對水廠建設中關于水池結(jié)構(gòu)設計的探討

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　摘要：水池結(jié)構(gòu)的設計有其特定的技術要求，如防腐抗?jié)B等。設計時，先要進行各種不同的荷載組合，其次要進行強度計算、抗裂度和裂縫寬度驗算等。只有這樣才能保證水池結(jié)構(gòu)設計的技術與經(jīng)濟合理性。筆者針對水池結(jié)構(gòu)的特點，從設計與施工兩方面，就水池結(jié)構(gòu)的關鍵技術措施及方法進行了介紹，探討保證水池結(jié)構(gòu)設計技術的經(jīng)濟合理及施工的安全有效進行的方法。?

　　關鍵詞：水池結(jié)構(gòu)；設計；施工

　　1、水池結(jié)構(gòu)的設計?

　　1.1結(jié)構(gòu)設計應符合的規(guī)定?

　　各種結(jié)構(gòu)類別、形式的水池均應進行強度驗算。根據(jù)荷載條件、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，決定是否驗算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼筋混凝土水池應進行抗裂度或裂縫寬度的驗算。在荷載作用下，構(gòu)件截面為軸心受拉或小偏心受拉的受力狀態(tài)時，應進行抗裂度驗算，在使用階段荷載作用下，構(gòu)件截面為受彎、大偏心受壓或大偏心受拉的受力狀態(tài)時，應進行裂縫寬度的驗算。預應力混凝土水池還應進行抗裂度驗算。?

　　1.2荷載及荷載組合?

　?。?）各種荷載。?

　　水壓。這里指池內(nèi)水壓，是水池的主要荷載之一?，F(xiàn)在習慣上將水池按滿水來計算水壓。這是因為：一方面很可能存在誤操作而造成滿池；另一方面今后工藝上有可能挖潛而超過原設計水位。?

　　土壓力。池外有填土的水池，土對池壁的側(cè)壓力通常用朗肯理論計算土的主動壓力。但土的側(cè)壓力變化因素很多，如回填土的密實度、粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角等。實踐證明，用朗肯理論計算主動土壓力偏于安全。?

　　地下水壓力。地下水壓對水池底板的托浮力是威脅水池底板安全的一種主要荷載，設計時應予以重視。為了抵消地下水對底板的影響，在用無梁板作為底板時，其最經(jīng)濟有效的辦法是以池底浮土來平衡，而采用增加結(jié)構(gòu)自重的方法是不經(jīng)濟的。當?shù)叵滤坏陀诔氐锥豢紤]地下水壓時，需采取措施排除地表滯水。?

　　溫、濕度荷載。由于環(huán)境的影響，造成結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度或濕度的變化，從而引起結(jié)構(gòu)物體積變化，當這種體積變化受到約束時，就會產(chǎn)生應力。通常將溫度差及濕度差稱之為溫、濕度荷載。?

　?。?）荷載組合。?

　?、偎畨?自重。這是水池結(jié)構(gòu)設計的基本組合。?

　?、谒畨?自重+冬季溫差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當壁面冬季溫差的絕對值大于夏季壁面濕差（化為等效溫差）的絕對值時，這種情況是最不利的組合。?

　?、鬯畨?自重+濕差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當夏季壁面濕差（化為等效溫差）的絕對值大于冬季壁面溫差的絕對值時，這種情況是最不利的組合。?

　　④土壓+自重。這是指池外有覆土的水池，當有地下水時還應包括地下水壓，這種組合是水池荷載的基本組合之一，當水池建成后運營前以及水池放空期間均屬此種荷載組合情況。根據(jù)上述幾種情況，可歸納為如下兩類：a.無覆土的水池，池壁的荷載應取上述四種組合的最不利情況求得內(nèi)力。b.有覆土的水池，可不考慮2）和3）兩種組合。?

　　1.3截面設計的關鍵性問題?

　?。?）強度設計的安全系數(shù)。?

　?、偎仨斏w強度設計的附加安全系數(shù)。頂蓋所承受的荷載是自重、覆土重、活載等，其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重隨密度和含水量而變，其變異性較大，因此，附加安全系數(shù)取1.0是合適的。?

　　②池壁強度設計的附加安全系數(shù)。池壁主要承受土壓和水壓，水深一般取滿池計算，水的容重差別極小。土壓強度一般用朗肯主動土壓力理論，是略偏大的。從而說明池壁荷載的取值一般是高限，且變異性很小，因此，附加安全系數(shù)取0.9，即能滿足結(jié)構(gòu)設計要求。?

　?、鄣装鍙姸仍O計的附加系數(shù)。池底實際上是與地基共同工作的，一般情況下計算水壓及均布荷載均偏大。底板強度設計的附加安全系數(shù)取0.9，即能滿足結(jié)構(gòu)設計要求。?

　　（2）關于裂縫問題的探討。根據(jù)對已建成水池所作的調(diào)查。?

　　水池裂縫一般為豎向裂縫。這些裂縫有兩種：一是貫穿性裂縫，由混凝土收縮引起的；二是出現(xiàn)于池壁外側(cè)的表面裂縫，其逐步擴伸至全截面。另外在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，所有的外挑現(xiàn)澆走道板都產(chǎn)生嚴重裂縫，并隨之擴展到池壁，因此，有必要考慮到預制裝配式走道板，或作現(xiàn)澆走道板，每隔3m～4m設伸縮縫一道。

　?。?）構(gòu)造配筋。水池池壁的構(gòu)造配筋，宜按矩形和圓形水池加以區(qū)分。對于地面式矩形水池池壁，因?qū)癫詈蜏夭畹挠绊懮鯙槊舾校瑸楸苊猱a(chǎn)生貫穿裂縫，池壁水平向的最小構(gòu)造配筋率每側(cè)不小于0.15%為宜。對于無頂蓋的水池往往在池壁頂部先開裂，宜在頂部每側(cè)放置不小于2根Φ16的水平向鋼筋。對于圓形水池池壁的環(huán)向最小構(gòu)造配筋率，其外側(cè)的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0.35%，內(nèi)側(cè)不宜小于0.15%，對于外池有覆土的水池池壁，其內(nèi)、外側(cè)宜對稱配置，但全截面總配筋率不宜小于0.3%.水池底板最小構(gòu)造配筋率，對于無頂蓋的敞口水池，其底板上層鋼筋的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0.15%，其下層配筋率及有頂蓋的水池底板配筋率不小于0.1%.?

　　（4）經(jīng)濟配筋率。對于矩形水池，當上端自由，下端固定的豎向截面池壁時，其最大配筋率在0.8%左右尚屬經(jīng)濟。其他矩形水池的池壁，某一界面的最大配筋率可達到1.0%左右亦屬經(jīng)濟范圍。?

　　2、水池結(jié)構(gòu)的施工

　　2.1水池底板施工要點?

　?。?）混凝土墊層（基礎）澆筑前，應檢查地基土質(zhì)是否與設計資料相符合，如有不同，則應該針對不同情況加以處理，然后再澆筑混凝土墊層。

　?。?）混凝土墊層在澆筑完畢后的1d～2d（視施工時的溫度而定），在墊層面測定底板中心，然后根據(jù)設計尺寸進行放線，定出柱基及底板的邊線，畫出鋼筋分布線，依線鋪放綁扎鋼筋，接著安裝柱基和底板外模板。

　?。?）鋼筋綁扎時，應詳細檢查鋼筋直徑、間距、位置、搭接長度、上下層鋼筋的間距、保護層及預埋件的位置和數(shù)量，均應符合設計要求。上下層的鋼筋要用鐵撐（馬凳）加以固定，防止在澆筑混凝土時發(fā)生變位。

　?。?）柱基模板是懸空架設，下面用臨時小方木撐在墊層上，邊澆混凝土邊取出小方木。

　?。?）底板應一次連續(xù)澆筑完，不留施工縫。施工間歇時間不得超過混凝土的初凝時間。平板厚度在20cm以內(nèi)可用平板振動器，厚度較厚時，則采用插入式振動器。

　?。?）池壁為現(xiàn)澆混凝土時，底板與池壁連接處的施工縫可留在基礎上口20cm處，如設計要求有止水鋼板，在澆搗混凝土前，應將止水鋼板安放固定。

　?。?）混凝土澆筑完畢后，其強度尚未達到1.2MPa時，禁止振動，不得在底板上搭設腳手架，安放模板或搬運工具，并注意對混凝土的養(yǎng)護。

　　（8）遇特殊情況需留施工縫時，應做成垂直的結(jié)合面，并注意結(jié)合面附近混凝土的密實。?

　　2.2混凝土澆筑?

　　水池混凝土一般可采用分節(jié)澆筑和連續(xù)澆筑。池壁分節(jié)澆筑的順序：基礎底板→池壁→環(huán)梁→頂蓋。池壁連續(xù)澆筑的順序：基礎底板→池壁→環(huán)梁及頂蓋。