水池構(gòu)筑物的構(gòu)造要求與設(shè)計(jì)

水池構(gòu)筑物的構(gòu)造要求與設(shè)計(jì)摘要：介紹了選擇水池需要考慮的因素，從水池尺寸的確定、計(jì)算簡(jiǎn)圖的確定、荷載組合、內(nèi)力計(jì)算等方面分析了水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以提高水池設(shè)計(jì)的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性，并滿足水池質(zhì)量的要求。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、池壁、頂板、底板前言：水池是給水排水和水處理結(jié)構(gòu)工程中最重要的土建工程，占土建工程造價(jià)的70%以上，水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)水池的造價(jià)有重要的影響，如何從概念入手，掌握水池選型和結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)性是水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因此必須對(duì)不同形式水池的適用條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有明確的概念，用以指導(dǎo)工程實(shí)踐。本文主要從水池的構(gòu)造要求與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)入手，介紹水池的設(shè)計(jì)方法。一、水池壁厚的選取水池的壁厚一般取250~400mm，水池壁厚的選取，跟嵌固條件有關(guān)系，假如有頂板，一般可認(rèn)為是池壁的不動(dòng)鉸支，池壁厚度取為H/（15~20）左右，如果沒有頂板且是單向板的話，就要取到H/10左右，因?yàn)楹笳邚澗匾蟮亩?太厚對(duì)溫度應(yīng)力不利。太薄不利于施工。底板厚度一般取側(cè)壁厚的1.2~1.5倍。才能做為側(cè)壁的嵌固端。保護(hù)層要求：按池壁35mm，底板40m（有砼墊層）計(jì)算就可（消防或生活用水），污水或是腐蝕水保護(hù)層加大5mm左右，且用相應(yīng)防護(hù)措施。二、水池工況組合、計(jì)算簡(jiǎn)圖與荷載選取需要計(jì)算二種工況：①池內(nèi)有水，池外無土（閉水試驗(yàn)）；②池內(nèi)無水，池外有土（空池檢修）。池壁的計(jì)算簡(jiǎn)圖：①嵌固頂端自由（或簡(jiǎn)支）的三邊（或四邊）支撐雙向板計(jì)算；②按懸臂板計(jì)算；但是要注意頂端的支撐條件：當(dāng)和蓋板現(xiàn)澆的時(shí)候?yàn)殂q接計(jì)算，為預(yù)制頂蓋時(shí)為自由邊考慮。荷載取值：①頂部活載；②側(cè)壁土、水位高度按實(shí)際輸入；側(cè)壁的土壓力，活載不小于10kN/m2；當(dāng)過重車時(shí)，要取相應(yīng)的值（如消防車荷載）；③池內(nèi)水位標(biāo)高。三、水池的抗浮設(shè)計(jì)水池抗浮問題：水池的抗浮很重要！很容易出問題。整體抗浮和局部抗浮都要驗(yàn)算！里面有支撐柱的大型水池更要注意局部抗浮，不要存僥幸心理。計(jì)算不足時(shí)：①增加水池自重抗浮：增大壁厚、底板厚（底板厚度不能超過側(cè)壁厚度的2倍）。②壓重抗浮：頂板加覆土；底板增加挑耳（只對(duì)整體抗浮起作用，局部抗浮不起作用）。③加抗拔樁、加抗浮錨桿。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［1］。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)高將無法被設(shè)計(jì)取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計(jì)算的失誤。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)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)排除而引起地下水位提高。土建設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合對(duì)地下水位和地質(zhì)情況的了解，與水工藝設(shè)計(jì)人員一起決定水池的基底標(biāo)高，綜合工藝流程要求、土建造價(jià)、運(yùn)營(yíng)成本、投產(chǎn)年限等諸多因素，制定出方案。例如當(dāng)?shù)叵滤惠^高或地質(zhì)剖面有流沙層時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮是否可適當(dāng)抬高基底標(biāo)高，減少浮力對(duì)結(jié)構(gòu)影響及避開流沙層。四、伸縮縫和后澆帶的設(shè)置伸縮縫的設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，矩形構(gòu)筑物最大伸縮縫間距一般為20?30m。近年來，一方面工藝所要求的水池長(zhǎng)度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范間距；另一方面隨著建筑材料、施工方法的改進(jìn)，又為超長(zhǎng)水池不設(shè)縫、少設(shè)縫提供了可能。設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)地基、氣溫等工程情況，考慮是否設(shè)縫及相應(yīng)的施工方法，認(rèn)真進(jìn)行計(jì)算并采取適當(dāng)設(shè)計(jì)措施。一般水池設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、裂縫開展寬度、抗浮等計(jì)算，一般均能按規(guī)范要求考慮得較好，但是由于溫度、變形以及不均勻沉降所引起的開裂，在工程中卻常常遇到。大多數(shù)出現(xiàn)裂縫的工程實(shí)例表明，設(shè)計(jì)對(duì)溫度、混凝土收縮變形等影響因素的考慮欠缺是問題的主要原因。筆者認(rèn)為以下兩點(diǎn)需重視：水池類構(gòu)筑物并非必須保證不開裂，對(duì)設(shè)計(jì)人員來講重要的是做好裂縫的控制。一方面設(shè)計(jì)人員要事先對(duì)可能的不利因素及其影響予以預(yù)防，另一方面在施工過程中萬一發(fā)生較大裂縫要有相應(yīng)的處理方法及技術(shù)措施，確保工程交付驗(yàn)收及投產(chǎn)后的安全生產(chǎn)及運(yùn)行需要。一般說來，影響裂縫的主要因素是溫差及混凝土的收縮，溫度越高越易開裂，裂縫的數(shù)量及寬度也越大；混凝土收縮越大，裂縫的數(shù)量及寬度也越大。因此，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，可提高構(gòu)件的抗裂能力。施工方面，不要過分強(qiáng)調(diào)加快工程進(jìn)度，不要過分追求水泥的早高強(qiáng)，尤其不要不分場(chǎng)合地使用早強(qiáng)型（R型）水泥。在混凝土中考慮摻加緩凝劑和減水劑，降低水灰比，適當(dāng)增加粉煤灰的用量，減少水泥用量。混凝土振實(shí)成型后，要盡早表面覆蓋，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間，特別是夏季和大風(fēng)天氣。加強(qiáng)對(duì)允許伸縮縫間距的計(jì)算。從設(shè)計(jì)方案來講，設(shè)計(jì)盡可能采用無縫設(shè)計(jì)以滿足施工的連續(xù)性及減少施工難度。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要詳細(xì)收集相關(guān)資料，針對(duì)地基軟硬及溫差大小，選擇伸縮縫的間距。一般水池設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮施工階段的最不利溫差和混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差，保證由于綜合溫差對(duì)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力與混凝上相應(yīng)齡期的極限抗拉強(qiáng)度之比值符合安全要求，并按此條件復(fù)核設(shè)計(jì)假定的伸縮縫間距是否滿足。最不利溫差一般可采用混凝土澆筑時(shí)氣溫與混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度之差。當(dāng)構(gòu)筑物及時(shí)回填土?xí)r，由于地下溫度一般常年變化不大，混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度可近似取當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟?；但如果工程施工周期較長(zhǎng)，可能要越冬后回填情況，混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度應(yīng)取當(dāng)?shù)卦缕骄畹蜏囟龋?］。對(duì)設(shè)計(jì)考慮設(shè)置伸縮縫情況，建議伸縮縫從基礎(chǔ)墊層就斷開，這樣計(jì)算底板伸縮縫間距時(shí)，基底土對(duì)混凝土底板的約束系數(shù)Cx值才切合實(shí)際。后澆帶的設(shè)置當(dāng)設(shè)計(jì)較長(zhǎng)矩形水池時(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。后澆帶的設(shè)置可避免部分不利的施工前階段溫差及混凝土前期收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差，從而增大了構(gòu)筑物伸縮縫的允許間距。后澆帶的間距首先應(yīng)考慮要能有效地削減溫度收縮應(yīng)力，其次考慮與施工縫結(jié)合。在正常的施工條件下，后澆帶的間距宜為20?30m。后澆帶的保留時(shí)間當(dāng)然越長(zhǎng)越好，但必須在施工期間不要影響后續(xù)工序，一般不應(yīng)少于40天，最宜60天（考慮施工可能）。在此期間，混凝土水化熱引起的早期溫差影響基本消失以及混凝土有不少于30%的收縮已完成。五、結(jié)束語隨著我國(guó)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