钢筋混凝土水池的设计

2014-10-21孙佳奇

建筑遗产 2014年7期

孙佳奇

摘要：本文从结构专业的角度谈及关于钢筋混凝土水池设计相关方面的内容。

关键词：钢筋混凝土水池；结构设计；构造；荷载组合；裂缝

随着国家建设的开展，综合国力的增强，城市的不断发展扩大，人们生活、工业生产和环境保护的需要，水池类构筑物工程建设逐年增多。因耐久性和实用性方面的要求越来越高，钢筋混凝土已经作为水池的主要砌筑材料。钢筋混凝土水池在化工建设中是一种应用极为广泛的构筑物，大量用于储存水、油和污水等介质。

一、钢筋混凝土水池分类及应用

钢筋混凝土水池根据结构形式分为圆形水池、矩形水池；按施工方式分为整体式、分离式、装配式；根据池壁的高宽比分为浅壁池、一般壁池、深壁池；根据池室布局可分为单格水池、多格水池和多排多格水池等。根据埋置深度分为地上式、地下式、半地上式。水池从用途上可分为两大类：一类是水处理水池，另一类是贮水池。由于多数建于地下或半地下，质量较好又可节省材料。水池埋入地下后，温度及风化作用等因素影响较小，而且池壁外土压力能平衡部分或全部池壁内的水压力。因而，采用材料又依据水池容积耗费材料等而定为砖砌池壁及钢筋混凝土池壁两大类。无论是矩形还是圆形、预制还是现浇的池体，由于多种原因产生变形所引起的池体结构裂缝（包括池顶板、壁板、底板）都是难免的，都要使裂缝严格控制在规范允许的范围内（一般水池裂缝规范允许0.2mm）。因此，水池结构设计的技术与经济合理性显得尤为重要。

二、钢筋混凝土水池的结构设计

结构设计应符合的规定

a.各种结构类别、形式的水池均应进行强度计算。根据荷载条件、工程地质条件和水地质条件，决定是否验算结构稳定性。

b.钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度验算。满足正常使用要求时，控制裂缝开展是必要的，对于圆形水池或矩形水池的某些部位（例如长壁水池的角隅处），其受力状态多属轴拉或小偏心受拉，即整个截面处于受拉状态，这就需要控制其裂缝出现；更多的构件将处于受弯，大偏心受力状态，从耐久性要求，需要限制其裂缝开展宽度，防止钢筋锈蚀影响水池的使用年限，这里面也包括混凝土的抗渗，抗冻以及钢筋保护层厚度等要求。

c.对于建于地下水位比较高的场地的水池，还应进行水池抗浮验算。

三、钢筋混凝土水池的一般构造要求

1.钢筋混凝土贮水或水处理构筑物，其壁、底板厚度均不宜小于200mm。主要是从保证施工质量和水池的耐久性考虑，水池的钢筋净保护层厚度不宜太小，也就决定了构件的厚度不宜太小，否则难以做好混凝土的振捣密实性，就会影响其水密性要求，并且将不利于钢筋的防锈，从而影响水池的使用寿命。

2.水池各部位构件内，受力钢筋的混凝土保护层最小厚度（从钢筋的外缘算起），应符合《给水排水工程构筑物结构设计规范》中表6.1.3的规定。钢筋混凝土结构的使用寿命通常取決于钢筋的严重锈蚀而导致破坏。钢筋锈蚀有集中锈蚀和均匀锈蚀两种情况，前者发生于裂缝处，加大保护层厚度可以延长碳化时间，亦即对结构的使用寿命提高了保证率。另外，对钢筋保护层厚度取稍大一些，有利于混凝土（钢筋与模板间）的振捣，对混凝土的水密性是有好处，也就提高了施工质量的保证率。

3.钢筋混凝土墙（壁）的拐角及与顶、底板的交接处，宜设置腋角。腋角的边宽不应小于150mm，并应配置构造钢筋，一般可按墙或顶、底板截面内受力钢筋的50%采用。

四、钢筋混凝土水池计算的荷载组合

对于非地上式水池，池壁的水平向荷载包括：池内水压力，池外土压力（包括地面活荷载影响和地下水位所处的位置的影响）；垂直向荷载包括：池内水重和池外土重。为了简化计算，通常池内水压力可按齐顶水压计算。荷载不利组合分为：a.池内有水、池外无土；b.池外有土、池内无水。结构模型可按一端简支，一端固定的单跨梁或者三边固定，一边简支的双向板来计算。对于地上式无顶盖的水池，池壁可按悬臂板来计算。如果是水池顶板荷载包括：恒载（顶板和抹灰自重、覆土重），活载（考虑是否通车或消防车，按规范取相应值），结构计算模型可按一般的双向板来计算；水池底板荷载：顶板自重、满水重量，结构计算模型可按无梁楼盖计算。由于水池的底板和池壁都相对比较厚，对于一般的水池（壁高不超过3.5m），起控制配筋的不是强度而是裂缝宽度。

五、钢筋混凝土水池裂缝控制措施

1.将基础与池壁的混凝土浇筑间隔时间缩短至10d左右，以减小基础对池壁的水平阻力。

2.模板拆除后及时回填土，以控制混凝土早期或中期开裂。

3.适当配置水平钢筋：配筋尽可能采用100～150mm间距，配筋率宜在0.3%～0.5%之间。

4.缩短伸缩缝距离，将伸缩缝缩短至8mm左右。

5.优化混凝土配合比：选用低水化热的水泥，将混凝土塌落度减小至14mm以下。

6.混凝土浇筑：a.采取跳仓浇筑法，其间隔时间控制在一周以上；b.在高温季节用帐篷将砂石骨料覆盖，控制混凝土的出机温度；用保温材料将混凝土输送管道包裹，降低混凝土的入模温度；c.分层浇筑混凝土，厚度控制在500mm以下。

7.混凝土养护：缩短带模养护时间，且保证混凝土连续养护时间不少于14d。

六、结语

1.池底和池壁一次浇筑完成，不留施工缝，配置φ10@150水平钢筋可满足不设伸缩缝要求。

2.若池底和池壁分两次浇筑，距池底500mm处，留一道水平施工缝，配置φ12@120水平钢筋，施工质量良好，也可不设施工缝。

3.水池类现浇结构，一般厚度不大，高度也不高，这类结构很容易从池壁上部出现边缘效应而引起裂缝。为此，建议在池顶和池底以及水平施工缝的上、下宜各配置4φ16～4φ22的粗钢筋予以加强，也称此部位为“暗梁”。这样，易裂的薄弱部位的含钢率均大，混凝土的极限拉伸提高，从而结构的抗裂性得到增强。