摘要：鋼筋混凝土矩形水池作為常見的特種結(jié)構(gòu)類型，被廣范應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的給水、污水、消防工程中。設(shè)計時，先要進(jìn)行各種不同的荷載組合，其次要進(jìn)行強(qiáng)度計算、抗裂度和裂縫寬度驗(yàn)算等。只有這樣才能保證水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的技 術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；水池結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

一、水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合的規(guī)定

各種結(jié)構(gòu)類別、形式的水池均應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)荷載條件、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，決定是否驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼筋混凝土水池應(yīng)進(jìn)行抗裂度或裂縫寬度的驗(yàn)算。在荷載作用下，構(gòu)件截面為軸心受拉或小偏心受拉的受力狀態(tài)時，應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算，在使用階段荷載作用下，構(gòu)件截面為受彎、大偏心受壓或大偏心受拉的受力狀態(tài)時，應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算。預(yù)應(yīng)力混凝土水池還應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算。

2.荷載及荷載組合

（1）各種荷載。

水壓：現(xiàn)在習(xí)慣上將水池按滿水來計算水壓，這是因?yàn)椋阂环矫婧芸赡艽嬖谡`操作而造成滿池；另一方面今后工藝上有可能挖潛而超過原設(shè)計水位；土壓力：池外有填土的水池，土對池壁的側(cè)壓力通常用朗肯理論計算土的主動壓力；地下水壓力：地下水壓對水池底板的托浮力是威脅水池底板安全的一種主要荷載，設(shè)計時應(yīng)予以重視，為了抵消地下水對底板的影響，在用無梁板作為底板時，其最經(jīng)濟(jì)有效的辦法是以池底浮土來平衡，而采用增加結(jié)構(gòu)自重的方法是不經(jīng)濟(jì)的，當(dāng)?shù)叵滤坏陀诔氐锥豢紤]地下水壓時，需采取措施排除地表滯水；溫、濕度荷載：由于環(huán)境的影響，造成結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度或濕度的變化，從而引起結(jié)構(gòu)物體積變化，當(dāng)這種體積變化受到約束時，就會產(chǎn)生應(yīng)力。

（2）荷載組合。

①水壓+ 自重。這是水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本組合。

②水壓+ 自重+ 冬季溫差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當(dāng)壁面冬季溫差的絕對值大于夏季壁面濕差（化為等效溫差）的絕對值時，這種情況是最不利的組合。

③水壓+ 自重+ 濕差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當(dāng)夏季壁面濕差（化為等效溫差）的絕對值大于冬季壁面溫差的絕對值時，這種情況是最不利的組合。

④土壓+ 自重。這是指池外有覆土的水池，當(dāng)有地下水時還應(yīng)包括地下水壓，這種組合是水池荷載的基本組合之一，當(dāng)水池建成后運(yùn)營前以及水池放空期間均屬此種荷載組合情況。根據(jù)上述幾種情況，可歸納為如下兩類：a.無覆土的水池，池壁的荷載應(yīng)取上述四種組合的最不利情況求得內(nèi)力。b.有覆土的水池，可不考慮② 和③ 兩種組合。

3.水池的構(gòu)造要求

3.1水池的受力壁板和底板厚度不宜小于200mm，頂板厚度不宜小于150mm.當(dāng)鋼筋混凝土水池采用構(gòu)造底板時，底板厚度不應(yīng)小于120mm，底板頂面應(yīng)配置構(gòu)造鋼筋，配筋量不宜小于每米5根直徑8mm的鋼筋。

3.2水池的最小保護(hù)層厚度應(yīng)滿足給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程要求。

3.3鋼筋混凝土水池長度大于30m（室內(nèi)或土中）或20m（露天）便需要設(shè)伸縮縫，縫寬20mm～30mm.伸縮縫應(yīng)做成貫通式，在同一剖面上連同底板、頂板一起斷開。大型水池還需要設(shè)施工縫，主要作用是保證前后兩期施工混凝土的良好連接，水池施工縫的位置可設(shè)在底板與池壁連接斜托上部和池壁與頂板連接斜托的下部。

3.4 池壁、底板的受力鋼筋宜采用小直徑鋼筋和較密的間距，盡可能采用HRB335和RRB400級鋼筋。水池各部位的鋼筋間距應(yīng)在100-250mm范圍內(nèi)。如果鋼筋間距太密，會影響混凝土振搗，而鋼筋間距太大，容易產(chǎn)生裂縫。

2.5現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池最容易在角隅處出現(xiàn)裂縫，因此必須在池壁轉(zhuǎn)角處、池壁與底板相交處設(shè)置“暗梁”、“暗柱”或設(shè)置腋角。敞口水池頂端也宜配置水平向加強(qiáng)鋼筋。根據(jù)規(guī)程第7.1.7條的規(guī)定要求，敞口水池在溫差或地基變形作用下池壁頂端是結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，宜設(shè)置暗梁，高度不得小于池壁厚度，內(nèi)外側(cè)各配置不小于3根16的受力水平鋼筋。

4.水池計算注意問題

4.1 水池的邊界條件。

4.1.1水池的分類：當(dāng)L/H>2時為淺池，當(dāng)L/H<0.5時為深池，當(dāng)0.5≤L/H≤2時為雙向板式水池.

4.1.2池體結(jié)構(gòu)一般由池壁、底板和頂蓋（是否封閉加蓋由工藝需要決定）所組成。合理的選擇結(jié)構(gòu)計算簡圖和計算公式才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確、可靠。水池內(nèi)力分析計算時，盡量做到邊界條件的假定與實(shí)際情況相符。

4.1.3 敞口水池：水池頂板無約束時應(yīng)為自由，水池與地板或條形基礎(chǔ)連接時均可視池壁為固端支承。池壁頂端以走道板、工作平臺、連系梁等作為支承結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)支承結(jié)構(gòu)的橫向剛度確定池壁頂端的支承條件為鉸支或彈性支承。

4.1.4 有蓋水池：當(dāng)頂板為預(yù)制裝配板擱置在池壁頂端而無其它連接措施時，頂板應(yīng)視為簡支于池壁，池壁頂端應(yīng)視為自由端；當(dāng)預(yù)制頂板與池壁有抗剪鋼筋連接時，該節(jié)點(diǎn)應(yīng)視為鉸支承；當(dāng)頂板與池壁為整體澆注并配有連續(xù)鋼筋時，該節(jié)點(diǎn)應(yīng)視為彈性固定；當(dāng)僅配有抗剪鋼筋時，該節(jié)點(diǎn)應(yīng)視為鉸支承。壁板與池底或條形基礎(chǔ)連接時，可視池壁為固端支承，對位于軟地基上的水池，應(yīng)考慮地基變形的影響，宜按彈性固定計算。當(dāng)池壁為雙向受力時，相鄰池壁間的連接應(yīng)視為彈性固定。

4.1.5比較敞口和有蓋水池壁板的邊界條件，設(shè)置頂蓋的池壁所承受的彎矩要小很多。因此當(dāng)采用頂蓋結(jié)構(gòu)有困難時，應(yīng)盡可能從池壁挑出走道板。走道板滿足規(guī)程要求時，可以假定為不動鉸支承。當(dāng)?shù)装逶O(shè)為固定支承時，底板（基礎(chǔ)）厚度可根據(jù)土質(zhì)情況取1.2～1.5倍池壁厚度，這是按照底板（基礎(chǔ)）剛度是池壁剛度的10倍左右，在一般情況下底板可起到固定作用。外挑的要求也同樣為了起固定作用。

5.2 荷載取值

5.2.1 池內(nèi)水壓力。池內(nèi)水壓應(yīng)該按池內(nèi)滿水最高水壓計算，這樣偏于安全。之所以不按給排水專業(yè)提的最高水位計算池內(nèi)水壓，是因?yàn)樗厥┕ね瓿珊笠M(jìn)行水池試水。試水時水池內(nèi)是滿水。另一方面，在日后的使用過程中，有可能工藝會進(jìn)行技術(shù)改造因而超過原水位設(shè)計標(biāo)高，這些都是應(yīng)該考慮的因素，進(jìn)而能使水池的設(shè)計滿足日后的各種需求。

5.2.2 池外土壓力。當(dāng)有覆土?xí)r，要按照池壁上方有附加荷載來計算池壁土壓力.

5.2.3 池外水浮力。當(dāng)?shù)叵滤粯?biāo)高在設(shè)計池底標(biāo)高之上時，就應(yīng)考慮地下水浮力的作用.同時，地下水對池體的浮托力絕對不容小視。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯誤及抗浮不夠等工程事故也時有發(fā)生。地質(zhì)勘察報告所提供的地下水位一般僅反映勘測期間的地下水位情況。如果詳勘在當(dāng)?shù)乜菟谶M(jìn)行，所提供的地下水位標(biāo)高將無法被設(shè)計取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計算的失誤。根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合地方水文資料，確定一個合適的地下水位標(biāo)高做設(shè)計地下水位，做到既保證使用階段結(jié)構(gòu)安全和不利情況抗浮安全，又能降低工程造。水池自重（包括土體及上部結(jié)構(gòu)自重，但不包括水自重）與水浮力的比值即抗浮抗力系數(shù)不應(yīng)小于1.05.當(dāng)抗浮系數(shù)小于1.05時，就應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施增加水池自重。

5.3 底板內(nèi)力計算模式的選擇

5.3.1對于池體容積小，短跨尺寸在6m以內(nèi)時，計算底板內(nèi)力可以按地基反力直線分布計算。一般情況下，直接作用于底板上的池內(nèi)水重和底板自重與它們引起的那部分地基反力直接抵消，而不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。只有由池壁和池頂、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才會使底板產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。

5.3.2 當(dāng)池底為軟土地基或板的跨度較大，根據(jù)上一種計算模式，不考慮彈性地基上的底板在荷載作用下的彈性變形，也不顧及地基土的彈性沉陷，底板跨中的最大彎矩等于簡支底板的跨中彎矩加上池墻荷載底端的固端彎矩。按以上彎矩進(jìn)行配筋，底板上表面的配筋很大，下表面為構(gòu)造配筋。有時底板上表面的配筋往往達(dá)到讓人無法接受的程度。而工程實(shí)際的情況，底板下表面內(nèi)力大，配筋應(yīng)該多，上表面除在縱墻附近處可為構(gòu)造配筋。因此，對于上述情況設(shè)計時，應(yīng)采取單位截條，將水池內(nèi)外池壁作為集中力按彈性地基梁進(jìn)行內(nèi)力分析。

6.4 截面設(shè)計的關(guān)鍵性問題

（1）強(qiáng)度設(shè)計的安全系數(shù)。

①水池頂蓋強(qiáng)度設(shè)計的附加安全系數(shù)。頂蓋所承受的荷載是自重、覆土重、活載等，其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重隨密度和含水量而變，其變異性較大，因此，附加安全系數(shù)取1.0 是合適的。

②池壁強(qiáng)度設(shè)計的附加安全系數(shù)。池壁主要承受土壓和水壓，水深一般取滿池計算，水的容重差別極小。土壓強(qiáng)度一般用朗肯主動土壓力理論，是略偏大的。從而說明池壁荷載的取值一般是高限，且變異性很小，因此，附加安全系數(shù)取0.9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

③底板強(qiáng)度設(shè)計的附加系數(shù)。池底實(shí)際上是與地基共同工作的，一般情況下計算水壓及均布荷載均偏大。底板強(qiáng)度設(shè)計的附加安全系數(shù)取0.9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

（2）關(guān)于裂縫問題的探討。根據(jù)對已建成水池所作的調(diào)查。水池裂縫一般為豎向裂縫。這些裂縫有兩種：一是貫穿性裂縫，由混凝土收縮引起的；二是出現(xiàn)于池壁外側(cè)的表面裂縫，其逐步擴(kuò)伸至全截面。另外在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，所有的外挑現(xiàn)澆走道板都產(chǎn)生嚴(yán)重裂縫，并隨之?dāng)U展到池壁，因此，有必要考慮到預(yù)制裝配式走道板，或作現(xiàn)澆走道板，每隔3m～4m 設(shè)伸縮縫一道。

（3）構(gòu)造配筋。水池池壁的構(gòu)造配筋，宜按矩形和圓形水池加以區(qū)分。對于地面式矩形水池池壁，因?qū)癫詈蜏夭畹挠绊懮鯙槊舾?，為避免產(chǎn)生貫穿裂縫，池壁水平向的最小構(gòu)造配筋率每側(cè)不小于0.15%為宜。對于無頂蓋的水池往往在池壁頂部先開裂，宜在頂部每側(cè)放置不小于3根Φ16 的水平向鋼筋。對于圓形水池池壁的環(huán)向最小構(gòu)造配筋率，其外側(cè)的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0.35%，內(nèi)側(cè)不宜小于0.15 %，對于外池有覆土的水池池壁，其內(nèi)、外側(cè)宜對稱配置，但全截面總配筋率不宜小于0.3%。水池底板最小構(gòu)造配筋率，對于無頂蓋的敞口水池，其底板上層鋼筋的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0.15%，其下層配筋率及有頂蓋的水池底板配筋率不小于0.1%。

（4）經(jīng)濟(jì)配筋率。對于矩形水池，當(dāng)上端自由，下端固定的豎向截面池壁時，其最大配筋率在0.8 %左右尚屬經(jīng)濟(jì)。其他矩形水池的池壁，某一界面的最大配筋率可達(dá)到1.0 %左右亦屬經(jīng)濟(jì)范圍。

二、水池結(jié)構(gòu)的施工

1 水池底板施工要點(diǎn)

（1）混凝土墊層（基礎(chǔ)）澆筑前，應(yīng)檢查地基土質(zhì)是否與設(shè)計資料相符合，如有不同，則應(yīng)該針對不同情況加以處理，然后再澆筑混凝土墊層。

（2）混凝土墊層在澆筑完畢后的1 d～2 d（視施工時的溫度而定），在墊層面測定底板中心，然后根據(jù)設(shè)計尺寸進(jìn)行放線，定出柱基及底板的邊線，畫出鋼筋分布線，依線鋪放綁扎鋼筋，接著安裝柱基和底板外模板。

（3）鋼筋綁扎時，應(yīng)詳細(xì)檢查鋼筋直徑、間距、位置、搭接長度、上下層鋼筋的間距、保護(hù)層及預(yù)埋件的位置和數(shù)量，均應(yīng)符合設(shè)計要求。上下層的鋼筋要用鐵撐（馬凳）加以固定，防止在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生變位。

（4）柱基模板是懸空架設(shè)，下面用臨時小方木撐在墊層上，邊澆混凝土邊取出小方木。

（5）底板應(yīng)一次連續(xù)澆筑完，不留施工縫。施工間歇時間不得超過混凝土的初凝時間。平板厚度在20cm以內(nèi)可用平板振動器，厚度較厚時，則采用插入式振動器。

（6）池壁為現(xiàn)澆混凝土?xí)r，底板與池壁連接處的施工縫可留在基礎(chǔ)上口20 cm 處，如設(shè)計要求有止水鋼板，在澆搗混凝土前，應(yīng)將止水鋼板安放固定。

（7）混凝土澆筑完畢后，其強(qiáng)度尚未達(dá)到1.2 MPa 時，禁止振動，不得在底板上搭設(shè)腳手架，安放模板或搬運(yùn)工具，并注意對混凝土的養(yǎng)護(hù)。

（8）遇特殊情況需留施工縫時，應(yīng)做成垂直的結(jié)合面，并注意結(jié)合面附近混凝土的密實(shí)。

2.混凝土澆筑

水池混凝土一般可采用分節(jié)澆筑和連續(xù)澆筑。池壁分節(jié)澆筑的順序：基礎(chǔ)底板→池壁→環(huán)梁→頂蓋。池壁連續(xù)澆筑的順序：基礎(chǔ)底板→池壁→環(huán)梁及頂蓋。

3.防水層施工

水池內(nèi)防水層施工按水塔內(nèi)防水層施工進(jìn)行。水池外壁一般噴涂瀝青防水層。用作防水層的瀝青必須符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，施工前應(yīng)檢查是否合格。施工前應(yīng)將池外壁洗刷干凈，先涂冷底子油，然后涂熱瀝青兩道。

參考文獻(xiàn)：

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