu)的主要尺寸可分為淺池、深池和雙向板式水池。敞口池當(dāng)池長與池高之比大于3時(shí)即為淺池，非敞口池當(dāng)池長與池高之比大于2時(shí)為淺池；敞口池當(dāng)池長與池高之比介于于0.5與3之間時(shí)即為雙向板式水池，非敞口池當(dāng)池長與池高之比介于于0.5與2之間時(shí)為雙向板式水池；其余即為深池。

水池底板一般是直接與土體接觸的構(gòu)件，它所承受的荷載除了壁板、隔墻、柱及頂板傳來的荷載外，還有土的反力。由于土反力及分布受上部結(jié)構(gòu)荷載、土的性質(zhì)及上部結(jié)構(gòu)剛度影響，難以確定，使得水池的底板計(jì)算過于復(fù)雜，一般取簡化條件計(jì)算。池底板可以根據(jù)池底大小分兩種情況，一為池底面不太大時(shí)底板同一厚度，一為池底面比較大時(shí)池底板分為兩種厚度--池壁支座加厚部分與防水底板部分。

2 正常使用階段驗(yàn)算

正常使用階段驗(yàn)算為裂縫驗(yàn)算，水池最大裂縫要求根據(jù)使用要求：不大于0.3mm或0.2mm。一些池壁配筋值通常由裂縫控制。

裂縫的控制：在水池類構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，做好裂縫的控制對設(shè)計(jì)來講尤為重要。設(shè)計(jì)人員要從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面來加強(qiáng)控制。設(shè)計(jì)方面，增加配筋率或減小鋼筋直徑能增加混凝土的極限拉伸，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中處或大體積混凝土中沿截面均勻配置細(xì)密的構(gòu)造鋼筋或鋼筋網(wǎng)片，均可提高構(gòu)件的抗裂能力。施工方面，不要過分強(qiáng)調(diào)加快施工進(jìn)度，不要過分追求水泥的早高強(qiáng)，尤其不要不分場合地使用早強(qiáng)型水泥。在混凝土中考慮摻加緩凝劑和減水劑，降低水灰比，減少水泥用量?；炷琳駥?shí)成型后，要盡早表面覆蓋，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，延長澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3 抗浮設(shè)計(jì)

抗浮設(shè)計(jì)是指抗浮安全系數(shù)不小于1.05，也即水池自重加底板覆土重量與地下水浮力之比不小于1.05。當(dāng)水池體量較大且地下水位較高的情況下，抗浮較難以滿足，因?yàn)橥w量較小水池相比時(shí)，每平方底板重量與受浮力大小相同，但每平方池壁重量較小，所以難以滿足。此時(shí)最有效的方法是調(diào)整底板挑出長度以增加底板上覆土重量或是將底板上鋪設(shè)毛石來增加抗浮重量。另外雨季施工有蓋水池時(shí)應(yīng)著重注意池四周排水以防水池上浮。

抗浮設(shè)計(jì)與地下水位標(biāo)高密切相關(guān)，由于地下水位未掌握好而引起抗浮不夠及結(jié)構(gòu)選型錯(cuò)誤等工程事故時(shí)有發(fā)生。地下水位應(yīng)根據(jù)勘察部門和水文部門提供的數(shù)據(jù)采用，考慮可能出現(xiàn)的最高地下水位，不考慮罕遇洪水的偶然作用。設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)了解當(dāng)?shù)氐乃那闆r，考慮當(dāng)?shù)赜袩o暴雨、臺風(fēng)的影響，是否會(huì)出現(xiàn)由于地表水不能及時(shí)排除而引起地下水位提高。

4 常用設(shè)計(jì)注意點(diǎn)及構(gòu)造措施

地上式混凝土水池溫度區(qū)段為20m，地下式溫度區(qū)段為30m。而留置伸縮縫容易給正常使用遺留問題，故池體量超過溫度區(qū)段時(shí)可以用施工后澆帶處理。當(dāng)為地上式水池時(shí)，不能忽視溫濕度的作用。

根據(jù)水池所處環(huán)境及其具體使用要求選擇適當(dāng)?shù)某伢w材料：包括混凝土強(qiáng)度等級、抗?jié)B等級等，是否需摻其它如抗腐蝕或抗裂材料，鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度也不容忽視，混凝土材料等級不低于C30，一般情況下抗?jié)B等級為S6。

水池施工時(shí)盡量不留豎向施工縫，水平施工縫建議留在離底板頂面以上500mm處，同時(shí)注意做好縫間防水，并且要求二次澆筑時(shí)表面要鑿毛，以保證混凝土間的粘接性。

當(dāng)設(shè)計(jì)較長水池并在結(jié)構(gòu)上處理比較困難時(shí)，設(shè)計(jì)可采用后澆帶或UEA加強(qiáng)帶等施工方法來減少混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差及不利溫差。在正常的施工條件下，后澆帶的間距宜為20～30m。

設(shè)計(jì)注意水池池壁轉(zhuǎn)角處、池壁與頂板、池壁與底板處的構(gòu)造措施，應(yīng)加強(qiáng)配筋；根據(jù)池壁豎向裂縫往往由壁頂開始逐漸向下延伸的現(xiàn)象，最好在壁頂集中配置的水平鋼筋予以加強(qiáng)，且直徑不應(yīng)小于池壁的受力鋼筋；最好在水池池壁轉(zhuǎn)角處另加四根直徑不小于池壁豎向受力鋼筋直徑的豎向鋼筋，可以起到構(gòu)造柱作用，用于加強(qiáng)水池的整體剛度，增加抗震性能。