水厂建设与水池结构设计论文

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摘要：水池结构的设计有其特定的技术要求,如防腐抗渗等。设计时,先要进行各种不同的荷载组合,其次要进行强度计算、抗裂度和裂缝宽度验算等。只有这样才能保证水池结构设计的技术与经济合理性。笔者针对水池结构的特点,从设计与施工两方面,就水池结构的关键技术措施及方法进行了介绍,探讨保证水池结构设计技术的经济合理及施工的安全有效进行的方法。

关键词：水池结构；设计；施工

1水池结构的设计

1.1结构设计应符合的规定

各种结构类别、形式的水池均应进行强度验算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件,决定是否验算结构的稳定性。钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度的验算。在荷载作用下,构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态时,应进行抗裂度验算,在使用阶段荷载作用下,构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时,应进行裂缝宽度的验算。预应力混凝土水池还应进行抗裂度验算。

1.2荷载及荷载组合

（1）各种荷载。

水压。这里指池内水压,是水池的主要荷载之一。现在习惯上将水池按满水来计算水压。这是因为:一方面很可能存在误操作而造成满池;另一方面今后工艺上有可能挖潜而超过原设计水位。

土压力。池外有填土的水池,土对池壁的侧压力通常用朗肯理论计算土的主动压力。但土的侧压力变化因素很多,如回填土的密实度、粘结力、内摩擦角等。实践证明,用朗肯理论计算主动土压力偏于安全。

地下水压力。地下水压对水池底板的托浮力是威胁水池底板安全的一种主要荷载,设计时应予以重视。为了抵消地下水对底板的影响,在用无梁板作为底板时,其最经济有效的办法是以池底浮土来平衡,而采用增加结构自重的方法是不经济的。当地下水位低于池底而不考虑地下水压时,需采取措施排除地表滞水。

温、湿度荷载。由于环境的影响,造成结构物产生温度或湿度的变化,从而引起结构物体积变化,当这种体积变化受到约束时,就会产生应力。通常将温度差及湿度差称之为温、湿度荷载。

（2）荷载组合。

①水压+自重。这是水池结构设计的基本组合。

②水压+自重+冬季温差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当壁面冬季温差的绝对值大于夏季壁面湿差(化为等效温差)的绝对值时,这种情况是最不利的组合。

③水压+自重+湿差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当夏季壁面湿差(化为等效温差)的绝对值大于冬季壁面温差的绝对值时,这种情况是最不利的组合。

④土压+自重。这是指池外有覆土的水池,当有地下水时还应包括地下水压,这种组合是水池荷载的基本组合之一,当水池建成后运营前以及水池放空期间均属此种荷载组合情况。根据上述几种情况,可归纳为如下两类:a.无覆土的水池,池壁的荷载应取上述四种组合的最不利情况求得内力。b.有覆土的水池,可不考虑2)和3)两种组合。

1.3截面设计的关键性问题

（1）强度设计的安全系数。

①水池顶盖强度设计的附加安全系数。顶盖所承受的荷载是自重、覆土重、活载等,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,其变异性较大,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。池壁主要承受土压和水压,水深一般取满池计算,水的容重差别极小。土压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,且变异性很小,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及均布荷载均偏大。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。

（2）关于裂缝问题的探讨。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3m～4m设伸缩缝一道。

（3）构造配筋。水池池壁的构造配筋,宜按矩形和圆形水池加以区分。对于地面式矩形水池池壁,因对湿差和温差的影响甚为敏感,为避免产生贯穿裂缝,池壁水平向的最小构造配筋率每侧不小于0.15%为宜。对于无顶盖的水池往往在池壁顶部先开裂,宜在顶部每侧放置不小于2根Φ16的水平向钢筋。对于圆形水池池壁的环向最小构造配筋率,其外侧的最小构造配筋率不宜小于0.35%，内侧不宜小于0.15%，对于外池有覆土的水池池壁,其内、外侧宜对称配置,但全截面总配筋率不宜小于0.3%。水池底板最小构造配筋率,对于无顶盖的敞口水池,其底板上层钢筋的最小构造配筋率不宜小于0.15%，其下层配筋率及有顶盖的水池底板配筋率不小于0.1%。

（4）经济配筋率。对于矩形水池,当上端自由,下端固定的竖向截面池壁时,其最大配筋率在0.8%左右尚属经济。其他矩形水池的池壁,某一界面的最大配筋率可达到1.0%左右亦属经济范围。

2水池结构的施工

2.1水池底板施工要点

(1)混凝土垫层(基础)浇筑前,应检查地基土质是否与设计资料相符合,如有不同,则应该针对不同情况加以处理,然后再浇筑混凝土垫层。(2)混凝土垫层在浇筑完毕后的1d～2d(视施工时的温度而定)，在垫层面测定底板中心,然后根据设计尺寸进行放线,定出柱基及底板的边线,画出钢筋分布线,依线铺放绑扎钢筋,接着安装柱基和底板外模板。(3)钢筋绑扎时,应详细检查钢筋直径、间距、位置、搭接长度、上下层钢筋的间距、保护层及预埋件的位置和数量,均应符合设计要求。上下层的钢筋要用铁撑(马凳)加以固定,防止在浇筑混凝土时发生变位。(4)柱基模板是悬空架设,下面用临时小方木撑在垫层上,边浇混凝土边取出小方木。(5)底板应一次连续浇筑完,不留施工缝。施工间歇时间不得超过混凝土的初凝时间。平板厚度在20cm以内可用平板振动器,厚度较厚时,则采用插入式振动器。(6)池壁为现浇混凝土时,底板与池壁连接处的施工缝可留在基础上口20cm处,如设计要求有止水钢板,在浇捣混凝土前,应将止水钢板安放固定。(7)混凝土浇筑完毕后,其强度尚未达到1.2MPa时,禁止振动,不得在底板上搭设脚手架,安放模板或搬运工具,并注意对混凝土的养护。(8)遇特殊情况需留施工缝时,应做成垂直的结合面,并注意结合面附近混凝土的密实。

2.2混凝土浇筑

水池混凝土一般可采用分节浇筑和连续浇筑。池壁分节浇筑的顺序:基础底板→池壁→环梁→顶盖。池壁连续浇筑的顺序:基础底板→池壁→环梁及顶盖。

2.3防水层施工

水池内防水层施工按水塔内防水层施工进行。水池外壁一般喷涂沥青防水层。用作防水层的沥青必须符合规定标准,施工前应检查是否合格。施工前应将池外壁洗刷干净,先涂冷底子油,然后涂热沥青两道。

参考文献

［1］王增长.建筑给排水工程［M］.北京:中国建筑工业出版社,1998.

［2］张靖静.水池结构设计概要分析［J］.山西建筑,2005，31(22):67268.