清水池在城市给水工程中的应用

2010-08-15曲向渊

山西建筑 2010年8期

曲向渊

清水池是给水工程的重要构筑物之一,它在给水工程中起着调节用水量的作用。过去清水池仅用于工业和民用的水厂建设,随着城市建设的不断发展和人口的日益增长,给水的供求矛盾日益加深,特别是对多、高层建筑来说,城市给水的水量和水压往往不能满足要求,所以清水池也广泛应用于城市的区域局部加压供水工程。

虽然清水池的功能和生产流程是由工艺设计来确定的,但任何一个工程,只有工艺设计还不足以付诸实施,还必须有合理的结构设计和良好的施工质量。清水池也是如此,结构设计和施工质量直接关系到给水工程的安全性、适用性和耐久性。

另一方面,由于清水池是形状较为复杂的空间薄壁结构,它对抗裂抗渗性、防冻保温性和防腐性都有较严格的要求,对于温度作用、混凝土收缩、地基不均匀沉降等不利条件的影响,也要加以周密细致的考虑。所以清水池在结构设计和施工中有其特殊性。

1 清水池的结构设计

清水池工艺设计确定之后,就可以进行结构设计了。清水池的结构设计包括:强度计算、抗浮稳定验算和抗裂度或裂缝宽度验算。

1.1 地下式或半地下式清水池强度计算时的荷载组合

1)闭水试验时的荷载组合包括:结构自重及池内满水压力;2)使用阶段的荷载组合包括:a.结构自重、活荷载、池内满水压力、池外水压力及土压力;b.结构自重、活荷载、池外水压力及土压力。

1.2 结构抗浮稳定验算的荷载组合

结构抗浮稳定验算的荷载组合包括结构自重、覆土重及浮托力。

1.3 抗裂度和裂缝宽度验算的荷载组合

1)抗裂度验算的荷载组合,应根据强度计算的各种荷载组合确定,凡使构件受力状态为轴心受拉或小偏心受拉时,均应进行抗裂度验算。2)裂缝宽度验算的荷载组合,应取强度计算时使用阶段的荷载组合。在通常情况下,清水池池顶仅考虑2 kN/m2的活荷载以及0.5 m～1.0 m的覆土自重。随着城市建设的发展,高层建筑层出不穷,由于受到场地条件的限制,清水池往往设于道路或建筑物之下,就出现了非标荷载清水池。另外在结构设计时,清水池钢筋直径和间距的选用也很重要,应尽可能选用小而密的钢筋,这样有利于抗裂。同时清水池角部也是薄弱环节,需要加强。

2 抗渗防水要求

清水池属于地下构筑物,对它的抗渗防水要求很高,这种防水要求主要表现在以下两个方面:1)考虑清水池一旦渗漏而对周围建筑物产生的不利影响;2)考虑清水池周围的地下水、污水管、化粪池等对清水池水质的污染影响。为此,规范对水池类构筑物提出了较高的设计措施要求,无论是一般地区还是湿陷性黄土地区,都明确了水池与水池之间、水池与建筑物之间以及水池与污水管、化粪池等构筑物的防护距离要求。

在实际工程中,我们对清水池防水处理的基本方法是以池体自防水为主,其他防水为辅,池体自防水与多道防水防线相结合的方法。对于清水池的自防水,主要是通过提高池体混凝土密实性来实现抗渗的。通常通过实验来选择混凝土最佳颗粒级配,并限制水灰比不大于0.55,水泥用量控制在300 kg/m3～350 kg/m3混凝土,混凝土抗渗等级控制在S6～S8。

另外,在混凝土中掺入外加防水剂也是混凝土自防水常用的方法。我们在自来水公司五水厂5 000 t清水池设计中,池体混凝土中掺入HE型高效防水剂,效果显著,其掺量仅为其他同类型防水剂的一半,所以也是比较经济的。

对于多道防水防线,通常是这样考虑的:1)池体内壁粉刷20厚1∶2水泥砂浆,并采用五层做法的施工操作程序;2)外壁防水层,可以采用高分子卷材或涂膜防水材料防水;3)池体外回填土采用素土或灰土分层夯实,压实系数不小于0.93。

总之,清水池的抗渗防水也是一个较复杂的问题,在具体的工程中,我们要根据实际情况来选择一道或多道防水措施。要根据清水池的容量、重要性、地质条件以及清水池与周围污染源和建筑物之间的距离等因素,并结合当地的建筑经验来综合考虑。

3 清水池在施工中经常遇到的问题

清水池是地下构筑物,通常埋深较大,加之地下水的影响,必然出现基坑的支护问题。另外,清水池通常是现浇的箱形结构,受施工条件的影响,不可能一次浇筑完成,所以必然出现施工缝的问题。

对于基坑支护,可根据场地条件、地质条件和地下水位等因素,采用不同的支护形式。在施工场地受到限制的时候,我们可以利用支护结构作为池壁的外模。例如,在华宇大厦给水工程中,由于施工场地狭窄,所以就利用支护结构的外壁并找平,作为清水池的外模板,这样就大大节约了基坑的开挖量,节约了投资。

对于施工缝,可以设在以下部位:底板与池壁相连加腋的上部200 mm～300 mm处;顶板与池壁相连加腋的下部200 mm～300 mm处。通常顶板和底板不留水平施工缝,壁板不留垂直施工缝,必须一次浇筑完成。但大容量的清水池,当平面尺寸超过25 m时,除了按上述部位留设施工缝外,还要留设后浇带变形缝,它贯穿于顶板、底板和壁板。

例如,在平定县城供水工程中,清水池容量为4 000 t,平面尺寸为29 m×29 m,属于超长水池,我们在水池中部设置了一条1 m宽的后浇带,它沿顶板、底板和壁板贯通设置,原有钢筋不断开,在后浇带的壁厚中部,设置了3×400 mm的钢片止水带,后浇带两侧的混凝土做成阶梯形,以便止水钢片下部清洗和浇筑混凝土。在清水池混凝土达到设计强度后,粉刷抹面之前,对其进行了闭水试验,后浇带部位无任何渗漏现象,满足质量验收标准的要求。

4 清水池的保温防冻

根据不同地域,清水池的覆土厚度一般在500 mm～1 000 mm之间,对于全地下式清水池,如果再考虑一定厚度的覆土,基坑开挖势必很深。为了减少开挖量,在场地许可的情况下,清水池往往做成半地下式,这时地面以上的外露部分就需要保温。过去,我们的做法是将清水池整个外露部分用土覆盖,这样会堆成一个土包,既占地方又不美观。现在,我们的做法是做保温墙,利用空气层来保温。例如,在平定县城供水工程中,我们利用240厚砖墙并与池外壁间隔120 mm的空气层,这样既起到了保温的作用,又节约了用地,并且比较美观。