水池构筑物结构设计在给排水工程中的要点探究

闫军涛

（山西省建筑标准设计研究院，山西 太原 030000）

目前，国内外研究人员对钢筋混凝土结构的力学性质和特性进行了深入研究，对其适用范围有了新的认识。与国内外钢筋混凝土池抗震设计相结合的主要区别在于，地震时荷载计算方法和池壁根的连接形式都按区域划分地震等级，从而在计算时考虑结构重要性系数、水、土壤等荷载影响因素。

1 水池结构物基本构造分析

对于混凝土结构，需要进行试验分析，如果符合c 25等级，则应进行防漏试验活动，以避免泄漏。对于池钢筋混凝土保护层，必须完全控制其厚度，以确保池结构的质量满足相关要求。例如:梁柱与污水接触的距离约为40mm，并作为保护层处理，从而减少污水侵蚀的问题。如果游泳池基础上没有明显的载荷问题，沉降分段可以执行相关控制操作，从而实现相关标准。

焊接连接时，施工人员必须根据相关要求焊接构件，以提高构件的应力能力。建筑公司需要对钢筋混凝土墙壁管理、其角落与地板相交的位置等进行全面控制，并且可以设置液滴和角度，以便于进行相关监管工作。对于钢筋混凝土池，必须根据最小钢筋比例等处理钢筋结构，以确保钢筋结构的构造和构造满足相关要求。例如:当总垂直力现象出现时，最小钢筋率为0 . 7%，当侧向力现象出现时，必须将最小钢筋率控制为0 . 3%，以提高结构稳定性。

2 清水池的结构特点

现对不同类型清水池结构体系做一下简单介绍：

1） 全缝注入通常根据规范所需的膨胀接头的最大间隙和间隙的特定尺寸，将间隙平均分割成不同的单元，每个单元用橡胶制止带连接，填充焦化密封。各单位之间的力量相互独立。2） 接缝分离还使用延伸接头平均分割间隙，同时将顶板和衬垫分开，因此衬垫成为承受水平载荷的单独悬臂构件，每个单元都是承受此单位范围内垂直和水平载荷的单独无梁建筑。3） 后浇带或扩展加强筋设置位置可以设置多个后浇带或扩展加强筋，前提是混凝土收缩应力最大的部分，通常是长度方向的中间位置，超过混凝土扩展接头设置的最大间隙。位置也是根据流程要求设置的。这是当前设计中相对一般的间隙类型，当前与自己的实际设计相结合的工程简单地分析了不同结构系统的间隙。

3 钢筋混凝土水池设计原则

水池结构设计必须同时满足轴承能力极限状态设计和正常使用极限状态设计的要求，正常使用极限状态设计要求主要考虑唇控制，必须使用长期效果的标准组合进行检查。当按承载能力极限状态计算时，作用效果的默认部件设计值必须由其他条件确定。这项工程在计算时间分析了三个不利条件。草外有土，草内有无水条件。2） 池塘外的免耕，水坑充满水的条件。3） 池外无土，池内满水工况。第一条件是主体工程完成，回填前阶段，第二、第三条件出现在万寿试验阶段。上述内容是当前间隙的结构设计中最常用的计算方法，但零部件截面和加固结果相对保守，经济性略有下降。

4 结构设计

大型结构温度应力问题是市政给排水工程水池项目施工中的常见问题之一，采用超长不设缝水池设计方案，能实现是对以上施工问题的有效解除。具体解决方法有“抗”“放”“调”三种，其中“抗”等同于同步提升混凝土结构强度与配筋率，进而增强结构的极限抗拉能力与抗压应变能力。“调”可以被视为“抗”与“放”的整合形式，具体是加强混凝土配合比合理设计、融入适量添加剂、留设施工缝、管控施工工艺流程及推行养护措施等，减少池体结构的变形量。

1） 顶板安设预反力钢筋：在有限元流程的支撑下，实现对水池的整体升温及降温等指标的精确测算，解析池体不同结构在某一温度变化区间中温度应力变化规律，继而有针对性的在水池顶板适当位置安设预应力钢筋，应力钢筋的主要作用是抵抗内水作用及温度拉力。

2） 在底板构件上安设滑动层。该种施工操作行为的产出，有利于减少地基土对底板结构形成的束缚力，同时有利于拓展池体的自由度，减轻温度应力对池体结构完整性与稳固性形成的不良影响。

3） 留设后浇带。在超长不设缝水池结构方案设计过程中，应明确规划结构施工过程中后浇带所需设置的部位、数目与相关防范等，同时合理规划结构的封闭时间、温度等提出的基本要求。

4） 加强混凝土结构质量的控制。在结构设计过程中，混凝土施工是重要一项内容，其结构质量直接影响结构设计与施工效果。故而，在工程设计期间，应加强对混凝土结构质量的控制，特别是要加强原材料、配合比等的控制，同时重视混凝土生产、施工及养护等流程的控制，以防混凝土结构在工程施工早期出现裂缝问题，进而增强水池的抗裂防渗性能。

5 水池混凝土裂缝产生原因

水池混凝土结构的裂缝产生原因主要包括以下几个方面。

1） 结构性裂缝。它是荷载作用下的裂缝，包括在自重、水、土压力、震动荷载等作用下混凝土受拉应力开裂，约占总裂缝的10%。2） 非结构性裂缝。它是变形作用下的裂缝，变形作用又可分为以下几类。①温度作用。包括水化热、生产热、气温等。②收缩变形。包括自生收缩、塑性收缩、干燥收缩等。③膨胀变形。包括化学腐蚀膨胀、结冰膨胀、碱集料反应等。④基础变形。包括沉降差异、地基变形等。大量水池工程裂缝处理案例表明，水池结构中80%～90%的裂缝都是由于变形作用导致，所以控制变形是超长结构裂缝治理控制因素中的关键。3） 其他裂缝。由其他因素如碱集料反应、惯性力、混合作用等产生的裂缝，约占总裂缝的10%。

6 结构改造防水抗渗优化设计

1） 由于施工进度要求比较紧张，且冬季施工，因此提高增高部分混凝土强度等级，原结构采用C30，新建部分采用C35。2） 新浇筑混凝土中掺入8%UEA 微膨胀剂。3） 池壁新旧混凝土结合部防水，采取先凿毛池壁顶端混凝土表层，同时凿出凹槽埋设钢板止水带。新老混凝土止水带。其中，B 为混凝土池壁厚度。

7 水池结构裂缝问题的预防措施

设计者需要科学预防水池结构裂缝问题，提高结构建设质量与可靠性，满足其设计要求。首先，需要在水池底部中应用连续式的配筋，不可以应用分离式的配筋，保证可以提高结构的稳定性。对于水池配筋率而言，不可以超过相关范围，以免在混凝土收缩期间受到钢筋的作用出现龟裂问题；其次，设计者需要对配筋的分布进行调整，按照小直径与小间距的要求与特点，对其进行合理的配置。

8 结构设计中需重视的问题

1） 中间拉梁层中的梁应进行抗裂度验算，按轴拉构件进行配筋；拉梁层的边跨板在沿池壁长度方向，其受力形式为一连续深梁，按深梁方式配筋，与池壁连接处设暗梁增强抗拉、压能力。2） 从剪力图和轴力图可以看出，桩基础的荷载不能简单按照其分担的面积来计算，应考虑底板弯矩的影响。比如单层模式下，由于底板边跨与池壁相交处负弯矩很大，导致底板桩基础在池壁下竖向荷载大，而其相邻第一排桩基础则出现轻微的上拔力。3） 变形缝按不完全缝处理，连通的钢筋起到传递拉力的作用，连通的钢筋面积按拉力值来确定（考虑2～3 倍的富裕度），钢筋在缝处应做防腐蚀处理，连通钢筋在截面中的位置应考虑悬出钢筋在荷载作用下的位移，以防混凝土劈裂，在本设计中，顶、底板下层筋连通，池壁外侧筋连通。4） 中部拉结层的边跨板，在对应清水池顶板人孔处设置人孔。

9 结语

近年来，市政给排水工程中，盛水构筑物呈现布置一体化、复杂化的发展趋势。随着水池规模的不断增加，超长水池结构的裂缝控制成为设计中的难点。传统方法是通过在一定结构尺寸内设置足够多的变形缝解决施工阶段和使用阶段混凝土可能出现的裂缝问题。然而，超长水池中的变形缝给使用功能、后期养护、抗震要求等都带来诸多不便。例如变形缝会对止水带的耐久和维修产生不利影响，设置变形缝不利于结构抗震，设缝的构筑物在地震中发生碰撞。因此超长水池结构的无缝设计具有重要的意义。