分离式连接现浇混凝土圆形清水池设计方法探讨

摘要：文章以工程实例介绍了分离式圆型现浇钢筋混凝土清水池池壁及底板的受力分析及水压力对池壁和底板连接处的影响，同时从工程施工角度对分离缝的止水措施进行了阐述。

关键词：现浇钢筋混凝土；圆形清水池；分离缝

中图分类号：TU201 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）04-0025-03

分离式圆形现浇钢筋混凝土清水池在非洲各国水厂建设中被广泛采用，这种清水池结构施工简单方便，技术难度较小，特别适用于地基土质较好、地基承载力均匀，且底板位于地下水位以上的地质情况，以笔者所施工的水厂为例，此水厂位于肯尼亚的东北部，属于高原山坡地区，是典型的非洲红土地带，土质均匀，当地地下水位较深，对圆形清水池的设计采用了典型的分离式的设计方式，在池壁和底板之间的分离缝使用PVC止水带止水，池壁下止水带两边粘贴防水膜，并在内侧角部用密封胶进行密封，现经过两年的运行，未有露水的情况发生。本文就以此清水池为例对分离式圆型现浇钢筋混凝土清水池池壁及底板的受力进行分析，同时分析水压力对池壁和底板连接处的影响，最后从工程施工角度对分离缝的止水措施、裂缝的控制进行详述，分析此类清水池结构的优缺点。

1 分离式圆形现浇钢筋混凝土清水池结构及构造

Chebara水厂位于肯尼亚西北部城市Eldoret的东北部，距离Eldoret城区大约60Km的山区地带，通过重力式管道为Eldoret提供清洁水供应。水厂位于Chebara镇外的一处山坡的坡脚缓坡上，水厂充分利用地形的高差优势，根据水处理的工艺流程，原水进入水厂后，先进入沉砂池，然后在重力作用下进入絮凝沉淀池，经过加药絮凝沉淀后，在重力作用下进入方形清水池，加完氯后的处理水通过DN600的钢管在重力作用下进入Eldoret城区管网。水厂内部的用水系统则采用动力式供水方式，用水泵将方形清水池中的水抽入整个水厂中位置最高的250m3分离式圆形现浇钢筋混凝土清水池中，所有水厂内部的用水，包括水厂内的生活用水、加药、加氯、反冲洗等均在重力作用下使用此清水池中的水。250m3圆形现浇钢筋混凝土清水池采用柔性连接的分离式结构，混凝土池底板、池壁和池有梁顶板分开施工，用uPVC竖向止水带连接池底板和池壁进行止水，池底板和池壁之间在止水带两边粘贴密封胶垫，内侧预留75mm宽的凹槽灌注密封胶。池顶板及梁、池底板和池壁的钢筋互不连接，自称体系。池底板、池壁和池顶板之间可保持相对之间的自由活动。如图1和图2：

2 分离式圆形现浇钢筋混凝土清水池受力分析及计算

圆形水池在池在水压力或土压力的作用下，池壁在环向处于轴心受拉或受压状态，在竖向则处于受弯状态，受力均匀明确，在确定圆形水池的计算简图后，可根据计算简图计算出池壁所受的环向力。需要注意的是在对水池的结构内力确定之前，要对水池的高度、直径、顶盖、池壁的厚度、底板的结构大小进行确定。通常情况下水池的高度为3.6m～6.1m，将高度确定好以后，根据容量计算水池的直径和环向拉力下的抗裂需求对池壁的厚度进行确定。混凝土底板的厚度和受力壁板的厚度要在205mm以上，顶板的厚度要在155mm以上，预制壁板的厚度可以设计为155mm。

3 混凝土圆形清水池的设计措施

3.1 水池池壁厚度和池壁的施工设计

在确定混凝土圆形池池壁的厚度时，要根据内力的分布情况和内力的大小进行确定，一般情况下可以设计成变厚或者等厚。当水池的容量在1000m3以上的时候，使用变厚的池壁会有更好的经济效果，当混凝土圆形水池的容量在1000m3以下的时候，可以使用等厚池壁。因此本工程的池壁设计为等厚池壁。当前，大多数的钢筋混凝土均使用现浇整体式池壁进行设计，只有部分工程会使用到装配整体式池壁。虽然使用这种方法可以对施工的速度进行提升，节省模板，但是使用这种方法会有比较大的钢筋焊接工作量，在进行二次混凝土灌缝施工的时候非常的不方便，无法对工程的质量进行保证，所以在设计池壁施工方式的时候，要进行综合性的分析和考虑。

3.2 水池顶盖和底板的设计

在对混凝土圆形清水池的底板和顶盖进行设计的时候，可以使用锥形薄壳结构和球形结构进行设计，使用这种方法进行设计可以在不设置中间支柱的情况下，跨越比较大的范围，因为壳体的厚度不需要太厚，所以要比平面结构更加的节省钢材和混凝土的使用量。但是使用这种方法设计底板和顶盖的时候，制作模板的时候费料费工，对施工质量也有比较高的要求，同时还需要对水池的高度进行提升。如果把水池设计成半地下式或地下式时，池顶覆土和土方开挖的工作量会非常大，为了将这个缺点克服，要尽可能的对池壁的高度进行压低，可以在不使用直线形池壁的情况下，将池底和池顶连接成蚌壳式的水池。通常情况下，分离式底板会把水池主体结构的压力和水的重力传递给地基，底板的厚度是根据构造来决定的，在使用分离式底板的时候，圆环是圆水池池壁的基础，要将其作为用来支撑弹性地基的环形基础进行计算，不过由于水池的直径非常的大，地基良好，而且在环形基础和分离式底板之间没有设计分离缝，就可以吧环形基础当做直条形的基础进行计算，这个时候要根据基础内偏心受拉构件的最小配筋率对环向的钢筋进行配置，且要在基础截面的下部和上部配置环向钢筋。

3.3 池壁内力的计算

在对池壁的内力进行计算的时候，要根据池壁截面的轴线确定出水池内力的计算直径，并根据底板、顶盖和池壁的连接方式确定池壁的计算高度。当固定壁端弹性计算内力的时候，池壁的固定端边界力和底板或顶板的垂直荷载、池壁承受的直接荷载、底板或顶板的抗弯刚度有直接的联系。所以在计算弹性固定的池壁内力的时候，确定边界力的大小是非常重要的一个环节，在确定边界力以后，然后对侧向荷载和边界力引起的内力进行计算。当温差作用于壁面产生内力时，要考虑下面三个方面：（1）沿池壁的厚度分度分布的线性；（2）当池壁的稳定度场比较稳定的时候，外部介质和内部介质的温度都相同；（3）要对因为季节温差引起的内力和变形。

3.4 底板、顶盖和池壁的连接方法

在连接底板、顶盖和池壁的时候，下端根据固定进行计算，上端根据弹性固定进行计算，使用弹性固定对两端进行计算，使用非整体对底板、顶板和池壁进行连接，要根据实际使用的构造连接方案确定出池壁两端的支撑条件。

3.5 设计池壁的截面

在对池壁的截面进行设计的时候，首先要对竖向钢筋和环向钢筋的数量进行计算，要对竖向弯矩下裂缝的宽度进行计算，要根据环拉力作用下不准有裂缝出现的要求对池壁的厚度进行计算。要根据斜截面收剪承载力的要求对池壁的厚度进行计算。

4 裂缝控制措施

通常情况下，钢筋混凝土清水池的裂缝主要是由收缩、温度变化、沉陷、施工不当等因素引起的。为了防止裂缝出现，在施工的过程中，要尽可能的降低建筑物边界受到的约束，确保结构在变形的时候还可以进行随意伸缩，其次要设置后浇带，从而降低养护期间混凝土的收缩，对混凝土的硬化进行释放，对结构的附加应力和变形应力进行释放。另外，还可以使用膨胀剂添加到混凝土中，从而产生混凝土养护和硬化期间的抵御力，对使用期间的温度变形的适应能力进行提升，进而达到预防裂缝出现的目的。

5 分离式圆形现浇钢筋混凝土清水池的优缺点分析

由于此工程清水池的容量低于3000m3，和矩形水池相比，使用圆形的水池的经济技术指标会更好，在池外土压力和池内水压力作用下，轴心处于受压的状态，竖向处于受弯状态，受力均匀。而且分离式圆形现浇钢筋混凝土清水池在造价、钢材用量、水泥用量方面也有着良好的经济性。不过圆形清水池对场地的适应能力不高，需要占用比较多的场地，土方的开挖量也比较高，不适合在大型给水工程和山区比较狭长的地区进行

应用。

6 结语

此水厂分离式连接现浇混凝土圆形清水池目前已经投入使用，在按照上述的方法进行设计建设后，经过两年的使用，没有出现漏水的情况，值得被推广应用。

参考文献

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作者简介：吴建生（1973—），男，河南淅川人，北方国际合作股份有限公司北方国际国际工程三部项目经理，研究方向：国际工程EPC项目的组织和管理。