大型不设缝预应力混凝土水池结构设计研究

宋嘉昕

摘 要：本文所探讨的大型混凝土水池是建筑工程领域常用的一种给水以及污水集中处理的结构，不设缝的预应力混凝土水池是其中的一种类型，在其结构设计方面，有许多专业方法和设计形式，本文主要通过对这种混凝土水池结构设计的研究，找到优化其结构设计的有效途径。

关键词：混凝土水池；大型不设缝；结构设计

1 引言

混凝土水池是常应用于水厂及建筑工程中进行水资源供应或污水处理的一种结构，从其结构的特点上来分析，这种水池具有较好的防渗漏及耐久性，而且污水处理或给水的总量较大。因此在结构设计时，就必须满足大规模污水处理或给水供应的要求，结构设计过程具有专业性和复杂性的特点，只有做好结构设计，才能保证水池达到相关工程的工作强度要求。

2 大型混凝土水池简析

大型的钢筋混凝土水池在众多的水池类型中属于比较特殊的一种结构，这种结构的水池也能兼顾建筑工程或水利工程中对水池结构的防渗漏功能以及防腐蚀功能的总体要求[1]。另外，从水池结构的设计方面来讲，预应力混凝土水池在结构设计中会受到具体的施工条件、原材料的供应以及施工技术和受力情况等因素的影响。而其形状分类包括了圆形水池和矩形水池两种，但由于矩形水池对土地的利用率相比圆形水池更高，并且在工程施工布置的环节受到的空间限制较少，具有更强的灵活性，因此而被更多地选择应用在实际的工程中。

3 大型钢筋混凝土水池在应用中存在的问题

3.1 伸缩缝问题

首先，在大型的混凝土水池汇总，其伸缩缝部位所要承受的水流压力较大、伸缩缝设置位置分布较复杂，因此，在施工过程中，会给技术人员带来很多不便和困难，并且在伸缩缝施工完成后，如果出现质量或应用中的故障，其维修时会对整个水池结构系统产生影响，不易进行维修。其次，伸缩缝在功能上可以适应温度的变化和干缩系数产生一定程度的变形，以适应环境条件变化对其的影响，但其变形程度有限，如要出现较大程度的变形，则无法达到要求，这主要是因为较大程度的变形是由于发生沉降现象的程度和位置分布不均匀，这就使得施工人员对发生沉降的具体位置的判定比较困难，而设缝的出现，在一定程度上也破坏了水池结构的整体性。在出现不均匀的沉降的问题时，其会影响水池对沉降现象的整体适应性，

3.2 止水带问题

首先，伸缩缝设置在施工中主要应用橡胶原材料进行施工，而相对于混凝土结构的水池来讲，橡胶本身的耐磨、抗压性能就比较薄弱，在原材料中属于消耗型原材料[2]。其使用寿命并不长，需要及时进行更换，但上文讲到的整体结构复杂的问题，给止水带的更换也带来了一定的难度。其次，止水在受到外力作用产生变形时，橡胶原材料本身的性能与工程施工中对其锚固性能的要求就产生了矛盾，由于其本身的固定性能和抗压性能较差，因此，很容易发生磨损的现象，一旦磨损出现漏洞，则会使整个水池结构系统的防渗性能受到影响。最后，在止水带附近，对其进行固定的结构是钢筋结构，且这个位置的钢筋密度较大，在具体的施工作业中存在一定的难度，使得混凝土原材料产生孔洞问题。为水池结构的防渗漏功能的发挥造成隐患。

4 不设缝预应力混凝土水池的结构设计优化

在大型不设缝预应力混凝土水池的结构设计环节之前，为了保证设计的准确性和合理性，需要首先对水池各个结构所受的作用力情况进行分析。图1为这种类型水池整体结构中各个部分的直接荷载力情况示意图。

从图中可发现，水池的池底板、池壁都会受到土压力，水压力、地基反力等多种荷载作用，在多重受力的情况下，只有对各种作用力情况进行深入分析，并结合施工中的具体问题提出解决办法，才能实现对水池结构设计的优化。从而提高水池结构的稳定性和防渗水性能。

4.1 池壁设计的优化

大型不设缝混凝土预应力水池池壁优化，主要是指对其池壁布筋方式的优化，常见的布筋方式主要有以下两种类型。第一，水平防线沿直线进行布筋，这种方式是通过在水池的池壁上加上轴向力的作用，来起到对其本身由于间接受力而产生的水平轴向力的平衡。这种方式的优势在于可减小预应力的损失，且受力方式和位置比较明确[3]。第二，水平方向沿曲线布筋。这种布筋方式使在水池的池壁上加上了轴向力以及 作用在其一侧的侧向分布力。主要是为了平衡温度影响、收缩影响产生的水平轴向力。起到平衡水平弯矩的作用。且这种方式的实施成本不高，但相对来说较之前一种方法的预应力损失较大。

4.2 原材料方面的改进优化

在原材料方面，由于本文讨论的是混凝土结构的水池，因此，其原材料优化的方向可以从水泥品种的选择和用量上进行优化。例如，可选择低热矿渣硅酸盐水泥，其可以避免水泥水化过程中产生的大量热能集中释放造成的混凝土结构裂缝。二从水泥的用量上分析，有研究结果表明，以每立方米为单位，当混凝土中的水泥用量以10千克的标准量进行增加，则其相应的水化热量可促进混凝土产生1℃上下的温度变化。这对避免混凝土结构产生裂缝也具有非常重要的作用[4]。

4.3 结构设计的整体优化

首先，注意水池的结构选型。即在平面设计和立面设计时注意其结构设计类型选择。具体的操作方法是，可通过在底板和地基之间的间隙部位设置滑动结构，以避免固定结构对水池灵活性造成的限制。

其次，后浇带的设置。后浇带在功能上能够更好的适应温度和混凝土自身的收缩及不均匀沉降的问题。因此，可通过设置后浇带来优化水池的整体结构。一般情况下，后浇带的使用时间不得低于1个月，并且间距设计要按照最大的浇筑长度为标准进行计算得出，通常情况下要间距范围在20m～30m。

5 结束语

通过分析，大型不设缝的预应力混凝土水池与传统水池相比在结构上和功能上都体现出一定的优势，施工设计人員在具体应用时要注意利用合理的优化措施以解决好其应用过程中出现的主要问题，保证这种类型的水池在污水处理和给水工程应用中的有效性。

参考文献：

[1] 刘宇，郝臣君.分析市政给排水工程超长不设缝水池的结构设计和施工[J].城市建筑，2016（35）：245～245.

[2] 孙国志.超长不设缝水池的结构设计及施工方法[J].市政技术，2017（1）：157～159.

[3] 赵巍.大型现浇钢筋混凝土水池设计的一点体会[J].林业科技情报，2016（1）：71～73.

[4] 方祥红.矩形钢筋混凝土水池结构设计要点探讨[J].城市建设理论研究：电子版，2016（6）.