给排水工程结构设计规范范文

导语：如何才能写好一篇给排水工程结构设计规范，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

中图分类号：U417.3 文献标识码：A

关键词：设计文件、伸缩缝、抗震、防腐措施

排水工程中的结构属于特种结构，荷载作用主要由水土压力和温度、湿度影响，在设计上设计要求及荷载计算工况不同于民用建筑。

随着一系列排水工程结构设计的不断完善，本文结合工程实际，总结了在排水结构设计中需要注意的一些问题。

一、设计文件

1.设计文件必须注明设计使用年限、结构安全等级、地基基础设计等级、地震基本烈度、抗震设防烈度、场地类别、工程所处环境类别等。

“设计使用年限”是指从工程竣工验收合格之日起，工程的地基基础、主体结构能够保证在正常情况下安全使用的年限。在设计使用年限期间内因设计原因而产生的质量问题由设计人员负相应的责任。

另外设计者还应将结构安全等级、地基基础设计等级、地震基本烈度、抗震设防烈度、场地类别、工程所处环境类别等有关要求在设计文件中标明，做为设计依据的标准和工程条件。

2.设计文件中必须注明混凝土的耐久性要求。

在不同的环境下，对混凝土的耐久性要求不同，如果未按工程环境类别给出耐久性要求会造成混凝土的破坏。例如在干湿交替环境下，如果碱掺入混凝土，则含活性骨料的混凝土会加速电化学腐蚀，生成膨胀，不可避免的会破坏混凝土。在《混凝土结构设计规范》、《工业建筑防腐蚀设计规范》中明确给出了对混凝土最大水胶比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大碱含量做出了详细规定。

二、伸缩缝的设置于混凝土外加剂的应用

给排水构筑物因其体型较大，经常会在混凝土浇筑过程中，由于水灰比过大，水泥用量过多，养护不当，或浇筑混凝土时产生大量水化热，使混凝土硬化过程中产生伸缩裂缝，因此，《给排水工程构筑物结构设计规范》第6.2.1条规定的伸缩缝最大间距，其补充了当有经验时，混凝土中施加可靠的外加剂或浇筑混凝土时设置后浇带，减少其收缩变形。此时构筑物的伸缩缝间距可根据经验确定，不受表列数值限制。

应该明确，规范首先强调的是当构筑物长度宽度超出伸缩缝最大间距时，应首先考虑设置伸缩缝，只是在结构处理上比较困难时，才考虑掺入外加剂或设置后浇带的方法扩大伸缩缝的间距。所以设计时赢充分考虑给水排水构筑物所处的工程环境条件，对不同构筑物区分对待。但对于超大型构筑物，设置伸缩缝是减少水池开裂的主要措施之一，对于敞口水池永久暴露于大气中，宜考虑设置永久伸缩缝。

在设计中，若增加伸缩缝间距，施工图中不但要注明混凝土掺入膨胀剂，强度等级，抗渗等级，还要在图纸中注明水中养护14d的混凝土限制膨胀率（底板0.02～0.03%、侧墙0.03～0.035%、后浇带0.035～0.045%），用以补偿混凝土的收缩，替代设置伸缩缝，同时还宜从构造上适当加强水平钢筋，提高钢筋混凝土的极限拉伸强度。

三、抗震设防烈度及抗震构造措施

抗震设防烈度采用现行的中国地震动参数区划图的地震基本烈度或按经批准的抗震设防区划确认的抗震设防烈度进行抗震设计。

在给排水构筑物设计中，应按本地区抗震设防烈度提高一度采取抗震措施计。《室外给排水和燃气热力工程抗震设计规范》第1.0.7条规定下列构筑物宜提高一度采取抗震措施：1、给排水工程中的取水构筑物和输水管道，水质净化处理厂内的主要水处理构筑物和变电站、配水井、送水泵房、氯库等。2.排水工程中的道路立交处的雨水泵站，污水处理厂内的主要水处理构筑物和变电站、进水泵房、沼气发电站等。因此，在以上构筑物进行抗震设计时，应根据规模和具体情况宜按工程所在地区的抗震设防烈度提高一度采取抗震措施。

设防烈度为8、9度时，采用钢筋混凝土的矩形水池，在池壁拐角处，里外层水平向钢筋的配筋率均不宜小于0.3%，伸入两侧池壁内的长度不得小于1/2池壁高度。

四、腐蚀性等级及预防措施

给排水构筑物因多为地下混凝土结构，所处环境多为地下水位干湿交替或者长期浸泡环境下，为保证受腐蚀性介质作用的构筑物在设计使用年限内正常使用，设计中必须明确腐蚀性等级。在《工业建筑防腐蚀设计规范》中，微腐蚀可不做防护；弱腐蚀：垫层为C20，基础可以不做防护；中等腐蚀：垫层采用耐腐蚀材料，基础表面需涂聚合物水泥砂浆，厚度≥5mm。强腐蚀：垫层采用耐腐蚀材料，基础表面涂环氧沥青或聚氨酯沥青涂层，厚度≥500μm。

五、结束语

本文是作者近几年在结构施工图设计中总结出来的一些常见问题的汇总，根据给排水结构设计规范和设计中总结的经验，提出了一些意见和建议，供同行参考，使给排水结构设计更加完善，提高设计质量。

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关键词: 泵房；抗浮设计；配重井

Abstract: Anti-floating design is one of the most important factors influencing the pumping house structure. This article introduces the methods and thinking for anti-floating design of the pumping house according to the practical example.

Key words:pumping house; anti-floating design; counter weight well

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 前言

泵房作为取水构筑物或送水构筑物，由于工艺处理水或净化水的需要，一般处于河边或江边，地下水位较高。因此当泵房平面尺寸较大，埋置深度较深时，抗浮问题往往成为泵房结构设计中的重要制约因素之一。目前我们常用的抗浮方式主要有自重抗浮、配重抗浮、嵌固抗浮及锚固抗浮等[1]。其中后两种方式主要用于泵房底板坐于基岩的情况下。本文以广州某城区第三水厂送水泵房的结构设计为例初步探讨抗浮设计方法的选择和使用。

2 工程概况

该送水泵房送水规模为10万m3/d，加压扬程为50m。送水泵房与吸水井、阀门井连为一体，平面尺寸为26.5m*20.5m。泵房高8.8米，埋深为6米，吸水井埋深7.5米，阀门井为5.3米，泵房的平面尺寸及剖面如图1所示。地质情况由上而下为素填土、粉细砂、中粗砂、粉质粘土、细中砂和全风化花岗岩。泵房及吸水井底板坐落于中粗砂层，由于该层地基承载力为160kPa，结构设计将该层作为持力层。采用天然地基，底板采用梁板式结构。经计算，上部结构自重为19362.8kN。根据抗浮设计水位同地面标高，泵房及吸水井的总浮力为37009.5kN。显然，该泵房结构自重抗浮不满足要求，需要进行抗浮设计。

图1 泵房平面图和I-I剖面图

3 抗浮设计方案对比与选择

3.1方案一 —— 配重抗浮

当不影响底部空间时，可在底板增加较厚的素混凝土作为配重。按照《给排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）[2]规定的抗浮系数1.05，若采用配重抗浮，需要17646.7kN的配重。因此若在地板上增加素混凝土配重，则会使得泵房底板结构埋深更深，产生更大的浮力，需要更多的配重。当地下水位较高时，这种方案的抗浮效果较差。

3.2方案二 —— 悬挑底板上覆土+配重井

底板悬挑抗浮一般是指在泵房外底板挑出部分上的填土或砌体作为配重。在考虑该种土压力的抗浮作用时，只考虑了悬挑板以上部分的土重。而土的内摩擦角范围内的土压力和土颗粒间的剪切力虽对抗浮起到有利作用，但在计算时将该部分作用力作为安全储备而不考虑在抗浮力之内。该工程当底板悬挑1.5米时，所得的配重为17545.7kN，此时抗浮安全系数 =0.9971.05，满足抗浮要求。另外，配重井的设置，同时也增强了底板和侧壁的稳定性并减小了其配筋。如壁板扶壁柱的计算模式由原来承担梯形荷载转变为与配重井壁共同承担外水压力、土压力以及地面汽车荷载，如图2所示。考虑其共同受力的模式采用有限元计算的扶壁柱和侧壁配筋较原来减少1/4。因此，悬挑底板加配重井的方案可以有效解决只悬挑底板无法满足抗浮要求的问题。这种方法施工方便，无需增加结构底板埋深而导致增加基坑开挖深度和增大基坑平面尺寸。

图2 扶壁柱计算模式的变化 图3 抗浮锚杆大样

3.3方案三——抗浮锚杆

抗浮锚杆是一种竖向受力构件, 是通过钢筋与注浆体之间, 注浆体与周边土体之间的摩阻力来提供抗拔力的。设计中确定抗浮锚杆截面积采用的抗力分项系数 为1.6，而确定抗浮锚杆锚固长度采用的抗力分项系数 为2.2，主要考虑岩体锚固力随岩体不同的分布情况变化，离散性大，因而取较大抗力系数，而钢筋强度则离散性较小，因而抗力系数取小值。抗浮锚杆截面积和长度分别由式 、 或 [3]确定。式中：Kt、K为抗力系数； 为抗浮锚杆轴向拉力设计值； 为钢筋强度标准值； 、 为抗浮锚杆锚固段长度和钻孔直径， 、 为锚固段注浆体与地层间、注浆体与筋体间的粘结强度标准值，抗浮锚杆大样如图3所示。

3.4方案四——设置抗拔桩

在底板下施打钻孔灌注桩，利用桩与地基土之间的摩擦力提供抗浮力。这种桩同时兼有两种作用：一是作为结构的支承桩，即在水位较深时，作用在桩上的荷载是向下的，需按照群桩基础考虑，使其承受上部荷载；二是在丰水期，即地下水位较高时，浮力成为构筑物的主要外力，此时灌注桩受到向上的外力，需要起到抗浮的作用。灌注桩抗拔计算采用公式[4] 和 ，式中各符号物理意义详见文献[4]。因此灌注桩的桩径、桩长、间距按以上两种工况根据现场水文地质情况进行设计。灌注桩的造价高，但因其同时兼有承载和抗拔两种作用，可提供的抗拔力较大，一般适用于地质条件差的超深泵房或水下泵房。

3.5方案比较

我们对以上四种方案进行了比较，如表1所示。通过计算可知本工程所需的抗拔力不大，地基土持力层为中砂层，地基承载力特征值达到160kPa，能满足承载力要求，同时，悬挑底板上覆土重以及结构自重已使抗浮安全系数接近于1，还需再增加的抗拔力较小，因此不再适合采用灌注桩或抗浮锚杆来达到抗拔的目的。另外，继续增大悬挑底板宽度或增大底板埋深对基坑开挖不利且影响临近原有配电房，因此本工程采用适当悬挑底板加配重井的抗浮方法既达到了抗浮的目的，同时也增强了壁板和底板的约束，减小了其原有配筋。

表1 抗浮方案对比

方案 适用范围 优点 缺点

自重与配重抗浮 构筑物平面尺寸不大，埋深不大，地下水位较低 设计计算简单，施工方便 增加结构底板埋深，增大基坑开挖深度，从而增加浮力，抗浮效果不明显

悬挑底板+配重井 构筑物平面尺寸较大，埋深较大，地基土质良好 施工方便，配重井同时具有抗浮与增加底板和壁板稳定性并减小其配筋 减小了泵房内部可用空间

抗浮锚杆 构筑物平面尺寸大，埋深大，地下水位浅，地基土质良好 可提供较大的抗浮力 施工较复杂，锚杆的抗拔力受地质条件的影响较大

抗浮桩 构筑物平面尺寸大，埋深大或整于水下，地基条件差或有液化土层 结构安全可靠，桩间距小时可减小底板厚度，抗浮效果明显 工程造价高，设计计算量大，施工较麻烦

4 结语

通过该送水泵房的抗浮设计，可得到如下结论：

（1） 当构筑物平面尺寸不大，埋深不大，地下水位较低时，采用自重与配重抗浮比较经济，设计简单，施工方便。

（2） 构筑物平面尺寸较大，埋深较大，地基土质良好时，采用悬挑底板加设置配重井的方案能有效解决抗浮问题并增强底板和侧壁的约束，从而可减小其原有配筋。

（3） 构筑物平面尺寸大，埋深大，地基土质差或有液化地基时，采用抗浮锚杆或灌注桩抗浮能较好的解决泵房的抗浮问题。

参考文献

[1] 给水排水工程结构设计手册编委会. 给水排水工程结构设计手册（第2版）[M]. 中国建筑工业出版社社, 2007

[2]国家标准. 给排水工程构筑物结构设计规范(GB50069-2002)[S ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002

[3] 中国工程建设标准化协会.岩土锚杆技术规程(CECS 22:2005) [S ].北京: 中国计划出版社, 2005

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【关键词】水池；结构设计；要点

一、前言

水池结构属于市政给、排水工程中的特种结构， 水池是给、排水工程中的重要构筑物，它既不同于一般的建筑结构，也有别于一般的水工结构，结构型式和荷载条件比较复杂，大部分都是采用钢筋混凝土结构体系，其承受的荷载主要有水压力、土压力和温度应力等。水池结构的设计应符合相关的设计规范，每座水池的结构方案都要进行相应的荷载分析、强度分析、耐久性分析并应按照工程的地质条件、荷载条件以及水文地质条件来考虑结构的稳定性。水池的设计有其特定的要求，如抗渗、抗裂、抗冻等，本文针对水池结构设计中涉及到的这些重要问题行了简单的分析探讨。

二、水池结构设计中的要点

1、地下水位对水池设计的影响

水池的设计与地下水位的标高密切相关。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故时有发生。根据现行国家设计规范，地下水位应根据地方水文资料，考虑可能出现的最高地下水位，一般设计均取用水文资料的最高地下水位。在50年设计基准期内，一般水工构筑物地下水可变作用的取用按“工程结构可靠度设计统一标准”原则确定，不考虑罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地质勘察报告所提供的地下水位未能从地方水文资料分析得出，而仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当地枯水期进行，所提供的地下水位标高将无法被设计取用，或导致结构计算的失误。所以结构设计人员应当详细了解当地的水文情况，对未满足设计要求的地质勘察报告要求予以补充。要求考虑当地有无暴雨、台风的影响，是否会出现由于地表水不能及时排除而引起的地下水位提高。土建专业设计人员应该对地下水位和地质勘探的情况进行综合考虑，与水工艺专业设计人员一起决定水池的基底标高，综合工艺流程、运营成本、土建造价等多方面因素制定方案。例如当地质情况不太理想或地下水位较高时，设计人员应该考虑是否可以适当提高基底标高，减少浮力对水池的影响及避开软弱地基层。

2、强度设计

水池强度设计关键在于安全系数的取值，①水池顶板强度设计的附加安全系数：水池顶板所承受的荷载有自重荷载、覆土荷载、室外地面荷载等，其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重随密度和含水量而变，其变化很大，因此，附加安全系数取1.0是合适的。②池壁强度设计的附加安全系数：池壁主要承受土压力和水压力，水深一般取满池计算，水的容重差别极小。土压力强度一般用朗肯主动土压力理论，是略偏大的。从而说明池壁荷载的取值一般是高限，且变化很小，因此，附加安全系数取0.9，即能满足结构设计要求。③底板强度设计的附加系数：池底实际上是与地基共同工作的，一般情况下计算水压力及均布荷载均偏大，因此底板强度设计的附加安全系数取0.9，即能满足结构设计要求。

3、水池抗冻设计

改良持力层地基土是水池抗冻设计的主要措施，改变水池结构基底的土质量，主要有换土垫层和强夯两种方法。改变地基土基本结构的办法是进行水池持力层地基土换填，就是将原有的细颗粒土体挖走，用大颗粒的土体填入水池的基底。这种换填工程量较大，换填厚度一般要大于等于冻土深度。如果在冻土深度小的地区使用尚可，若在冻土深度较大的地区使用，往往工程量是很大的。通常的地基土换填主要是针对冻胀敏感的地基土，如淤泥质粘土，其排水性能差，毛细作用旺盛，一旦地下水位较高，地基土冻胀破坏加剧，此时，除采用排水设施降低地下水位外，可用小于0.05mm粒径的砂砾料或者风积砂置换地基土层。置换层的厚度随土质条件变化，一般不宜小于30cm。经过砂砾置换之后，可阻断毛细水分联系，起到了减轻冻胀危害程度的作用。地基土夯实是通过对水池结构基底持力层夯击，从而提高地基土的干密度，防止水池外部地下水渗入地基土，是控制地下水位的最直接措施。在水池施工过程中，将地基土翻松20～30cm后夯实，使干容度达1.6～1.7t/m3以上，就能降低水池外地下水对水池结构的侵袭，从而达到预防冻胀破坏的作用。

4、水池抗裂设计

根据对已建成水池所作的调查，水池裂缝一般为竖向裂缝。这些裂缝有两种：一是贯穿性裂缝，由混凝土收缩引起的；二是出现于池壁外侧的表面裂缝，其逐步扩伸至全截面。另外在工程实践中发现，所有的外挑现浇走道板都产生严重裂缝，并随之扩展到池壁，因此，有必要考虑到预制装配式走道板，或作现浇走道板，每隔3 m～4 m设伸缩缝一道。很多钢筋混凝土结构的破坏都是由裂缝开始的，对裂缝形成的原因、预防以及处理必须重视，特别是要避免和控制有害贯穿性裂缝的出现。在我国现在的施工技术水平条件下，水池是不可能一次浇筑完成的，必须要设置水平施工缝，分段进行施工。如果施工过程中施工缝处理得不好，很容易导致水池表面凹凸不平，麻面多、上下段池壁错开甚至渗漏水等现象，严重影响到以后使用。水池裂缝计算时，由于潮湿环境下混凝土干缩性较小，其裂缝增大系数取值可以适当减小，取1.8较为合适。在选用钢筋强度等级时，虽然受裂缝宽度的限制，不能充分发挥其强度作用，但由于Ⅲ级钢筋比Ⅱ级钢用量可减少20%，所以采用Ⅲ级钢筋在技术上和经济上都比较合理。

5、水池抗浮设计

目前在抗浮设计中常用方法有自重抗浮、压重抗浮、基底配重抗浮、抗拔桩抗浮或锚杆抗浮等。①自重抗浮：自重抗浮即通过提高池体结构自重来达到抗浮的目的。一般可以通过增加水池池壁或底板来实现自重增加，这样做虽然增加了混凝土的用量，但是由于结构厚度增加可以降低结构配筋率，减少钢筋用量，因此对造价影响不大。采用自重抗浮对于原设计水池截面配筋率相对较大的水池最为经济适用。②压重抗浮：压重抗浮是通过在池内、池顶或池底外挑墙趾上压重来抗浮。池内压重增加了底板宽度和基坑宽度，但一般不会增加池底所受的不均匀地基反力，故对底板的内力影响较小。此法常用于一般中小型水池的抗浮，但不宜用在平面尺寸较大的水池，对需考虑局部抗浮的水池也不适用。③基底配重抗浮：池底配重抗浮是在水池底板以下设配重混凝土，通过底板与配重混凝土的可靠连接来满足抗浮要求。此法用于一般水池时，其受力情况近似池内压重抗浮，不需增加池壁高度，但要保证底板与配重混凝土的可靠连接，并且其配重材料一般应采用强度等级不小于C15的混凝土。④抗拔桩或锚杆抗浮：此类方法对大体积埋地水池的抗浮相当有效，不仅能满足池体的整体抗浮，还能通过桩或锚杆的合理布置，很好地解决大型水池的局部抗浮问题。抗拔桩一般宜选用桩径较小、单桩抗拔力相应较小的桩进行密布。抗拔桩的桩长宜尽量控制在单节桩的长度范围内，这样可以减少接桩费用以及避免由于接桩不牢固造成的抗拔力损失。

三、结语

随着城市的发展，对水池建造需求也越来越大，水池设计中涉及若干问题，如抗渗、抗浮抗冻、抗裂设计等，本文根据给水排水结构设计规范和已建工程较成熟的经验，对此进行了简单的分析探讨并提出一些建议，供相关设计借鉴和参考。实际工程设计中，要根据实际情况，多尝试、多比较，一定会找到更优更经济的设计方案。

参考文献：

[1]张靖静.水池结构设计概要分析[J].山西建筑，2005，31（22）：67-68.

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【关键词】高层建筑；给水方式；管网叠压；

中图分类号： TU208 文献标识码： A

随着整个社会的进步，人民群众对生活品质的追求也越来越高，高层建筑越来越多，与人息息相关的给水问题很值得探讨和重视。作为设计人员在与业主交流中，必须充分考虑客户的意愿，结合当地自来水公司及管理部门的要求。笔者结合多年工程设计经验，就有关高层住宅给排水系统设计中的一些问题做些思考。

1 高层建筑分区供水

对高层建筑来讲，要保证整个建筑的正常安全可靠用水还需要二次供水，分区供水；也是区别高层供水系统和多层供水系统的主要特征；给水系统的竖向分区是指高层建筑的给水管网和供水设备根据高层建筑的实际需要，在竖直方向将建筑分区供水，各分区给水系统向本分区域供水。在高层建筑中不竖向分区带来的问题是：

不利于节能；给水配件容易损坏；增加工作维护量；易造成回流污染；

2 高层建筑给水方式

高位水箱供水方式、蓄水箱+恒压供水设备、管网叠压给水是高层建筑中使用最广泛的供水方式。在进行设计时需考虑工程具体情况和各种方案的优缺点等各方面的因素，对其进行比较选取最优方案。

2.1 高位水箱给水方式

可分为并列供水方式、串联供水方式、减压水箱供水方式、减压阀供水方式。

2.1.1 高位水箱串联供水方式：供水设备分区设置，根据设计要求，下一区水箱供水设备供水上一区，一级一级以此类推供水。该方法优点：使用的管道短，管材管件设备无需承受高压，减少了投资成本；总体耗能少，运行费用经济；缺点：供水可靠性差，一旦下层发生故障则其上面的所有楼层均不能正常用水，影响面大；维护管理不便；楼层水箱过大，楼层结构要求高；设置楼层中间供水设备，需要防震动、防噪音、防漏水设施。

2.1.2 高位水箱并列供水方式：在各分区独立设水箱和供水设备，供水设备集中设置在建筑底层或地下室，分别向各区供水。优点是独立的分区供水系统，干扰小，压力稳定，供水安全可靠； 供水设备集中，往往在低层或地下室便于施工安装；便于维护管理；供水效率高，运行经济，符合客户要求；并联设计，水箱容积小，利于结构设计；缺点是一次性设备投资增加，原因：管线长，管件多，结构复杂，且承高压；楼层设置水箱，占楼层面积，影响投资效益。

2.1.3 减压水箱供水方式 ：高层建筑的用水量由底层或地下室供水设备供水提升至屋顶总水箱，再送至各分区减压水箱。其优点为供水设备集中且少，管道简单，一次性投资少，利于维护和管理；设备用房小，楼层减压水箱容积小，有利于楼层结构设计；其缺点为最高层设置总水箱并供水，对结构要求高，不利于抗震要求；各分区减压水箱用水来自最高层总水箱，能源浪费严重；楼层设置水箱，占用面积，影响经济效益；上层分区出现故障，下层分区都将不能正常用水，供水可靠性,不如并联方式。

2.2蓄水箱+恒压供水设备给水方式

作为高层建筑供水的追常用方式，成为了主流，根据给水系统中用水量情况利用变频给水设备来自动调整出流量并使供水设备具有较高工作效率。 变频供水设备并列供水方式和变频供水设备减压阀供水方式两种方式 ，后一种给水系统目前使用比较多的。其优势在于不需高位水箱，不占建筑面积；供水设备使用变频技术，且运行中处于较高工作效率，节能效果明显，符合节能减排的要求；其缺陷是供水设备一次性投资大，但减压阀供水方式投资少于并联供水方式；供水设备型号多、数量多，设备维修复杂，对管理提出了更高的要求。对于需要持续供水的公共建筑，这种方式是最好的选择，既有一定的储水，供水压力恒定，特别是酒店这种人员密集，用水量大的高层公共建筑最实用。经过多年的设计经验比较，笔者认为高层建筑采用蓄水箱+恒压供水设备给水方式是最为恰当的供水方式，因为高层建筑和以往的多层建筑有很大的差异，比如住宅，以前的多层建筑，人数少，影响范围小，高层建筑人员密集，一旦停水影响面很宽，对于酒店等高层，超高层公共建筑就更不必说了。

2.3 管网叠压给水方式

由于科技的进步和节能减排的要求，目前一些地区采用管网叠压供水系统（无蓄水池），管网叠压供水设备由智能型变频控制柜、稳流罐、供水机组、仪表、阀门及管路等组成，其基本原理是：是供水设备在运行中，通过设备的控制方式、稳流罐与真空抑制器的共同作用，利用市政管网原有压力，实现压力差多少补多少的节能、无污染的供水方式。优势在于无水箱、无蓄水池、全封闭无污染供水，无二次供水，清洁、卫生、环保，供水质量优；设施全封闭，全面杜绝了使用中跑、冒、漏、清洗等水源浪费现象，同时节约了定期清洗用水；充分利用市政管网压力，实现压力差多少补多少，供水设备扬程可适当降低，大大提高节能效果，一般达到50%；设备寿命延长，运行效率高，不做无用功；因为无蓄水池，结构简单、占地面积大大减少，提高了建筑面积利用率；设备工厂化生产，产品质量有保证，安装现场，安装单位把自来水进水管和出水管直接与设备对接即可，设备安装简单、容易、建筑投资减少，同时加快了工期。

缺陷为主要是在极端情况下供水停止，使用中具有一定的局限性；在实际推广中的阻力主要是无蓄水池，安全可靠性降低，除了停电会停水外，一旦市政管网停水，供水也将停止。在实际的应用中，业主应用管网叠压技术往往会减小蓄水池容积，来提高供水的可靠性。目前已经有智能化一体供水系统，即缩小的水箱（替代蓄水池）容积和无负压设备组成供水设备机组，小型化+智能化。

因此在给水排水《节能专篇》中对管网叠压供水有专门规定：笔者认为这种供水方式有一定局限性，这种供水方式最大的好处是节能和避免二次污染，它的局限性在于，一旦市政停水，增压部分也停水，这对大规模的高层住宅小区不适应，还有就是供水要求高的高层住宅，高层公共建筑和超高层建筑。

3 工程设计中对给排水设计的几点体会

3.1 设计应紧紧跟上时代的步伐：节能减排已经成为国家的基本政策，给排水工程师应该与时俱进，学习新知识，密切关注科技变化和社会发展对设计管理工作的影响。

人们对生活品质的要求而带来的用水习惯、用水环境的变化，给排水工程师要体现出敏锐的观察力和专业素养。

3.2 建筑给排水工程师应对给排水部分的投资进行有效的控制：一个项目在作出投资决策后，投资控制的关键就在于设计。作为给排水工程师，应该充分认识设计对投资的影响，加强和业主人员沟通，根据现行法律、法规和相关设计规范对建筑物进行准确合理的定性分析，合理地确定设计标准；提高通过对设计技术管理来控制投资。

4 结束语

高层建筑给排水系统，与我们的日常生活息息相关。因而业主的给排水工程师，应本着安全、节能、经济的原则，在工程实践中努力创新，适应时代的需要，满足人民群众不断提高生活工作品质要求。

参考文献

[1]上海市建设和管理委员会.建筑给水排水设计规范[m].北京:中国计划出版社，2003.8.

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[关键词]钢筋混凝土水池,荷载,计算简图,内力计算

中图分类号： TU528.571 文献标识码： A 文章编号：

水池是工业与民用建筑中常用的给排水工程构筑物。在核电站的给水生产厂房和其他辅助厂房中，就有多种类型的水池，如清水池、中和池、回收池等等。

水池的结构设计内容包括：计算在各种荷载组合的情况下，水池各部分构件应满足强度、抗震、裂缝宽度的要求；根据工作条件，水池还要满足稳定性、抗渗性、抗冻性和抗侵蚀的要求。

一.水池的结构型式

钢筋混凝土水池有矩形池和圆形池两大类。矩形池施工较方便，占地紧凑，多用于小型水池。矩形水池有单格和多格等结构形式。圆形水池受力合理，并适合于施加预应力力，一般200m3～3000m3 的中型池宜采用钢筋混凝土圆形池，3000m3 以上的大型池宜采用预应力混凝土圆形池。圆形池由圆柱壳池壁、无柱或有柱平顶板、平底板或顶、底盖圆锥壳组成等形式。若蓄水深度较浅，大中型水池也可采用矩形池。

水池的安置方式有地上式、半地下式和地下式三种。水池可做成无顶盖的开敞式池或有顶盖的封闭池。地下式和半地下式水池受大气温（湿）度变化的影响较小，并且在使用期间由于池壁外有填土，存在土压力，能抵消池壁的部分内水压力，使池壁处于较低的应力状态。但若埋入过深，会使顶盖和底板的荷载增大，反而使材料用量增多。此外，地下式及半地下式水池的抗震性能较好，一般在8度地震区可不进行抗震验算。

池体结构一般由池壁、底板和顶盖（是否封闭加盖由工艺需要决定）所组成。底板和顶盖可采用平板结构、肋形结构及无梁板结构等，当容量很大时，也可采用薄壳结构。

二.水池基本设计规定

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068－2001)的规定, 一般情况下，水池安全等级取二级,重要性系数取1.0。对重要工程的关键构筑物，其安全等级可提高一级执行。

各种类别、形式的水池结构构件，均采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，即按承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算。按承载能力极限状态计算时，除结构整体稳定验算外，其余均采用分项系数设计表达式。按正常使用极限状态验算时，对轴心受拉和小偏心受拉构件应按作用效应标准组合进行抗裂度验算；对受弯、大偏心受拉或大偏心受压构件应按作用效应准永久组合进行裂缝宽度验算;对需要控制变形的结构构件应按作用效应准永久组合进行变形验算。

水池结构的内力分析，均应按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形所产生的塑性内力重分布。

三．水池的荷载与荷载组合

水池结构上的作用主要可分为永久作用和可变作用两类。永久作用应包括结构和永久设备的自重、土的竖向压力和侧向压力、水池内的盛水压力、结构的预加应力、地基的不均匀沉降等；可变作用应包括池顶活荷载、雪荷载、地表或地下水压力（侧压力、浮托力）、结构构件的温（湿）度变化作用、地面堆积荷载等。

1.池顶荷载：

作用于池顶板上的竖向荷载包括顶板和永久设备的自重、防水层重、覆土重、雪荷载、活荷载等。雪荷载与活荷载不同时考虑。

2.池壁荷载：

池壁荷载主要是水平方向的水压力和土压力。由顶板传来的竖向压力对池壁的影响，一般可以忽略不计。

当水池为地下式或半地下式时，池壁外侧将受到主动土压力的作用。当有地下水作用时，尚需考虑地下水的静水压力作用。

3.池底荷载

池底荷载是指使底板产生弯矩和剪力的那部分地基反力或地下水浮力。水池的地基反力，可按直线分布计算。当地基承载力较高，且池底位于最高地下水位以上时，池壁基础可按独立基础计算。

4.荷载组合：

水池设计时，一般应按下列设计工况的荷载组合分别计算截面内力：

1) 池内满水，池外无土――竣工试水时；

2) 池内无水，池外有土――建成及使用放空或检修时；

3) 池内满水，池外有土――正常使用时；

对地面式水池，只需考虑第1)种荷载组合。当无隔温措施时，则还应考虑池内满水及温（湿）差作用的组合。但对于底板，无论水池是否采用隔温措施，都可不计温度作用。

四.矩形水池的内力计算

矩形水池按形状划分有深池、浅池、一般池。

下图为开敞式矩形水池的三种典型情况，所有池壁均为三边支承、顶板自由的板。左图所示的水池，在高度方向大于2L的池壁只按水平方向传力，故可沿高度取1m作为计算单元，按水平封闭框架计算，通常称为深池，即水平框架式水池。中图的池壁按竖向单向计算,通常称为浅池，即挡土（水）墙式水池。右图的池壁按双向计算,通常称为一般池，即双向板式水池。

（一）深池

当H/a>2.0,H/b>2.0时，称为深池。深池狭而高，在水压作用下，主要沿水平方向受力，竖向的作用可以忽略不计。计算时，可沿高度将池壁分成几个计算区段，每区段切出以高度为1m的水平带视作封闭框架，按该区段的最大水平压力进行内力分析。

计算矩形水平框架的弯矩，可将其展为两端固定的多跨连续梁，以角点弯矩为未知力，用三弯矩方程求解或用弯矩分配法计算。

池壁轴力可用下式计算

Na=pb/2（壁a）

Nb=pa/2（壁b）

最后，池壁配筋可根据上述内力按偏心受拉构件计算。值得注意的是，在靠近上、下边缘附近的壁板，由于受边缘板的固定作用，实际上是双向受力的，不能用上述方法分析。根据半无限长板的理论分析，近似的取距池底1.5倍边长(1.5a或1.5b)以下的区域视作三边固定，一边自由的双向板来计算内力及配筋。

(二) 浅池

当H/a

在水池转角处，由于池壁的位移受到约束，不再是沿竖向单向传力，而是竖向和水平双向传力。因此，在池壁的角隅处应计算水平向局部负弯矩。此负弯矩沿池壁高度变化，其最大值可按下列公式计算：

Mc=pH2

式中：Mc－池壁角隅处的最大局部水平弯矩

－最大水平弯矩系数

一般池

当0.5

双向板池壁和底板按偏心受拉构件计算配筋。

五．圆形水池的内力计算

圆形水池的主要尺寸包括水池的直径、高度、池壁厚度及顶盖、底板的形式等，这些尺寸根据使用要求，在内力计算以前初步确定。水池池壁的计算半径是自圆心至池壁中线的距离。池壁竖向的计算高度应根据节点构造和结构计算简图确定，原则同基本设计规定所述。

由于池壁厚度h远小于水池的半径R，圆形水池池壁可视为圆柱形薄壳。在工程实践中，对端部有约束的池壁可根据H/S值的大小分成下列几类：

(1)当时，忽略环向拉力，池壁沿垂直方向取单位宽度竖向板条按悬臂板计算。

(2) 当时，按圆柱壳计算环向和竖向内力。

(3) 当时，当顶端为自由端时, 部分的圆柱壳,按无约束的自由圆柱壳计算薄膜内力。

其中,H为圆柱壳池壁的高度，S为圆柱壳的弹性特征系数，即s=, R为圆柱壳计算半径，h为池壁厚度。

圆形水池池壁厚度主要决定于环向拉力作用下的抗裂度计算。

六．水池抗浮验算及抗裂验算

（一）抗浮验算

位于地下水位以下的水池，地下水会对水池产生浮力，应进行抗浮稳定验算。水池的抗浮稳定性验算包括整体抗浮和局部抗浮两个方面。

水池整体抗浮稳定性验算公式为

(水池总重+池顶覆土总重+底板外挑部分上面的土重)／总浮力> K浮

K浮――抗浮安全系数，可取1.05

当整体抗浮稳定性不能满足时，封闭式水池可采用增加覆土厚度的办法解决；开敞式水池，可用加大底板出挑尺寸、底板内砌石、加插锚筋与底板相连等加大自重的办法，或在底板下设置锚桩等办法解决。

而对于有中间支柱的封闭式水池，虽然满足上式，但由于抗浮力分布不均匀（如多室水池部分满水部分放空时），通过池壁传递的抗浮力在总浮力中所占比例过大，因此均匀分布在底板下的地下水浮力有可能使中间支柱发生轴向上移而造成底板和顶板开裂。此时应验算局部抗浮，即在一个柱网区格内自重加上顶板覆土重应大于地下水对该区格的浮力。

（二）抗裂验算

根据《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS 138:2002)的规定：

按正常使用极限状态验算时，对受弯、大偏心受拉或大偏心受压构件应按作用效应准永久组合进行裂缝宽度验算。

最大裂缝宽度的限值对清水池、给水水质净化处理构筑物取0.25mm；污水处理构筑物取0.2mm。规程附录A给出:

最大裂缝宽度：

按正常使用极限状态验算时，对轴心受拉和小偏心受拉构件应按作用效应标准组合进行抗裂度验算。

对轴心受拉构件，应满足

对小偏心构件，应满足

七．工程实例

天津钢管公司新建PU4套热轧及管加工水处理工程污泥处理间子项――包括内径15m浓缩池两座和36mx15m污泥处理间一座。

其中浓缩池工艺设计为：上部是内径15m圆形浓缩池,池壁平均高度4.8m，池顶标高12.80m,池顶设有环形搅拌机,容积850m3。下部是内径为13m的圆形调节池，池壁高度为8.20m, 池顶标高3.70m,容积1100m3。两座浓缩池在3.70m标高用检修平台相连接。

经计算，确定上部浓缩池属于敞口圆形水池,池壁厚度取400mm, 底板厚度取700mm,在半径R=7000mm处设置550x1000的环梁，环梁用八根柱子支承于调节池底板上；下部调节池池壁厚度取600mm, 底板为厚度1200mm，半径R=8200mm的圆板,基础采用预制预应力管桩。

传力途径是：上部荷载－底板－环梁－支柱－调节池底板－预应力管桩

浓缩池剖面图见下图所示：

1.池壁计算：H=5200mm,R=7700mm,h=400mmm.

地上式水池：S=0.76=0.76=1.33

H/S=4.8/1.33=3.61

按圆柱壳计算当池内满水时池壁竖向内力和环向拉力。

作用在池壁上的静水压力：q=1.27x11x5.2=73 kN/m

池底处：竖向弯矩系数kMx=-0.0331

竖向弯矩 Mx＝kMxqH2=-0.0331x73x5.22=-65 kN.m

环向弯矩 M支＝1/6 Mx = 11 kN.m

实配钢筋为：竖向钢筋Ф16@150，水平钢筋Ф14@200

首先按轴拉构件验算抗裂度:

环向力=0.44x57.2x7.7=194 kN/m

环向配筋Ф14@200()

C30混凝土： ，

,

满足要求.

再按受弯构件裂缝验算宽度:

最大裂缝宽度：

，底部配筋Ф16@150()

C30混凝土：，，，

取0.4

满足要求。

2.底板计算：

底板近似视为圆形带悬挑板，h=700mm,D=15.8m（外径）

作用在底板上的均布荷载：q1=88 kN/m2

作用在板边上的集中荷载：q2=54 kN/m

根据静力计算手册按弹性薄板计算结果如下：

3.环梁计算:

浓缩池-- 设备重: 180kN,内部泥浆重：11960kN, 池体自重：7800kN,满池时总重：19940kN。

水池传给环梁的线荷载：q=19940/3.14x14=453 kN/m

查表，八等分连续水平圆弧梁 R=7275mm

跨中弯矩 M中＝0.00833x3.14xqR2=627 kN.m

支座弯矩 M支＝-0.01653x3.14xqR2= -1245 kN.m

最大扭矩 M扭＝0.00126x3.14xqR2=95 kN.m

最大剪力 V＝3.14xqR/8=1294 kN

4. 整体抗震简化计算：

本构筑物抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.15g。

地震作用下，将结构简化为单质点体系计算。顶部浓缩池作为一个集中质点，并考虑管道、设备和水池自重，满水时总质量为19940 kN，空水时总质量为7980 kN。质点的重心近似取圆柱体中心。

满水时质点水平地震作用标准值为1994 kN，空水时质点水平地震作用标准值为798 kN；则平均到每根柱子的基底水平剪力设计值：满水时为325 kN，空水时为130 kN；柱底弯矩设计值：满水时为1625 kKN.m，空水时为650 kN.m。

结构的基本自振周期：满水时为0.37秒，地震作用下最大层间位移角 1/1166。

由于建筑场地类别为III类，因此本构筑物按8度采取构造措施。

5. 基础设计

下部基础采用预制钢筋混凝土管桩，桩直径400mm，壁厚80mm,桩长约24米，桩端进入持力层1.5米，调节池底板埋深在室外地面下5.4m,由此形成桩筏基础。

单桩承载力特征值为850KN。

筏板即底板厚1.2m，直径8.2m，其下布置71根预应力管桩。

结束语：

钢筋混凝土水池作为给水排水工程中主要的构筑物，其结构设计同普通的混凝土结构相比，有许多特有的设计内容。从混凝土的抗渗、抗冻、防腐、外加剂的添加；到设计荷载、分项系数的取值；从结构构件按承载能力极限状态计算和正常使用极限状态抗裂度、最大裂宽的验算，到水池的整体和局部抗浮验算；从不同类型水池的计算简图的确定及内力分析；到对水池结构的构造要求；要求设计者不仅要详细查阅关的规范、规程，并且要仔细研究理解其中的条文，这样才能做到水池设计计算简图明确，受力合理，构造简单并且经济适用。

［主要参考文献］

1.《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002

2.《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS 138:2002

3.《室外给排水和燃气热力工程工程抗震设计规范》GB50032-2003

篇6

关键词：沉井；泵站；水泥搅拌桩

Abstract: Along with our country's social and economic development, population growth, sewage collection, treatment facilities, more and more is being built. Because the city land shortage, some sewage pumping station can only be built using less land, construction technology of small impact on traffic -- Open caisson. This paper gives a brief introduction to the pumping station caisson design, in the surrounding water rich sand soil using cement mixing pile sinking, and achieved good effect of engineering.

Key words: open caisson; pumping station; cement mixing pile

中图分类号：TU992.25文献标识码：A 文章编号：

沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土运出，随着挖土和土面的降低，沉井井身藉其自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底。沉井施工工艺的优点是：可在场地狭窄情况下施工较深（可达50余米）的地下工程，且对周围环境影响较小；可在地质、水文条件复杂地区施工；施工不需复杂的机具设备；与大开挖相比，可减少挖、运和回填的土方量。其缺点是施工工序较多；技术要求高、质量控制难。在给排水工程中，沉井被广泛的运用在埋深较大的取水泵站和排水泵站中。

工程概况

该工程为污水整治工程配套提升泵站，根据使用要求，沉井被分为两大格，因为跨度较大，在中间设置钢管对撑。下沉到位后再进行二次混凝土浇注。沉井顶面高出地面0.3m。最高地下水位使用阶段位于地面下2.50m,施工阶段位于地面下1.00m。沉井制作高度6.05m+2.8m,采用两次制作,一次下沉。第一节的制作高度为6.05m。本工程上部结构采用现浇钢筋混凝土框架结构。

地质情况

地质条件如表1-1所示，地下水位较高，并且沉井主要位于中粗砂层，施工采用不排水法一次下沉。

土层示意图：

表1（根据地勘资料）

表2

沉井计算简图如上图所示，沉井施工顺序为：先开挖基坑至4.5m(绝对标高)处，再开始制作沉井，沉井分两次制作，制作完毕再一次下沉至设计-5.55m绝对标高处。

（1）使用阶段抗浮验算

沉井自重：Gk1=14573kN

施工阶段地下水位取1m（绝对高程），水浮托力标准值：

Ffw,k=9120kN，沉井抗浮系数：kfw=Gk1/Ffw,k=14573/9120=1.6>1.0

使用阶段地下水位取3.5m（绝对高程），水浮托力标准值：

Ffw,k=12601kN，沉井抗浮系数：kfw=Gk1/Ffw,k=14573/12601=1.16>1.0

（2）下沉验算

多层土的加权平均单位摩阻力标准值：

沉井从中砂层开始下沉：fka=20kPa

沉井外壁为阶梯式，根据沉井规程，取台阶以上摩阻力为0.5fk，井壁摩阻力标准值为：Ffk=6338kN

下沉过程中水对沉井的浮力标准值：

施工中，内外水差为0，Ffw,k=3633kN

沉井下沉系数计算,不满足要求。考虑加载650kN,此时下沉系数为，满足要求。

（3）下沉前井壁竖向弯曲计算（采用每边2个支点）

支座弯矩：M支=274kN•m；跨中弯矩: M中=

L10=10.75/8.85

（4）刃脚计算

沉井在施工中,刃脚受水压力、土压力、自重、侧摩阻力、刃脚下土反力等外力作用,可能产生向内或向外挠曲弯矩。一般情况下,当沉井刚下沉时,刃脚向外挠曲弯矩为最大,而当沉井沉至设计标高时,刃脚可能产生最大向内挠曲弯矩。沿井周边取1m宽计算,刃脚产生最大向内挠曲弯矩为28.7kN·m。根据现行《混凝土结构设计规范(GB50010-2010)》进行配筋计算,选用φ25@200(As＝2534mm2)。

（5）井壁计算

当沉井下沉至设计标高,且刃脚下土已掏空时,作用于井壁上的水平内力为最大,按照前述刃脚向内挠曲计算方式计算井壁上水、土压力,将沉井井壁视为水平框架,计算井壁各分段的内力及水平钢筋。以刃脚顶面以上1.5t=1.5*600=900的井壁进行内力计算。井壁所受荷载为：P1’=PAl’=55.2kN，刃脚所受的水平荷载:P=。因αf>1.0,水平框架的水平荷载不作修正。井壁所受的总荷载为P1=P1’+P=104.5kN计算得：支座弯矩：ML=509.6kN·m，跨中弯矩：MDH=254.8kN·m；根据现行《混凝土结构设汁规范(GB50010-2010)》进行配筋计算，选用φ25@100。

(6)施工完使用阶段结构内力分析:沉井使用阶段内力分析及其相应配筋由其使用功能的不同而不同,本工程沉井用作污水提升泵房地下结构,使用时井内充水,故刃脚、井壁及底板受力均比施工时有利,需验算上部结构施工完后的地基承载力，经验算地基承载力满足设计要求。

本工程遇到的问题

本工程所在位置一边是河(沉井边离河道挡墙内边线10m)，另外一边是城市道路（沉井边离道路另一侧的房屋约15~20m，房屋为6~7层钢筋混凝土结构）。沉井主要位于中粗砂层，下沉过程中有可能导致流砂损坏道路，并且引起道路另一侧的房屋产生裂缝或者塌陷，因此必须采取措施保证下沉过程中地下土层不发生流沙等引起地面塌陷的事故。

在沉井四周2~3m处布置水泥搅拌桩。水泥搅拌桩止水帷幕桩径500mm,桩与桩密扣连接,桩中心间距350mm,水泥掺入量不少于60kg/m3,并掺入促进剂。水泥标号为42.5普通硅酸盐水泥。28天水泥土单轴无侧限抗压强度设计值为1.0MPa。根据地勘资料,桩穿越中粗砂层后,入粉质粘土1m。水泥搅拌桩在现地面施工,待水泥土达到设计强度后,方能对沉井进行下沉工作。

总结

在本工程中，由于地理环境和泵站所在场地的限制，选择沉井作为地下工程的结构型式，不仅避免了大开挖、基坑支护等繁琐的施工工序，而且保证了周边道路、房屋、河道的安全，节约了施工时间。由于施工了水泥搅拌桩止水帷幕，在施工阶段及施工完后投入使用一年多，道路路面和道路旁房屋没有发现明显裂缝。因此在含水丰富的粗砂土层施工沉井时，可以先施工水泥搅拌桩止水帷幕，防止井内外水位有差异导致流砂有很好的效果。

参考文献：

[1] 给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程(CECS137：2002)，北京：中国建筑工业出版社，2002

篇7

鉴于给水工程中主输水管线大多采用中等口径及以上埋地钢管，本文通过对埋地钢管施工、使用过程中外界荷载、作用效应对其产生的不利影响，根据现行规范并结合现有管道病害调查分析的结果，对管道主要病害应力进行分析，并给出具体的预防措施及处理建议。

关键词：

温度应力；焊接应力；一次应力；二次应力

1前言

城市供水管道是给水系统的重要组成部分，管道工作的可靠性与否又是城市供水的关键所在。因此，作为城市命脉的供水管道的设计、使用和维护，均应该引起我们的足够重视。供水管道的使用与管理维修是相当复杂而艰巨的任务，由于各种原因造成管道经常被破坏。管道损坏的探测手段尚不完善，技术落后，加之供水管大多埋设在道路下，挖方修补困难。管道破坏漏水，不仅浪费资源，而且威胁城市建筑设施、影响交通，给生活带来诸多不便。因此调查、分析管道破坏原因，采取合理的预防措施，降低管道损坏的机率具有十分必要的现实意义。

2现行规范对埋地钢管结构上荷载作用的考虑

钢管管道结构上的作用分为永久作用和可变作用两类［1］：（1）永久作用应包括管道结构自重、竖向土压力、管道内水重和地基的不均匀沉降。（2）可变作用应包括管道内的设计内水压力、管道真空压力、地面堆积荷载、地面车辆荷载、地下水浮力以及温度变化作用。钢管管道结构设计时，对不同性质的作用应采用不同的代表值，作用的标准值为作用的基本代表值。对永久作用，应采用标准值作为代表值。对可变作用，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。作用的组合值或准永久值，应为作用的标准值乘以作用的组合值系数或准永久值系数。钢管管道结构设计按照下列两种极限状态进行设计［2］。

2．1承载能力极限状态按承载能力极限状态计算时，各种作用组合的工况应按照文献［2］表526规定采用。钢管管道结构按承载能力极限状态进行强度计算时，采用作用效应的基本组合，结构上的各种作用均应采用作用的设计值，作用设计值应为作用分项系数与作用代表值的乘积。作用效应的基本组合设计值按文献［2］523确定。对管壁截面进行稳定性验算时，各种作用均应采用标准值。应满足文献［2］621要求。对埋置在地下水水位以下的钢管道，应根据最高地下水水位和管道覆土条件验算抗浮稳定性，验算时各种作用采用标准值。应满足文献［2］623要求。对焊接连接的管道，计算管壁截面强度时，除应计算在组合作用下的环向内力外，尚应计算管壁的纵向内力，并核算环向与纵向内力作用下的组合折算应力。管壁截面由环向应力和纵向应力作用下的组合折算应力，应满足文献［2］612、613、614要求。文献［2］中管道强度计算时考虑了温度作用，并纳入管道结构计算。其主要表现为钢管管壁的纵向应力，其影响集中体现在钢管管道的闭合温差ΔT上。按文献［2］435条，温度作用标准值可按管道闭合温差±25℃计算。其中又分为闭合温差为升温时与降温时对管道的纵向应力进行分别计算。

2．2正常使用极限状态钢管管道按正常使用极限状态进行验算时，各种作用效应均应采用作用代表值计算。其作用效应组合设计值应满足文献［2］532的要求。

3钢管输水管线所受应力分类

虽然在管道设计的相关规范、标准中没有明确给出应力分类的定义，但根据产生应力的荷载不同，可将其划分为一次应力和二次应力两大类［3］。管道强度破坏主要是由一次应力引起的断裂破坏和由二次应力引起的疲劳断裂破坏。一次应力是由压力、重力、冲击荷载、其他外力荷载等机械外荷载引起的正应力和剪切应力，它是平衡外力荷载所需要的应力。一次应力是非自限性的，它始终随着所加载荷的增加而增加，超过材料的屈服极限或者持久强度时，将使管道发生塑性破坏或总体变形。因此，在管道的应力分析中，首先应使一次应力满足允许应力值。管道的二次应力通常是由于热胀冷缩、附加位移、安装误差、振动荷载等位移载荷引起的，是由于管道的变形受到约束所产生的正应力和剪应力。它本身不直接与外力平衡。而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必须的应力。其特点是具有自限性，即局部屈服或小量塑性变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，通过自身的变形协调就能使应力降低。一般来讲，对于塑性良好的钢管，只要不反复加载，二次应力不会导致管道的破坏。也就是说，二次应力引起的主要是疲劳破坏。由一次应力和二次应力的荷载类型和受力特点可知，由于一次应力没有自限性，所以它比二次应力更危险，应该受到更加严格的限制。基于目前给排水管道工程结构设计原则，对于普通金属管线仅需要考虑环向应力、纵向应力及组合折算应力影响，即上述管道应力分析中的一次应力作用。对于管道的热膨胀、安装阶段的附加位移应力及焊缝焊接的残余应力等二次应力均未纳入结构计算范畴，其应力的影响范围及量化亦比较困难。

4结合调查情况对现有埋地钢管病害进行分析

通过对管线使用及维护部门的走访及调查，众多钢管管线漏损及病害主要分为以下几种类型：（1）管材本身质量问题。管材细微裂缝施工时未能及时发现，运行时经水压等作用致使微小裂纹逐步扩大而破裂；（2）钢管现场对接焊缝的裂开、断裂及变形破坏；（3）阀门及管件处安装误差，导致出现预拉应力叠加焊缝病害，造成管件或者阀门破坏。其中焊缝病害问题占绝大多数。

4．1施工问题施工质量问题主要表现为：选用了有缺陷的管材、管道基础不好、周围回填土不密实或存在大块硬物、焊缝质量差、阀门及管件安装误差、管道防腐层没有按照标准和要求做等。由于土质和地基处理的差异，会使整个管道的沉降不均匀，当产生不均匀沉降时，由于管道刚度很强，管道像一根相当长跨度的承重梁，在周围及上部荷载作用下产生附件纵向应力，在支撑处产生向上的变形。当存在下述地层土质差或受到不均匀扰动而引起径向位移时，会使管道发生破坏。比如：（1）管线周围施工的影响，管道局部压有重物堆土等，使得管道处于下沉或侧滚状态。（2）管线路径上局部出现弱土层、或管线路径上出现长距离弱土层，施工过程中采用局部刚性基础处理等造成不均匀沉降。（3）管周回填土未经夯实或回填不均匀，造成侧向位移。（4）管下有大块石、硬物等临时支撑，使管道沉降不均并发生局部应力集中现象。

4．2腐蚀问题埋置于地下的管道会受到内外腐蚀作用。外腐蚀主要是土壤腐蚀，一旦管道防腐层施工质量差，则会导致局部防腐层破坏；内腐蚀则主要是由电化学腐蚀和化学腐蚀，会导致管道内防腐涂层脱落。管道受到腐蚀后会使管壁变薄，引起局部承载能力降低，当作用应力超过承载能力时，管道就会破坏，严重时则发生爆管。

4．3内外荷载长距离的输水管道总体水压越来越高，其中局部区域水压存在过高现象，水压高、对管道的强度要求也会相应提高，管道的事故频率也会随之增加。如果管道埋管过浅、路基或路面质量不好、车辆过重等因素，会使管道承受的动荷载增加。随着城市交通运输业的不断发展，车辆吨位增大，运输频率不断增加，致使管道的动荷载明显增大；同时在城市基础设施建设中，由于各类管道的更新改造和建设，形成管道之间原有外力荷载的改变，都是诱发管道破坏的因素。

4．4水锤作用由于水泵机组突然开启或停止，闸门关闭过快等外界因素致使管道中水流状态突然变化，可能引起管道内水压力剧烈波动的水锤作用。水锤可能引起很高的压力，扬程越高，管道越长，在停泵、关闭阀门时越快，水锤引起的压力增值就越大，它可使管道在薄弱处爆裂。

4．5小结焊接连接的输水钢管管道是刚性结构，不能释放不均匀沉降、气温变化等因素产生的纵向力，从材料力学中弯矩同梁的跨度平方成正比的基本概念可知，焊缝连接将使管线遇到纵向问题的可能性大大增加，焊缝常被拉开，导致管道发生爆裂事故。输水管道强度设计通常采用环向应力控制，然而管道通常不会因环向应力出现问题，管线出现事故大部分是纵向问题，基本上是由在管道局部形成异常的应力造成的。据统计输水钢管管线发生事故90％以上是由于管基的不均匀沉降、气温变化等原因产生的纵向应力在有隐患的沟槽焊缝及焊缝质量差处形成超常规的集中应力引起的。

5对一次应力及二次应力控制的建议

管道破坏主要是由一次应力引起的断裂破坏和由二次应力引起的疲劳断裂破坏。因此，在满足设计条件下，控制钢管在施工及后期使用过程中的应力作用尤其重要。

5．1输水管线中的对一次应力控制现阶段管线结构设计中通过控制的管道壁厚、埋深、回填压实要求、管材强度、工作压力、焊缝强度等参数，保证管道在使用过程中不出现塑性变形。即通过计算保证钢管一次应力满足管材允许应力值。

5．2输水管线中可能出现的二次应力控制根据管线施工及后期使用过程，可能出现的主要二次应力包括：（1）焊缝施工时的残余应力；（2）管件及阀门等沿线构筑物安装时产生的附加位移应力；（3）输送流体常年的温度变化应力的线膨胀；（4）管道内水流交变的压力变化（水锤作用）；（5）后期管道沉降不均匀引起的附加应力、局部堆载过大等。在以上二次应力影响中焊缝的残余应力对管线影响最大。外载产生的应力值与焊接残余应力叠加后，很容易在结构的某区域产生局部塑性变形，使焊缝丧失进一步承受外载的能力，从而造成焊缝的断裂。为了消减焊缝残余应力，首先在管材的验收选用方面，应保证管节的材料、规格、压力等级等应符合设计要求；管节表面应无斑疤、裂纹、严重锈蚀等缺陷。其次，在焊缝施工过程中应根据铺设、施工方式，按照焊工手册要求选用合理的施焊顺序及焊接方法，选取变形较小的焊接材料、采取有效的措施消减削弱焊缝的残余应力。为消除水锤对管道的破坏作用，可以采用减小水锤冲击力，防止水柱拉断、水柱弥合现象的发生，来改善管道的受力状况［4］。可采取如下措施：加大管径减小流速；缓慢开关闸阀；取消止回阀和底阀；安装停泵水锤消除器装置；选用微阻缓闭止回阀；在高处及积气处设置高速进排气阀；管道上设置泄压井等措施。对于管道的施工验收，对选材、施工措施、焊缝的外观及检测、焊接质量的检测、管槽的回填、管件及附属构件的安装等均应严格按照《给水排水管道工程施工及验收规范》中的要求执行，以保证管线的施工质量。

6结论及建议

目前国内采用的管道设计理论和计算方式，是按照预期的管道壁厚值，将内压同外压按照一定的荷载规则组合，用规范规定的验算公式，来复核管道的应力是否满足要求，然后再做变形控制及稳定性校核等。管线的结构设计中对一次应力通过静力计算已经进行了有效的控制。对于设计人员而言，如若管道位于不均匀的管基上，应值得重视。对于长距离的输水管线，所处的施工及边界条件复杂，二次应力需进行系统和综合长期考虑，现有的计算手段很难对其进行量化。可参考石油化工行业管线的计算经验，借助专业管道应力分析软件对整条管线模拟施工及运行条件进行综合分析。

参考文献

［1］给水排水工程管道结构设计规范GB50332－2002．北京．中国建筑工业出版社，2002．

［2］给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程CECS141－2002．北京．中国建筑工业出版社，2002．

［3］唐永进编著．压力管道应力分析（第二版）．北京：中国石化出版社，2009．

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【关键词】贮水构筑物、变形缝、橡胶止水带

对于大型给排水构筑物，当出现长度或宽度较大、地基承载力有显著变化、荷载分布显著不均匀等情况时应设置变形缝，为满足构筑物水密性的要求应在变形缝处设置止水带。止水带是变形缝中最主要的隔水材料，根据其设定方式可分为埋入式和外贴式止水带，根据其材质可分为刚性及柔性止水带，所有类型的止水带均应满足强度、变形及耐久性的要求，允许变形缝两侧的结构可以发生一定程度的相对变位而不至于影响结构正常工作。

本文以某水厂变形缝修复具体工程为例，对变形缝处渗漏的原因及处理方法进行探讨。

1.项目概况

本工程为某市自来水厂普通快滤池变形缝修复，普通快滤池中间为管廊，两侧为两座滤池，因长度超长，管廊与两侧滤池相连处设30mm宽变形缝，并采用橡胶止水带进行止水。

该单体此构筑物于2008年建成，建成后在闭水试验及后期使用中均运行良好，但于近期出现中间管廊底板向上渗水的现象。

本厂区地质情况描述如下：

（1）层：素填土，灰色，松散，湿，填料以粉土、粉质粘土为主，含植物根茎及少量碎石子等，层厚一般在1.0～1.4m左右。该层分布全区，土质不均，工程性质较差。

（2）层：粉土夹粉砂，灰黄色～灰色，稍密，湿～饱和，干强度低，韧性低，无光泽，摇振反应迅速。层厚3.4～4.6m，分布全区，工程性质一般。

（3）层： 粉细砂，青灰色，饱和，中密～密实，局部夹粉土薄层，含云母片及贝壳碎片。层厚14.4～23.0m，分布全区，工程性质较好。

2.原因分析

通过与设计图纸进行对比，渗水位置为30mm宽变形缝处，此处原设计采用橡胶止水带止水。位置如下图：

结合工程具体情况，对本工程可能产生渗漏的原因分析如下：

2.1 施工期间混凝土收缩

考虑本工程中构筑物体量相对较小，如橡胶止水带满足相关规范对止水带拉伸强度、扯断伸长率等指标的相关要求，不会在施工期间产生止水带断裂，同时考虑构筑物已正常运行多年时间，施工期间混凝土收缩引起止水带断裂非此次渗漏情况发生的主要原因。

2.2不均匀沉降

不均匀沉降的产生主要有两方面原因，一是建（构）筑物上部荷载分布不均匀，造成持力层地基土的附加应力不均匀；二是持力层地基土分布不均匀，造成不同部位土体压缩变形不均匀。

本工程变形缝两侧滤池及中间管廊均为整板基础，采用天然地基，所在场地基底以下土层分布均匀，变形计算深度范围内压缩模量分别为11.4 MPa、4.6MPa。

滤池部分与管廊部分存在荷载差异，根据《建筑地基基础设计规范》 GB 50007-2011 式5.3.5进行计算：

根据计算分析，滤池部分与管廊部分沉降差较小，如橡胶止水带满足相关规范对止水带拉伸强度、扯断伸长率等指标的相关要求，不会在施工期间产生止水带断裂。

2.3施工控制

1、止水带材料

止水带材料应满足规范中对于公称厚度、宽度极限偏差等几何尺寸要求；凹痕、气泡、杂质、明疤、开裂、缺胶、海绵状等影响使用的缺陷的外观质量要求；以及硬度、拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度等物理性能的要求。如购买材料未进行检验，极有可能不满足相关要求。

2、施工质量

施工质量对于橡胶止水带止水效果有很大的影响。混凝土浇筑时应注意橡胶止水带的定位，防止橡胶止水带偏移。施工时应注意混凝土浇筑的冲击力，以免移动或破坏橡胶止水带。如有发现有破裂现象应及时修补，如发现有扭转展现象应及时进行调正，否则在接缝变形和受水压时，橡胶止水带所能抵抗外力的能力就会大幅度将会大幅度降低。

2.4原因分析

本次渗水情况发生后，通过对渗水地方局部敲除地砖及部分底板混凝土，确认渗水原因为橡胶止水带破损。根据现场情况分析，破损原因一是止水带质量存在问题，现场凿出止水带已经产生破损老化现象；二是止水带浇筑时位置偏移及扭转现象较多，不能满足现有沉降差。

3.处理方法

根据现场渗漏情况，此次修复工作主要从以下两方面进行：

3.1变形缝底部土体注浆加固

根据水厂技术人员情况反应及现场查看，渗漏位置沿变形缝分布，渗漏点较多，且渗漏为泥水，带出基底地下土。根据这一情况，首先对渗漏沿线地下土体进行加固，防止基底土体掏空引起进一步的不均匀沉降。加固采用压密注浆方式。

因渗水会带出底板底土体及砂垫层，造成底板底局部空虚，应采取此方案对底板下土体进行加固，保证土体的稳定及承载力要求。

注浆可根据现场土体情况，合理布置注浆孔位，注浆施工前做好压浆工艺性试验，根据施工情况调整压降压力、水泥浆量，一方面保证基底密实，同时应避免注浆量过大土体膨胀对底板产生较大反力。

3.2止水带修复

本次修复考虑现有橡胶止水带已破坏严重，不能满足使用要求，拟在接缝处新浇筑混凝土，并新设一道橡胶止水带，修复施工顺序为：清洗沉降缝在沉降缝上部填充沥青麻丝对沉降缝两边底板表面凿毛，暴露出底板上层钢筋清洁凿毛混凝土表面，焊接新增结构钢筋在新增结构上设橡胶止水带完成结构施工。

4.小结

考虑长度、地基承载力、荷载分布等原因，超长给排水贮水构筑物均应设置变形缝，变形缝的设置满足结构变形的要求，但如果设计或施工不当也会留下安全隐患，且渗漏修复大多会影响正产生产工作，带来很大损失。为避免此类现象发生，应从设计、施工多方面进行考虑，一方面设计应根据单体规模、地基基础、外部环境等多方面综合确定设计方案；另一方面施工中应严格按照相关规范和设计的要求，合理组织、规范施工。

本工程变形缝渗水部位进行修复后，渗水情况得到了解决，保障了水厂的安全生产。因本工程渗水部位较为明显，变形缝处非贮水区隔，且有充分工作面施工，工程得以顺利进行。但如果是大型贮水池体壁板、底板处渗漏，修复工作将影响水厂的正常运转，影响巨大。防患于未然，从设计、施工开始规范对待才可以尽量避免此类情况发生。

参考文献、

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关键词 污水厂 水池结构 裂缝 控制措施

中图分类号：TU992 文献标识码：A

随着我国经济建设的不断发展，我国城市化和城镇化也将随之加快发展步伐。人类环保意识的普及和对环境要求的不断提高，环境污染问题已经引起了社会和国家的高度关注，治理环境污染将是未来社会发展中的重要目标之一。

1 工程概况

某污水处理厂日处理污水20万立方米，污水处理采用脱氮除磷工艺，深度处理采用高效沉淀池+滤池+二氧化氯消毒工艺。水池面积比较大，要求混凝土强度等级及抗渗等级较高，结构复杂泵送施工，难度较大。

2 污水处理厂水池结构设计特点

水池结构作为污水处理厂的关键构筑物之一，应具有较高的防水性能、防腐蚀性能、抗渗透性能和抗压性能等。污水处理厂设计是一个综合型机枪的系统工程，设计众多学科和部门。对于设计人员来说，污水池结构设计除了要做一般的荷载计算、强度计算、抗震计算、抗裂度计算、裂缝宽度验算以外，还要考虑其污染源的防腐设计、抗渗透设计、抗冻设计等特殊要求。

3 结构设计中产生裂缝的原因分析

（1）结构设计人员在设计中往往会片面的强调混凝土结构的抗压强度和抗渗等级，造成片面的提高混凝土的强度等级或增加水泥的用量，进而导致水化热的增加和混凝土收缩变形的增大，最终导致混凝土结构裂缝的产生，破坏水池结构的抗渗性能。（2）在变形缝结构设计中，由于设计员对规范理解不够透彻，主观臆断忽视实际，按照相应的国家规范及图集要求，不能合理地设置水池结构的变形缝。受到外界条件发生变化时，造成了水池结构就难以适应变形的需要，从而产生裂缝。（3）在对水池结构进行构造钢筋设计时，并没有按矩形水池和圆形水池分包进行合理的构造配筋，将会造成贯穿裂缝的后果。（4）设计过程中最不利荷载组合选取的不当，当结构受到最不利荷载组合时则会造成水池结构产生裂缝甚至破坏。（5）构件锚固长度过长、构件布置过密、设计拉钩筋或者钢筋类型设计的不合理等水池结构中预埋件设计的不合理，都会造成混凝土在振捣过程中难以密实，从而导致预埋构件与混凝土结构之间产生裂缝。（6）在水池结构设计中忽略了地基对池壁混凝土收缩变形的约束条件，如果水池处于坚硬的基础上，当外界条件变化时，池壁混凝土结构将产生变形，同时坚硬的基础也约束了池壁混凝土结构的变形，其产生的应力大于混凝土抗拉强度时，在应力最大的地方就会产生裂缝。

4 结构施工产生裂缝的原因分析

（1）水池结构在施工过程选择在高温季节中，由于夏季太阳直射高温，环境温差较大，并且洒水养护不及时，产生了不均匀不规则裂缝。（2）施工过程中，没有严格按照设计图纸要求控制好水灰比和水泥用量，造成水化热过大，促使水池裂缝出现的概率大大的增加了。（3）在施工该过程中，没有严格控制或忽视了混凝土的质量、没有注意钢筋保护层厚度、混凝土坍落度或者混凝土振捣不密实等，都可能导致水池池壁裂缝的产生。（4）在施工过程中忽视预埋件表面的锈蚀、油污的清除，产生形成裂缝或者缝隙。（5）施工过程中变形缝止水带一般为橡胶止水带或者钢边橡胶止水带，由于止水带设置偏移位置或者不顺直等造成与混凝土的粘结不紧密，形成了缝隙的出现。

5 采取有效治理措施

主要根据从设计过程和施工过程中的不同阶段的影响因素，对污水处理厂的水池现存的缝隙问题提出了相应的防治措施合解决对策方案。

5.1 在结构设计过程中控制裂缝的措施

控制好水池的各种变形缝位置和混凝土结构的施工缝能有效地防止渗透和裂缝的发生。水池类构筑物并不能保证不会开裂，对于设计人员来说，重要的是做好裂缝的控制。一方面设计人员要事先对可能的不利因素及其影响予以预防，在结构设计过程中采取的控制裂缝措施有：（1）设计中应合理的选择混凝土的强度等级和低水化热、抗渗性能好的的水泥种类，同时还应严格控制每立方米混凝土水泥的用量，以减少水化热的释放量，减少收缩变形，能有效地控制裂缝的发展。（2）严格相关国家规范设计伸缩缝或沉降缝，以免当外界条件变化时，结构内产生不均匀的应力，当应力达到一定程度时形成裂缝。（3）在同一方向尽量使用相同或相近直径的钢筋，能够很好的防治裂缝的产生。（4）在水池结构的设计过程中，对于有穿墙套管的水池设计应充分考虑穿墙套管的数量及位置，以免在施工过程中造成施工错误后开凿添加。（5）钢筋混凝土水池在结构设计时还应该进行抗裂度验算和裂缝宽度的验算。（6）应根据水池的形状和大小选择相应的构造配筋和施工缝，如对温度荷载和湿度荷载比较敏感的地面式矩形水池池壁，为了避免池壁贯穿裂缝的出现，水池水平方向没测的构造配筋率以不低于0.15%为宜。对于圆形水池池壁幻想最小构造配筋率，外侧不低于0.35%，内侧不低于0.15%。（7）在水池设计中，还应考虑各种类型的荷载组合方式，找出对水池最不利的荷载组合，利用最不利组合进行设计和分析。

5.2 施工过程中防止渗漏的措施

（1）不宜选择在高温季节施工，减小高温环境温差产生的温度变形，防止裂缝的出现。（2）施工过程中，应严格控制水灰比和水泥的用量，以免水化热过大，加大结构裂缝出现的概率。（3）施工过程中，应严格控制混凝土的质量、混凝土钢筋的保护层厚度、混凝土的坍落度等，同时可以对混凝土进行多次振捣或者复振以提高混凝土的密实度。选用合适的养护措施，提高混凝土的抗拉或抗裂强度，能够有效地防止裂缝的发展造成贯穿裂缝形成。（4）施工中必须对预埋构件表面锈蚀、油污进行清除，以保证混凝土和预埋构件之间的紧密粘结，防止形成裂缝。（5）在对变形缝的施工中，可以采用加强带替代措施减少裂缝的产生，保证施工的连续性。（6）目前工程建设中变形缝止水带为橡胶止水带和钢边橡胶止水带，施工时可以固定好止水带位置防止止水带发生偏移，，振捣时注意止水带底部混凝土的振捣距离和复振次数，以保证止水带和混凝土的密实粘结，以免漏振造成漏缝的产生。（7）施工过程中应避免施工缝处渗漏，可以通过该剧施工面的剔凿方式，采用不同种类施工缝加强方式（如钢板止水带、不同的形式的企口缝或者多种方式结合），调整施工缝连接处材料的成份等方式来加强接缝处的粘结强度。

6 结论

本文针对污水处理厂水池构筑物的特征，从设计和施工等不同角度介绍了混凝土结构裂缝产生的原因，分析指出了即将开工的工程中应根据工程特征和环境条件，综合利用多种关键施工技术来指导施工过程中的裂缝产生的控制。

参考文献

[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2] 张柏成，王建华.污水处理厂中水池结构设计要点的分析[J].工程建设与设计，2011（3）.

[3] 钟颍川，朱仲文，胡军伟.环形超长无缝混凝土结构施工的关键技术研究[J].建筑施工，2011，33（2）.

[4] GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].

[5] GBJ50010-2002，钢筋混凝土结构设计规范[S].

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1.土建工程概况

1.1 工程规模

工业水系统工程包括一座产水量750T/h的XB-Ⅱ型水旋澄清池；一座建筑面积近200m2的三层控制楼，两个泵站总面积约210m2，一个沉淀池(原鱼池)。水旋澄清池和控制楼位于坝前800m，河东岸，距岸边100m处的台地上，1#泵站位于鱼池西侧河堤岸上，2#泵站位于鱼池东北角上。

1.2 工程地质情况

由勘测报告可知，水旋澄清池和1#泵站地基为弱风化的红色砂岩，地表风化的沙砾石层厚约0～1.2m，红色砂岩抗压强度为40MPa(干)～20MPa(湿)，地基承载力很高。2#泵站地基为粉沙土层，地基承载力15T/m2。

1.3 设计基本资料

(1)气温：年平均气温为8～11℃，全年以一月份最低，7月份最高。极端最高气温为48.5℃，极端最低气温为-30.6℃。

(2)冰冻期为每年10月至次年2月，约5个月时间。

(3)多年平均降雨量为208mm，年蒸发量为1500mm。

(4)风速：最大风速22.2m/s，基本风压70Kg/m2。

(5)地震烈度：基本地震烈度为7度，设计烈度8度。

(6)设计依据：《给排水工程结构设计规范(GBJ69-84)》；参考《水工钢筋混凝土结构设计规范》；参照该电厂工业水系统工程建筑结构及工艺。

2.建筑结构设计

2.1结构计算说明

2.1.1水荷载：按工艺设计，水旋澄清池处理水的最大含泥量为100Kg/m3，计算内水压力时，相应的水容重取106t/m3。

2.1.2温度荷栽：考虑到气温和水温存在的误差，同时考虑发电厂的设计和运行情况，按池壁内外5℃的温度差计算温度应力，对池壁进行内力计算。

2.1.3其它荷载：包括结构和设备自重及活荷载，规范规定的其它相关荷载等。

2.1.4结构计算：包括地基承载力计算、池壁内力计算及配筋计算，同时还对结构进行了抗裂计算。

2.1.5抗震校核：本地区基本地震烈度为7度，设计烈度8度，本水池按8度校核。

2.2 结构设计说明

2.2.1 水旋澄清池：水旋澄清池为圆柱型钢筋混凝土结构，内径14.5m，净高8m，池壁厚400mm，池地板厚200(400)mm，池壁外侧设计加气块保温层，厚度400mm；保温层外侧砌护360mm砖墙。水旋池顶部设计5.9m高砖混结构圆型房屋，屋顶结构为轻型钢屋架，镀锌材板金属屋顶。

2.2.1.1设计±0.00相当于绝对高程1168.2m。

2.2.1.2设计基础埋深-5.15m，呈圆台型，直径18300mm，采用100#毛石混凝土灌筑。

2.2.1.3 池底顶面标高-1.25m，直径小于10700mm处，设计厚度200mm，配筋为上下双层，辐射筋φ12@200，环向筋为φ12@150；直径大于11500mm处，设计厚度400mm，配筋为上下双层，辐射筋φ16@200，环向筋为φ16@200。

2.2.1.4池底中心部位设一集水坑，深600mm，上口直径φ1880mm，下口直径φ800mm，配筋同池底；集水坑内埋设φ300mm排泥钢管。

2.2.1.5池壁厚度400mm，下部5m高范围内，竖向筋为φ16@200，水平筋为φ18@150；上部3m范围内，竖向筋为φ12@200，水平筋为φ12@150。

2.2.1.6标高6.75m处沿水池内侧周圈设计1000mm宽环形走道板，墙内圈梁断面设计为240×180mm，环形走道板根部厚度120mm，端部厚度70mm，设计受力筋φ10@150，分布筋φ6@250。

2.2.1.7标高8.05m处设计宽3000mm的径向(南北向)走道，由两道跨度14900mm，断面400×1200mm的大梁支撑，大梁底部受力筋为单排6根φ28的螺纹钢，φ8@200四支箍筋；板厚100mm，配受力筋φ10@140，分布筋φ6@250。

2.2.1.8刮泥机支座位于8.05m标高走道中部，水池中心、大梁跨中挑牛腿位置。

2.2.1.9水池上部5.9m高的砖混结构房屋，作为工艺安装、检修空间，以及操作、运行观察室之用。

以上结构均采用C25水工混凝土，抗渗标号S6，钢筋Ⅰ级(φ)为圆钢，Ⅱ级(φ)为螺纹钢。

2.2.2控制楼：控制楼为三层砖混结构楼房，高度15m，平面尺寸9.48m×6.48m，层面标高分别为-2.15m，1.0m，8.05m。底层地下室布置进水管路、加药管路、刮泥机水管及控制阀、仪表等；二层为加药操作间，并用于储存药物；三层为控制值班室，设操作盘及化验台等，并设有两个溶药箱。

2.2.2.1 ±0.00相当于绝对高程1168.2m。

2.2.2.2 设计基础开挖深度-3.25m，为条形基础，垫层宽度2100mm，基础宽度1900mm，高度350mm，配筋φ10@200，分布筋φ6@250；上部370mm宽剪力墙配竖向构造筋φ10@200，分布筋φ8@200。混凝土标号：垫层C10，条形基础C15。

2.2.2.3 每层楼板设大梁两道，断面300×600mm，配筋选自相应图集，混凝土标号C25。

2.2.2.4 圈梁、地圈梁截面尺寸为360×300mm，配筋6φ14，φ6@250，转角加筋参照NG001-结A-9；楼四角构造柱截面尺寸360×360mm，其余六个构造柱截面尺寸240×240m，配筋4φ20，φ8@200，混凝土标号均为C15。柱与墙体拉结做法参照XBG-911(-)-3。

2.2.2.5 电气部分：二、三层屋顶各挂40W日光灯管6个，底层顶挂60W防水灯6个，电源总进线从室外3.0m高处架空引入。所有开关插座均暗装，开关距地1.4m，插座距地0.3m。

2.2.3 1#泵房：建筑面积21.36 m×6.36m，设计安装2台12SH-B型水泵，用于从河里抽水向水旋池供水。±0.00为1156.33m，基础开挖至1155.47m，采用C20钢筋混凝土条形基础，构造配筋φ10@200，箍筋为φ8@200；主体为砖混结构平房，净空高度5.08m，设计3道300×500mm大梁，受力筋为4根φ22螺纹钢。梁底悬挂一台2T电动葫芦，靠近河侧设计一个钢结构吸水管支架。

2.2.4 2#泵房为半地下式，建筑面积21.0m×5.4m，设计安装4台8SH-9A型水泵，用于从沉淀池抽取净水供机组冷却用；安装1台2寸泵，作为水旋池溶药箱水源。±0.00为1157.2m，基础开挖至1153.75m，采用C20构造配筋条形基础。主体为砖混结构平房，净空高度4.6m，设计240mm隔墙一道，300×500mm大梁3道，将泵房分为5间。大梁配受力筋为4根φ22螺纹钢。梁底悬挂一台2T电动葫芦，靠近沉淀池侧设计一个小型钢结构吸水管支架。

2.2.5泵坑吸水池：在2#泵房西侧沉淀池内设有一个吸水池，作为2级泵的抽水泵坑。泵坑为钢筋混凝土结构，水池长15m，宽3m，净深2m。底板厚200mm，配筋φ8@250，φ8@250，并布置8个φ100滤水管；壁厚300mm，配筋φ12@200，φ8@250，池壁顶面高程与沉淀池底面高程齐平，水池混凝土标号为C20。

2.2.6沉沉池：是工业水系统的中间蓄水池，总面积约18000m2，平均深度2.2m，总容积39600m3，在沉淀池西南角(水旋池出水管口)设防冲刷护坡。

3.工艺设计

3.1 方案选择

根据可行性研究报告选定的方案，要求设计一座产水量750T/h的水旋澄清池。对比分析后确认XB-Ⅱ圆柱型水旋澄清池，适用于该地区河流所具有的夏季高浑浊度、高泥沙含量及冬季低温度，低浑浊度的地表水水质净化处理工艺，其出水浊度根据需要可控制在200mg/L以内。

一般采用聚丙烯酰胺作助凝剂，三氯化铁或硫酸铝作混凝剂，也可以根据市场情况作调整。药剂在水旋澄清池进水管喷嘴前端先后设投药管加药。

3.2 工艺设备

水旋澄清池内安装的工艺设备有进、出水管，混合室、反应室，分离室，出水槽，刮泥机等。混合室、反应室、出水槽均为钢板制作，分离室内的蜂窝斜板为波形塑料板制作，中心传动刮泥机型号为CG-145DT。

反应室为圆筒形结构，平均直径约1.5m，高度6m，用6mm厚钢板焊成型；混凝室为上小下大的锥形，上口直径4600mm，下口直径12000mm，由8mm厚钢板制作。分离室上部清水区装置蜂窝斜管以缩小澄清池直径，下部泥渣沉降区设置相应的斜板，混凝室底部泥渣浓缩区考虑了分离室和混凝室的全部产泥渣量。中心传动刮泥机将泥渣由中心排泥管排出。在出水渠上设置量水薄堰作为计量设备。

澄清池进水管为φ500钢管，由1#泵站进入控制楼，加药后由控制楼进入水旋池。出水管为φ500钢管，直接将净水排到沉淀池。排泥管为φ300钢管，泥渣排向黄河。进、出水及排泥管在室外均采用地下敷设。

3.3水处理工艺流程

在进水管喷嘴前加药后的原水，由喷嘴沿切线方向射入混合室底部快速混合筒里，药剂和原水急剧混合后旋流向上，由混合室顶部的旋流配水口导入混凝室上部；混凝室上小下大，水流旋转速度在其中由快变慢，混凝室上部装置25×25目的镀锌铁丝反应网，旋转水流与铁丝网接触后，在水体内形成大量的微旋涡，从而使药物在旋转运动中获得良好反应，充分凝聚、接触、吸附；水流由混凝室下部自下而上进入分离室，混合后的泥渣在混凝室及分离室底部浓缩、沉淀，由刮泥机导入排泥坑，打开排泥阀定期排放。分离室下部装设斜板，上部设蜂窝斜管，以缩小澄清池直径，降低出水浊度。澄清水经过分离室清水区辐射状集水槽汇流，经出水管路排入沉淀池。

3.4工艺数据

3.4.1原水在澄清池总停留时间为0.8～1.2小时；快速混合室停留时间为30～40秒。

3.4.2混凝室的反应及絮凝沉降区部分按设计流量停留15～20分钟的体积设计；混合室及反应室泥渣浓缩区体积设计与所加助凝剂品种有关，一般按原水100%泥渣量浓缩1小时所需体积设计；泥渣回流量按产水量的20～30%设计。

3.4.3进水管喷嘴水流喷出速度采用2.5m/s左右，混合室上部旋流配水出口流速采用0.10m/s，混凝室锥壁为(与水平角度)500-550。

4.施工总结

4.1施工情况

工程于2006年5月10日放线开工，安装工程于10月10日完成，土建工程于11月15日竣工。

4.2工程变更

工程施工中细小变更较多，此处仅就对造价、结构及运行影响较大的变更加以叙述。

4.2.1控制楼基础设计开挖至1164.95m，因遇沙土层，实际开挖至1163.45m，比设计深挖了约1.5m，采用C10毛石混凝土浇筑至设计标高。

4.2.2控制楼二层加药平台及搅拌器取消，将溶药箱布置在一层，1.00m标高楼板相应部位预留1600×800mm加药孔口，加药口四周设梁及预埋件。

4.2.3水旋池环形走道板跟部厚度由120mm变为150mm，配筋不变；圈梁断面由240×180mm变为240×300mm。