钢筋混凝土矩形水池结构设计分析

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【摘要】矩形水池因自身性能尧结构尧质量具有十分特别的优势，逐渐成为提高水资源利用效率的重要装置。本文对钢筋混凝土矩形水池的结构设计进行探究，明确水池选择尧内力计算尧地基处理以及防渗透处理方面的特点，在此基础上深入探究AAO生物反应池结构设计要点，希望为钢筋混凝土矩形水池结构设计的优化提供科学参考。

【关键词】钢筋混凝土;矩形水池;结构设计

钢筋混凝土矩形水池被广泛应用于公用、农业、工业等领域的建筑施工、污水处理、给排水中。因此，为满足时展对钢筋混凝土矩形水池的工艺要求，设计人员需要从水池结构的建造标准入手，切实优化水池结构设计，从而为项目创造更加可观的经济效益与环境效益。

1钢筋混凝土矩形水池结构设计

1.1结构设计总体原则。为避免混凝土矩形水池出现开裂问题，在结构设计中应注重先进理念的应用，严格按照“高标准严要求”进行设计优化，同时控制好主观因素对结构设计效果的影响，始终结合工程材料更替周期，选取最佳的结构设计方案，保证设计与施工的安全适用性与经济合理性。此外，矩形水池超长结构是重点设计内容，需要选择科学合理的手段来降低工程成本，为矩形水池长远应用奠定坚实基础。1.2水池的选择顶板、池壁与底板是混凝土矩形水池的主要结构，可分为全地下、全地上、半地上三种埋深形式。在对其进行结构设计过程中，专业人员应根据场地实际情况、结构性能特点、建造工艺要求等进行全方位、多角度的考量。一般情况下，矩形水池的场地利用效率最高，施工技术简单，将多个水池组合在一起或是加盖房屋，会进一步增强矩形水池的结构设计效果，对工程效益的提升具有重要意义。1.3计算水池内力。底板、池壁的内力计算与顶板内力计算是分开的，敞口式、顶板独立的矩形水池池壁视为三边顶端自由连接；顶板封闭式矩形水池的底板与池壁视为铰接。一般情况下，水池底板厚度为池壁厚度的1.2~1.5倍，地基为软土的水池池壁与底板之间使用的是弹性固定支撑[1]。1.3.1底板内力计算。矩形水池底板内力受到地基反力的影响，使得池壁间距会对底板反力分布情况造成不同程度的影响。因此，在计算矩形水池底板内力的过程中，首先，考虑池壁刚性角度重叠长度与池壁间距的关系，避免间距过大造成池底发生变形，必要时可采用静力平衡法避免反力分布不均匀移动现象的发生。其次，地下水位高度小于水池底板高度时，地基压缩性就会呈现均匀变化状态，此时可计算小面积的水池地基反力来完成底板内力的计算。最后，当矩形水池底板与悬臂板结构较为相似时，可采用剪力计算悬臂板，对于等截面水池底板则应按照直线上内力分布情况计算地基反力。此过程主要是根据变截面、等截面两种地基反力分布情况计算相应的水池底板内力。此外，对于多跨连续板则应沿着宽度或是长边计算底板内力，同时按照双向板计算四边的传递弯矩与简支，从而将钢筋混凝土裂缝控制在0.2mm以下。1.3.2池壁内力计算。对于钢筋混凝土矩形水池来说，池壁内力是其内力计算的又一重要环节。在对池壁内力进行计算时，若池壁长与高的比值不小于3，应在较长的池壁取宽为1m的板作为计算单元，且这个计算单元内力计算的方向应与单板垂直方向相一致；当矩形水池池壁长与高的比值为0.5~3时，则应按照荷载在双向板上的传递特征，计算两个传递方向上的内力。因此，设计人员在进行钢筋混凝土矩形水池结构设计时，考虑温度、湿度荷载以及其他因素便可明确池壁内力，以此将工程裂缝控制在一定范围内[2]。1.4处理水池地基。在建设钢筋混凝土矩形水池的过程中，经常会遇到厚度不等的软土层，在一定程度上导致水池底部受力不均，矩形水池在一定反力作用下，会出现变形、结构破坏等问题。因此，矩形水池地基处理主要是解决地基承载力不高的问题，最终将土层不均匀沉降程度控制在一定范围内。在以往处理矩形水池地基时，采用预制桩、灌注桩等增强软土层地基的强度，但会增加工程成本，并且环境效益低。近些年，水池地基处理主建筑•节能要运用的形式为复合地基、填强夯法，其中复合地基处理法主要增强地基竖向强度，使得荷载分布在天然地基土与竖向增强体上。通常情况下，采用碎石桩、灰土挤密桩等柔性桩来增强桩基设计效果，对于桩数较多、地基布桩原理为成片分布的复合地基，需要进行静载荷试验来确定地基的承载力，同时进行单桩静载荷试验可进一步增强复合地基的黏结强度。在浇筑基地的混凝土之前，需要做好施工现场的勘察工作，计算出不同土质情况下垫层的底板中心，将模板架空进行混凝土浇筑，混凝土外部使用沥青来防止水泄漏。转角处是钢筋混凝土最长出现裂缝的部位，较大的裂缝会严重影响水池整体质量，因此需要将“暗梁”“暗柱”设置在底板、池壁、转角交接处，以此较少结构设计的薄弱环节。暗梁的高度应大于矩形水池池壁的厚度，受力水平钢筋应大于内外侧的配置，从而为钢筋混凝土矩形水池的结构设计优化奠定良好基础。1.5水池的防渗透处理。钢筋混凝土矩形水池被广泛应用于各个领域的水资源处理工程中，对于污水处理厂的钢筋混凝土矩形水池结构设计还应加强防渗透与防腐处理效果，以此保证水池能够以良好的性能投入使用。相关研究表明，防渗透能力不强的水池会造成地下水水发生二次污染，由于污水处理厂的水源来源复杂，对水池防渗透处理有着较高要求，针对新建矩形水池：①合理选择水泥材料与骨料级配，严格控制水泥的配合比，提高钢筋混凝土质量；②将模板、基层浇水湿透后，再进行混凝土的浇筑与振捣，进而保证工程质量，注意控制水泥的养护时间，避免早期脱落造成混凝土出现裂缝；③添加一定量的添加剂提高混凝土的综合性能，保证水池防渗透能力[3]。对于污水处理厂矩形水池：①将一定量的防护料加入混凝土表面孔隙中，如在混凝土表面使用有机硅材料，使得混凝土表明形成保护层杜绝水质渗透；②在混凝土表面涂抹高效的防护材料，避免水池内水质与外界水质发生交换，如使用环氧、聚氨酯增强酸性水质环境水池防渗透与防腐性能，使用环氧增强碱性水质环境水池防渗透与防腐性能，注意涂料需定期维护；③在钢筋混凝土外部贴能够隔绝外界水质的花岗岩、耐酸砖等，注意块材间的厚度控制在30mm以内，并做好勾缝处理，以此保证水池防腐、抗渗性能。

2AAO生物反应池结构设计要点分析

以污水处理厂的AAO生物反应池结构设计为例，为进一步提高钢筋混凝土矩形水池的应用效果，需要结合污水处理厂的处理效率与效果，运用生物反应池来减少污水处理能耗，充分发挥出AAO生物反应池结构设计的优势与价值。2.1水池抗浮设计要点。首先，设计人员需要考虑水池的自重浮沉，结合生物反应池抗浮系数、酸化池抗浮系数、沉淀与氧化池的抗浮系数，采用压重抗浮、抗拔锚杆、自重抗浮等对矩形水池的结构设计进行优化。其中，压重抗浮主要是利用顶板覆土、底板配重对水池抗浮进行设计；自重抗浮主要是加大水池底板、池壁、顶板的自重对水池进行抗浮设计。无论是哪种抗浮设计，在顶板处覆土便可有效提高水池的抗浮系数，在顶板上运用绿植处理，可进一步增强矩形水池的生态效果。对于中间有柱子的封闭式多格水池，还应完善排水系统，避免雨水过多堆积影响水池的正常使用，保障水池使用的安全性。AAO生物反应池的池底结构如图1所示。2.2超长结构设计要点。对于长度较大的生化组合池，一般情况下采用变形缝形式将生化组合池分为两个水池或根据水池实际需要设置膨胀加强带。在此过程中，设计人员需要严格按照相关规范标准的内容妥善设置伸缩缝间的距离，在对水池设置膨胀加强带时应注意温度与湿度的控制，避免对变形缝及水池整体结构造成较大的影响。与此同时，设计人员还应控制工程所用水泥的配合比，首选水化热低的水泥来提高水池的结构设计水平，保证AAO生物反应池能够投入实际使用，并可有效避免裂缝的产生。此外，结构设计人员在掌握水池设计特点与工程造价要求的前提下，需要将壁板厚度控制在700mm以上，同时合理考虑水池底部弯矩与壁板厚度间的关系，进而保证水池超长结构具有良好的性能。

3结语

综上所述，钢筋混凝土矩形水池经过长时间使用后，损耗速度会逐渐加快，这就要求设计人员科学合理计算矩形水池的底板与池壁内力、处理水池地基，同时加强防渗透与防腐的处理，对于AAO生物反应池，还应明确抗浮设计、超长结构设计的要求，以此保证水池结构设计的合理性、经济性，促进工程环境效益与社会效益的提升。

参考文献

[1]罗志机，王宝辉.钢筋混凝土水池结构设计要点及问题探讨[J].住宅与房地产，2019（6）：108.

[2]罗瑶.污水处理厂中水池结构设计要点的分析[J].智能城市，2020，6（7）：157-158.

[3]凌保林.污水厂构筑物水池结构改造的优化设计分析[J].工程建设与设计，2019（7）：36-38.

作者:郭启志 单位:中钢集团武汉安全环保研究院有限公司