鋼筋混凝土水池設計

1、3.10 3.10 鋼筋混凝土水池設計鋼筋混凝土水池設計n水池的選型水池的選型水處理用池水處理用池貯水池貯水池圓形圓形矩形矩形用途用途平面平面形狀形狀n水池的結構水池的結構池池 壁壁頂頂 蓋蓋底底 板板1.水處理用池水處理用池，如沉淀池、濾池、曝氣池等；該類型水池的容量、形式和空間尺寸主要由工藝設計決定。2.貯水池貯水池，如清水池，高位水池，調(diào)節(jié)池；該類型水池的容量、標高和水深由工藝確定，而池型及尺寸則主要由結構的經(jīng)濟性和場地、施工條件等因素來確定。水池常用的平面形狀為圓形或矩形，其池體結構一般由池壁、頂蓋和底板三部分組成。按照工藝上需不需要封閉，又可分為有頂蓋（封閉水池）和無頂蓋（開敞水池

2、） 兩 類 。 給水工程中的貯水池多數(shù)有頂蓋（如圖），而其他池子則多不設頂蓋。預處理底板配筋預處理底板配筋周進周出二沉池底部周進周出二沉池底部二沉池布筋二沉池布筋清水池布筋清水池布筋水解池底布筋水解池底布筋河南開封輔仁制藥有限公司污水處理廠河南開封輔仁制藥有限公司污水處理廠改造工程二沉池（改造工程二沉池（5000 /m3d）集水坑施工圖集水坑施工圖12清水池施工圖清水池施工圖13圓形水池施工圖圓形水池施工圖1415161.1 貯水池容量、形狀、水深等技術經(jīng)濟指標 貯水池容量在貯水池容量在3000m3以內(nèi)時，相同容量的圓以內(nèi)時，相同容量的圓形水池比矩形水池具有更好的技術經(jīng)濟指標形水池比矩形水池具

3、有更好的技術經(jīng)濟指標。圓形水池在池內(nèi)水壓力或池外土壓力作用下，池圓形水池在池內(nèi)水壓力或池外土壓力作用下，池壁在環(huán)向處于軸心受拉或軸心受壓狀態(tài)，在豎向則壁在環(huán)向處于軸心受拉或軸心受壓狀態(tài)，在豎向則處于受彎狀態(tài)，受力均勻明確；而矩形水池的池壁處于受彎狀態(tài)，受力均勻明確；而矩形水池的池壁則為受彎為主的拉彎或壓彎構件，當容量在則為受彎為主的拉彎或壓彎構件，當容量在200m3以上時，池壁的以上時，池壁的長高比長高比將超過將超過2而主要靠豎向受彎而主要靠豎向受彎來傳遞側(cè)壓力，因此池壁厚度常比圓形水池的大。來傳遞側(cè)壓力，因此池壁厚度常比圓形水池的大。 17 貯水池的設計水深一般為貯水池的設計水深一般為3.5

4、5.0m，故容量的增大主，故容量的增大主要使水池平面尺寸增大要使水池平面尺寸增大。當水池容量超過。當水池容量超過3000m3時，圓形時，圓形水池的直徑將超過水池的直徑將超過30m，水壓力將使池壁產(chǎn)生過大的環(huán)拉，水壓力將使池壁產(chǎn)生過大的環(huán)拉力，此時除非對池壁施加環(huán)向預應力，否則將導致過厚的力，此時除非對池壁施加環(huán)向預應力，否則將導致過厚的池壁而不經(jīng)濟。對大容量的矩形水池來說，壁厚取決于水池壁而不經(jīng)濟。對大容量的矩形水池來說，壁厚取決于水深，當水深一定時，水池平面尺寸的擴大不會影響池壁厚深，當水深一定時，水池平面尺寸的擴大不會影響池壁厚度。度。故容量大于故容量大于3000m3的水池，矩形比圓形經(jīng)濟

5、。的水池，矩形比圓形經(jīng)濟。18 經(jīng)濟分析還表明，就每立方米容量的造價、水泥用量經(jīng)濟分析還表明，就每立方米容量的造價、水泥用量和鋼材等經(jīng)濟指標來說，當水池容量大約在和鋼材等經(jīng)濟指標來說，當水池容量大約在3000m3以內(nèi)時，以內(nèi)時，不論圓形或矩形池，上述各項經(jīng)濟指標都隨容量增大而降不論圓形或矩形池，上述各項經(jīng)濟指標都隨容量增大而降低，當容量超過約低，當容量超過約3000m3時，矩形池的各項經(jīng)濟指標基本時，矩形池的各項經(jīng)濟指標基本趨于穩(wěn)定。趨于穩(wěn)定。191.2 貯水池場地布置 矩形水池對場地地形的適應性較強，便于節(jié)約用地及減少場地開挖的土方量，在山區(qū)狹長地帶建造水池以及在城市大型給水工程中，矩形水池

6、的這一優(yōu)越性具有重要意義。 自上世紀80年代以來，隨著水池容量向大型發(fā)展，用地矛盾加劇，矩形水池更加受到重視。北京市水源九廠一期工程的調(diào)節(jié)水池，采用平面尺寸255.9m90.9m、池高5m的矩形水池，容量達10.7萬m3。如果與采用多個萬噸級預應力圓形水池達到相同容量的方案相比，其節(jié)約用地和造價的效果都是肯定的。20 水池池壁根據(jù)內(nèi)力大小及其分布情況，可以做成等厚的或變厚的1.3 水池池壁厚度 變厚池壁的厚度按直線變化，變化率以2%5%（每米高增厚20 50mm）為宜。 無頂蓋水池壁厚的變化率可以適當加大，現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土圓水池容量在1000m3以下，可采用等厚池壁；容量在1000m3及1

7、000m3以上，用變厚池壁較經(jīng)濟，裝配式預應力混凝土圓形水池的池壁通常采用等厚度。21 目前，國內(nèi)除預應力原水池有采用裝配式池壁者外，一般鋼筋混凝土水池都采用現(xiàn)澆整體式池壁。 矩形水池的池壁絕大多數(shù)采用現(xiàn)澆整體式，矩形水池的池壁絕大多數(shù)采用現(xiàn)澆整體式，有有少數(shù)工程采用裝配整體式池壁。有有少數(shù)工程采用裝配整體式池壁。 采用裝配整體式池壁可以節(jié)約模板，使池采用裝配整體式池壁可以節(jié)約模板，使池壁生產(chǎn)工廠化和加快施工進度。缺點是壁板壁生產(chǎn)工廠化和加快施工進度。缺點是壁板接縫處水平鋼筋焊接工作量大，二次混凝土接縫處水平鋼筋焊接工作量大，二次混凝土灌縫施工不便，連接部位施工質(zhì)量難以保證，灌縫施工不便，連接

8、部位施工質(zhì)量難以保證，因此，實際時應特別慎重。因此，實際時應特別慎重。 1.4 裝配式和現(xiàn)澆整體式水池池壁裝配式和現(xiàn)澆整體式水池池壁22 按照建造在地面上下位置的不同，水池可以分為地下按照建造在地面上下位置的不同，水池可以分為地下式、半地下式及地上式。式、半地下式及地上式。 1.5 地下式、半地下式及地上式水池地下式、半地下式及地上式水池 為了盡量縮小水池的溫度變化幅度，降低溫度變形的為了盡量縮小水池的溫度變化幅度，降低溫度變形的影響，水池應優(yōu)先采用地下式或半地下式。影響，水池應優(yōu)先采用地下式或半地下式。 對于有頂蓋的水池，頂蓋以上應覆土保溫。對于有頂蓋的水池，頂蓋以上應覆土保溫。 水池的底面

9、標高應盡可能高于地下水位，以避免地下水池的底面標高應盡可能高于地下水位，以避免地下水對水池的浮托作用，當必須建造在地下水位以下時，池水對水池的浮托作用，當必須建造在地下水位以下時，池頂覆土又是一種最簡便有效的抗浮措施。頂覆土又是一種最簡便有效的抗浮措施。 23 貯水池的頂蓋和底板大多采用平頂和平底。 工程實踐表明，對有覆土的水池頂蓋，整體式無梁頂蓋的造價和材料用量都比一般梁板體系為低。裝配式梁板結構的優(yōu)點是能夠節(jié)約模板和加快工程進度，但經(jīng)濟指標不如現(xiàn)澆整體式無梁樓蓋。 從20世紀80年代以來，由于工具化鋼模在混凝土工程中應用越來越普遍，使現(xiàn)澆混凝土結構得以揚長避短，在水池設計中優(yōu)先采用全現(xiàn)澆混

10、凝土結構已成為主流。 1.6 貯水池的頂蓋和底板貯水池的頂蓋和底板24 當水池底板位于地下水位以下或地基較弱時，貯水池的底板通常作成整體式反無梁底板。 當?shù)装逦挥诘叵滤灰陨?，且基土較堅實、持力層承載力特征值不低于100kn/m2時，底板和池壁支柱基礎則可以分開考慮。此時池壁、支柱基礎按獨立基礎設計，底板的厚度和配筋均由構造確定，這種底板稱為分離式（或鋪砌式）底板。 分離式底板可設置分離縫，也可以不設置，后者在外觀上與整體式反無梁底板無異，但計算時不考慮底板的作用，柱下基礎及池壁基礎均單獨計算。有分離縫時，分離縫處應有止水措施。25 。26 倒錐形和倒球殼組合池底的加速澄清池。倒錐形和倒球殼組

11、合池底的加速澄清池。27 圓形水池的頂蓋和底板也可以采用球形或錐形薄殼結構，圓形水池的頂蓋和底板也可以采用球形或錐形薄殼結構，這類結構的特點是可以跨越很大的空間而不必設置中間支柱，這類結構的特點是可以跨越很大的空間而不必設置中間支柱，由于殼體厚度可以做得很薄，在混凝土和鋼材用量上往往比由于殼體厚度可以做得很薄，在混凝土和鋼材用量上往往比平面結構經(jīng)濟。缺點是模板制作費費工費料，施工要求較高，平面結構經(jīng)濟。缺點是模板制作費費工費料，施工要求較高，而且水池凈高不必要地增大，當水池為地下式或半地下式時，而且水池凈高不必要地增大，當水池為地下式或半地下式時，土方開挖和池頂覆土的工作量也因此增大，為了克服

12、后一缺土方開挖和池頂覆土的工作量也因此增大，為了克服后一缺點，可以盡量壓低池壁的高度，甚至完全不用直線形池壁而點，可以盡量壓低池壁的高度，甚至完全不用直線形池壁而由池頂和池底直接相接組成蚌殼式水池。由池頂和池底直接相接組成蚌殼式水池。3.10.1 3.10.1 水池的荷載水池的荷載1、水池荷載分類及選用（1）池頂荷載 對于有頂蓋的封閉式水池，應計算作用于池頂對于有頂蓋的封閉式水池，應計算作用于池頂板上的豎向荷載，主要包括頂板自重、防水層重、板上的豎向荷載，主要包括頂板自重、防水層重、覆土重、雪荷載和活荷載。覆土重、雪荷載和活荷載。池頂、池底及池壁的各種荷載必須分別進行計算（2）池壁荷載 作用在

13、池壁上的荷載可分為作用在池壁上的荷載可分為池內(nèi)水壓力池內(nèi)水壓力、池外、池外土壓力和地下水壓力。土壓力和地下水壓力。是水池承受的主是水池承受的主要荷載之一，一要荷載之一，一般偏安全地按滿般偏安全地按滿池來計算水壓。池來計算水壓。（3）溫、濕度荷載 由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的水化熱、工藝要求由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的水化熱、工藝要求以及季節(jié)變化等，造成池壁產(chǎn)生膨脹和收縮。當變形以及季節(jié)變化等，造成池壁產(chǎn)生膨脹和收縮。當變形受到約束時，在池體中產(chǎn)生相應的受到約束時，在池體中產(chǎn)生相應的溫度或濕度應力溫度或濕度應力。溫度應力溫度應力和和濕度應力濕度應力是導致混凝土池壁產(chǎn)生是導致混凝土池壁產(chǎn)生裂縫裂縫的主

14、的主要原因。要原因。（4）池底荷載 池底板作用的荷載包括：池內(nèi)水的池底板作用的荷載包括：池內(nèi)水的自重自重荷載，水荷載，水池頂板和壁板的池頂板和壁板的重力荷載重力荷載，底板頂面以上（包括挑出，底板頂面以上（包括挑出部分）覆部分）覆土荷載土荷載及活荷載引起的及活荷載引起的基底反力基底反力。2、荷載組合水池設計中通?？紤]以下水池設計中通?？紤]以下3 3種荷載組合：種荷載組合：池內(nèi)水壓池內(nèi)水壓+ +自重自重( (對應工況為：池內(nèi)有水，池外無土對應工況為：池內(nèi)有水，池外無土) )池外土壓池外土壓+ +自重自重( (對應工況為：池內(nèi)無水，池外有土對應工況為：池內(nèi)無水，池外有土) )池內(nèi)水壓池內(nèi)水壓+ +自

15、重自重+ +溫、濕度荷載溫、濕度荷載3.10.2 3.10.2 水池設計的內(nèi)力計算水池設計的內(nèi)力計算 水池的內(nèi)力計算主要包括水池的內(nèi)力計算主要包括池壁內(nèi)力計算池壁內(nèi)力計算和和底板內(nèi)底板內(nèi)力計算力計算。不同邊界條件和地基反力模型的選取，對水。不同邊界條件和地基反力模型的選取，對水池的內(nèi)力計算結果有很大的影響池的內(nèi)力計算結果有很大的影響1 1、池壁的邊界條件假定和內(nèi)力計算、池壁的邊界條件假定和內(nèi)力計算池壁的邊界條件假定及應用：池壁的邊界條件假定及應用：開敞式水池池壁的邊界條件可假定為開敞式水池池壁的邊界條件可假定為三邊固接、頂邊自由三邊固接、頂邊自由的的板。板。有頂蓋的封閉式水池池壁，視其與頂板的

16、連接情況，池壁的有頂蓋的封閉式水池池壁，視其與頂板的連接情況，池壁的邊界條件可假定為邊界條件可假定為三邊固接、頂邊鉸接三邊固接、頂邊鉸接( (或彈性支承或彈性支承) )的板。的板。 當池壁與頂板整體連接，且池壁線剛度為頂板線剛度的當池壁與頂板整體連接，且池壁線剛度為頂板線剛度的5 5倍以上時，可假設池壁頂端為鉸接，否則為彈性支承。倍以上時，可假設池壁頂端為鉸接，否則為彈性支承。2 2、底板內(nèi)力計算、底板內(nèi)力計算（1 1）地基反力的分布規(guī)律及底板內(nèi)力計算的常用方地基反力的分布規(guī)律及底板內(nèi)力計算的常用方法，在地基反力作用下，池底可視為法，在地基反力作用下，池底可視為簡支簡支于池壁上，于池壁上，池壁

17、間距對池底反力分布有影響。池壁間距對池底反力分布有影響。（2 2）當池壁間距小至使兩鄰池壁剛性角重疊時，變當池壁間距小至使兩鄰池壁剛性角重疊時，變形與反力比較均勻，不計彎矩。當池壁間距增大，變形與反力比較均勻，不計彎矩。當池壁間距增大，變形與反力的不均勻分布愈加顯著，甚至可能出現(xiàn)跨中形與反力的不均勻分布愈加顯著，甚至可能出現(xiàn)跨中反向撓曲引起與地基脫開現(xiàn)象，反力向池壁下集中，反向撓曲引起與地基脫開現(xiàn)象，反力向池壁下集中，前者可以按地基反力為線性分布進行計算，而后者彎前者可以按地基反力為線性分布進行計算，而后者彎矩的變化已不可忽視。矩的變化已不可忽視。 實際工程中，常采用實際工程中，常采用靜力平衡

18、法靜力平衡法或考慮池底與地或考慮池底與地基相互作用的基相互作用的內(nèi)力分析方法內(nèi)力分析方法來計算水池底板內(nèi)力。當來計算水池底板內(nèi)力。當使用靜力平衡法計算時，假定地基反力按線性分布，使用靜力平衡法計算時，假定地基反力按線性分布，只要求滿足靜力平衡條件，乎略變形協(xié)調(diào)條件，所以只要求滿足靜力平衡條件，乎略變形協(xié)調(diào)條件，所以計算結果是相當近似的，此法適用于計算池型小、容計算結果是相當近似的，此法適用于計算池型小、容積小的小型水池，是一種適宜手工計算的簡便方法。積小的小型水池，是一種適宜手工計算的簡便方法。當使用考慮池底與地基相互作用的內(nèi)力分析方法時，當使用考慮池底與地基相互作用的內(nèi)力分析方法時，地基反力模型一般采用地基反力模型一般采用winklerwinkler彈性地基模型彈性地基模型。3.10.3 3.10.3 水池設計的構造要求水池設計的構造要求 水池實際是空間結構體系，其自身約束和外界條水池實際是空間結構體系，其自身約束和外界條件的約束都十分復雜，除了通過計算來滿足水池