孫佳奇

摘要：本文從結構專業(yè)的角度談及關于鋼筋混凝土水池設計相關方面的內容。

關鍵詞：鋼筋混凝土水池；結構設計；構造；荷載組合；裂縫

隨著國家建設的開展，綜合國力的增強，城市的不斷發(fā)展擴大，人們生活、工業(yè)生產和環(huán)境保護的需要，水池類構筑物工程建設逐年增多。因耐久性和實用性方面的要求越來越高，鋼筋混凝土已經(jīng)作為水池的主要砌筑材料。鋼筋混凝土水池在化工建設中是一種應用極為廣泛的構筑物，大量用于儲存水、油和污水等介質。

一、鋼筋混凝土水池分類及應用

鋼筋混凝土水池根據(jù)結構形式分為圓形水池、矩形水池；按施工方式分為整體式、分離式、裝配式；根據(jù)池壁的高寬比分為淺壁池、一般壁池、深壁池；根據(jù)池室布局可分為單格水池、多格水池和多排多格水池等。根據(jù)埋置深度分為地上式、地下式、半地上式。水池從用途上可分為兩大類：一類是水處理水池，另一類是貯水池。由于多數(shù)建于地下或半地下，質量較好又可節(jié)省材料。水池埋入地下后，溫度及風化作用等因素影響較小，而且池壁外土壓力能平衡部分或全部池壁內的水壓力。因而，采用材料又依據(jù)水池容積耗費材料等而定為磚砌池壁及鋼筋混凝土池壁兩大類。無論是矩形還是圓形、預制還是現(xiàn)澆的池體，由于多種原因產生變形所引起的池體結構裂縫（包括池頂板、壁板、底板）都是難免的，都要使裂縫嚴格控制在規(guī)范允許的范圍內（一般水池裂縫規(guī)范允許0.2mm）。因此，水池結構設計的技術與經(jīng)濟合理性顯得尤為重要。

二、鋼筋混凝土水池的結構設計

結構設計應符合的規(guī)定

a.各種結構類別、形式的水池均應進行強度計算。根據(jù)荷載條件、工程地質條件和水地質條件，決定是否驗算結構穩(wěn)定性。

b.鋼筋混凝土水池應進行抗裂度或裂縫寬度驗算。滿足正常使用要求時，控制裂縫開展是必要的，對于圓形水池或矩形水池的某些部位（例如長壁水池的角隅處），其受力狀態(tài)多屬軸拉或小偏心受拉，即整個截面處于受拉狀態(tài)，這就需要控制其裂縫出現(xiàn)；更多的構件將處于受彎，大偏心受力狀態(tài)，從耐久性要求，需要限制其裂縫開展寬度，防止鋼筋銹蝕影響水池的使用年限，這里面也包括混凝土的抗?jié)B，抗凍以及鋼筋保護層厚度等要求。

c.對于建于地下水位比較高的場地的水池，還應進行水池抗浮驗算。

三、鋼筋混凝土水池的一般構造要求

1.鋼筋混凝土貯水或水處理構筑物，其壁、底板厚度均不宜小于200mm。主要是從保證施工質量和水池的耐久性考慮，水池的鋼筋凈保護層厚度不宜太小，也就決定了構件的厚度不宜太小，否則難以做好混凝土的振搗密實性，就會影響其水密性要求，并且將不利于鋼筋的防銹，從而影響水池的使用壽命。

2.水池各部位構件內，受力鋼筋的混凝土保護層最小厚度（從鋼筋的外緣算起），應符合《給水排水工程構筑物結構設計規(guī)范》中表6.1.3的規(guī)定。鋼筋混凝土結構的使用壽命通常取決于鋼筋的嚴重銹蝕而導致破壞。鋼筋銹蝕有集中銹蝕和均勻銹蝕兩種情況，前者發(fā)生于裂縫處，加大保護層厚度可以延長碳化時間，亦即對結構的使用壽命提高了保證率。另外，對鋼筋保護層厚度取稍大一些，有利于混凝土（鋼筋與模板間）的振搗，對混凝土的水密性是有好處，也就提高了施工質量的保證率。

3.鋼筋混凝土墻（壁）的拐角及與頂、底板的交接處，宜設置腋角。腋角的邊寬不應小于150mm，并應配置構造鋼筋，一般可按墻或頂、底板截面內受力鋼筋的50%采用。

四、鋼筋混凝土水池計算的荷載組合

對于非地上式水池，池壁的水平向荷載包括：池內水壓力，池外土壓力（包括地面活荷載影響和地下水位所處的位置的影響）；垂直向荷載包括：池內水重和池外土重。為了簡化計算，通常池內水壓力可按齊頂水壓計算。荷載不利組合分為：a.池內有水、池外無土；b.池外有土、池內無水。結構模型可按一端簡支，一端固定的單跨梁或者三邊固定，一邊簡支的雙向板來計算。對于地上式無頂蓋的水池，池壁可按懸臂板來計算。如果是水池頂板荷載包括：恒載（頂板和抹灰自重、覆土重），活載（考慮是否通車或消防車，按規(guī)范取相應值），結構計算模型可按一般的雙向板來計算；水池底板荷載：頂板自重、滿水重量，結構計算模型可按無梁樓蓋計算。由于水池的底板和池壁都相對比較厚，對于一般的水池（壁高不超過3.5m），起控制配筋的不是強度而是裂縫寬度。

五、鋼筋混凝土水池裂縫控制措施

1.將基礎與池壁的混凝土澆筑間隔時間縮短至10d左右，以減小基礎對池壁的水平阻力。

2.模板拆除后及時回填土，以控制混凝土早期或中期開裂。

3.適當配置水平鋼筋：配筋盡可能采用100～150mm間距，配筋率宜在0.3%～0.5%之間。

4.縮短伸縮縫距離，將伸縮縫縮短至8mm左右。

5.優(yōu)化混凝土配合比：選用低水化熱的水泥，將混凝土塌落度減小至14mm以下。

6.混凝土澆筑：a.采取跳倉澆筑法，其間隔時間控制在一周以上；b.在高溫季節(jié)用帳篷將砂石骨料覆蓋，控制混凝土的出機溫度；用保溫材料將混凝土輸送管道包裹，降低混凝土的入模溫度；c.分層澆筑混凝土，厚度控制在500mm以下。

7.混凝土養(yǎng)護：縮短帶模養(yǎng)護時間，且保證混凝土連續(xù)養(yǎng)護時間不少于14d。

六、結語

1.池底和池壁一次澆筑完成，不留施工縫，配置φ10@150水平鋼筋可滿足不設伸縮縫要求。

2.若池底和池壁分兩次澆筑，距池底500mm處，留一道水平施工縫，配置φ12@120水平鋼筋，施工質量良好，也可不設施工縫。

3.水池類現(xiàn)澆結構，一般厚度不大，高度也不高，這類結構很容易從池壁上部出現(xiàn)邊緣效應而引起裂縫。為此，建議在池頂和池底以及水平施工縫的上、下宜各配置4φ16～4φ22的粗鋼筋予以加強，也稱此部位為“暗梁”。這樣，易裂的薄弱部位的含鋼率均大，混凝土的極限拉伸提高，從而結構的抗裂性得到增強。

參考文獻：

[1]《給水排水工程構筑物結構設計規(guī)范》GB 50069-2002.中國建筑工業(yè)出版社.

[2]工程結構裂縫控制——“王鐵夢法”應用實例集 徐榮年、徐欣磊編著 中國建筑工業(yè)出版社.

[3]《給水排水工程結構設計手冊》 中國建筑工業(yè)出版社.