談地下工業(yè)水池結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用

周程佳

摘要：水池是一種較為普遍特種結(jié)構(gòu)，在工業(yè)上，特別是給排水工程、石油化工等方面有很大用途。本文討論地下工業(yè)用水池的各種結(jié)構(gòu)，并探討了結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點、應(yīng)當(dāng)完成的各項要求和在設(shè)計時需要注意的事項，以期有所幫助。

關(guān)鍵詞：地下水池；工業(yè)水池；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用研究

中圖分類號：TV332文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（b）-0000-00

地下水池用途廣泛，既可以做工業(yè)用途，也有用作民用情況，后者如化糞池等。對于工業(yè)用的地下水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行研究有其必要性，隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各類建筑必將獲得更為廣泛的應(yīng)用。

1水池結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

水池是用來儲存液體的建造物，根據(jù)其儲存液體的不同，在給排水工程（儲存水）、石油（儲存石油）和化工（儲存化學(xué)藥品等）等各種領(lǐng)域發(fā)揮其作用。地下工業(yè)水池主要有沉淀池、污水池、儲油池等。

2水池的分類

2.1建筑材料

水池按建筑材料分可分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和磚石三種不同的水池。鋼筋混凝土水池容積較大，抗?jié)B性和抗裂性等性能都比較出色。預(yù)應(yīng)力混凝土水池則專門為防止?jié)B透和開裂而設(shè)計，對于各種荷載組合都有極好的表現(xiàn)，因此同樣可以具有較大水池容量。而磚石水池的優(yōu)點在于取材方便，相對而言抗?jié)B性能和抗裂性能都較差，且對地基有較高的要求，容量較小，一般都不超過五百方。

2.2施工方式

按施工方式區(qū)分，水池有現(xiàn)澆和裝配式兩種鋼筋混凝土水池。前者施工簡單，因此應(yīng)用較廣；后者對于混凝土的早期開裂有著很好的預(yù)防作用（因其預(yù)制過程中已經(jīng)經(jīng)過了干縮），因此施工進(jìn)度也較快。

2.3安裝位置

按照安裝位置來區(qū)分的話，主要有地下水池、半地下水池，以及地上水池和架空水池四種類型。不過后兩種類型，即地上水池和架空水池不在本文討論范圍之內(nèi)，因此不予討論。地下水池的優(yōu)點在于水池內(nèi)部環(huán)境不容易受到大氣環(huán)境的影響，可以保持水池內(nèi)部相對的穩(wěn)定，其所受到的應(yīng)力也較小。池壁外的土和池壁內(nèi)的液體可以在壓力上相互抵消，因此所受到的應(yīng)力效果較小。其主要問題在于埋池深度對頂蓋和底板壓力荷載的影響，這與地上水池有著很大區(qū)別。這點容易察知，因為地下水池頂蓋和底板所承受的荷載還需包括其上部巖土的壓力，埋得越深，壓力越大。此外不論是地下式還是半地下式的水池，對于地震都具有良好的抵抗作用，這也是為什么地下水池被用于儲藏的原因。

2.4水池形狀

水池的形狀可以分為圓形和矩形兩種，也可以分為單格水池和多格水池，或者開口水池和封閉水池。矩形水池的施工較為方便，對于場地的要求也不高，具有節(jié)約用地的效果，可與多個水池進(jìn)行組合。圓形水池主要為池壁受到環(huán)向拉力的效果，所以對于三千方的大型池時，應(yīng)當(dāng)采取預(yù)應(yīng)力圓形池，而如果池深較淺，也可以采用矩形池。

要根據(jù)實際需要設(shè)計形狀和尺寸，并針對施工場地的地質(zhì)狀況和材料、施工條件采取不同的建造工藝。注意水池的強(qiáng)度，如鋼筋混凝土水池的強(qiáng)度要在C20以上，而預(yù)應(yīng)力混凝土水池的強(qiáng)度則應(yīng)當(dāng)在C30以上。

3地下水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1設(shè)計要點

設(shè)計地下水池之前要充分收集資料，如地質(zhì)水文、氣象等資料，關(guān)于建筑材料的情況也要了然于胸。再考察水池的受力，進(jìn)行受力分析，選擇地下水池合理的結(jié)構(gòu)形式。一般來說，小型水池對應(yīng)磚石水池，中、小型則對應(yīng)裝配式和現(xiàn)澆的鋼筋混凝土水池，大型水池建議使用預(yù)應(yīng)力混凝土水池的形式。總之根據(jù)環(huán)境特點和使用需求，采用相對應(yīng)的水池形式。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計是，則應(yīng)當(dāng)注意水池的強(qiáng)度和抗裂度在各種荷載組合的情況下是否滿足要求，并且要注意水池的穩(wěn)定性，對于滲透、凍裂和侵蝕的抗性情況如何，這些都要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中加以考慮，并且，針對地下水池結(jié)構(gòu)的特點，還應(yīng)當(dāng)對池壁和底板在溫度變化之下所受到的應(yīng)力進(jìn)行計算。

3.2荷載組合

地下水池的荷載組合，如果加以歸納的話，總共可以分為四種。第一種包括結(jié)構(gòu)的自重和池內(nèi)滿水壓力，這種荷載組合情況一般出現(xiàn)在水池的試水階段。第二組合則考慮雪的荷載，此外還包括結(jié)構(gòu)自重、內(nèi)外液體壓力和外土壓力，注意池內(nèi)部有時沒有液體壓力的情況。其余兩種荷載組合對于地下水池包括地下式水池和覆土保護(hù)的半地下式水池的用處不大，即在考慮結(jié)構(gòu)自重及內(nèi)液體壓力的情況下，分別于夏季考慮濕度差的影響和在冬季考慮溫度差的影響。這類溫濕度差的影響對于有覆土保護(hù)的地下水池而言幾乎不構(gòu)成影響，但對于地下式或半地下室水池在完成澆筑之后沒有能夠及時覆土，而長時間暴露在露天空氣環(huán)境中的話，這后兩種荷載組合就必須進(jìn)行計算考慮。

3.3抗裂度

水池的抗裂度要求自然式不漏水，因此要重點考慮水池內(nèi)部液體可能令池壁發(fā)生開裂的部位，并進(jìn)行抗裂度的驗算。水池的其他部位則應(yīng)當(dāng)對裂縫寬度進(jìn)行控制，清水池不可大于0.25毫米，其他水池則不可大于0.2毫米，為此要進(jìn)行裂縫寬度的計算。

3.4穩(wěn)定性

地下水池的穩(wěn)定性主要需要考慮地下水對水池的浮托力影響，這種影響在水池內(nèi)液體很少的情況下尤為明顯。地下水的浮托力等于地下會重度、地下水最高水位到水池基礎(chǔ)地面的高度差、浮托力折減系數(shù)三者的積。非巖質(zhì)地基的浮托力折減系數(shù)可以取1，而巖石地基則需要根據(jù)地基的破碎程度對浮托力折減系數(shù)加以確定。上述值乘以水池底面積就得到總浮托力?？垢】傊氐扔诔乜傊?、覆土總重和底面外挑部分土重的和，當(dāng)抗浮總重于總浮托力的比值大于等于1.05時，我們說這個水池的穩(wěn)定性良好。

3.5抗?jié)B性

水池的抗?jié)B性與所采用的混凝土的密實程度有關(guān)，一般而言，可以通過增加水泥用量來提供水池混凝土的密實度，從而提高其抗?jié)B性。但要注意，過多的水泥用量會導(dǎo)致混凝土干縮量的增大，因此3600N/m3是鋼筋混凝土水泥用量的極限，而預(yù)應(yīng)力混凝土的用量也應(yīng)當(dāng)在4100N/m3以下。注意水灰比要小于0.55?？赏ㄟ^摻加防水料來制備高抗?jié)B性的混凝土。

3.6抗凍性

抗凍性的要求主要是為了外露型鋼筋混凝土水池能夠應(yīng)對寒冷天氣對混凝土的影響，混凝土要大于C25，水灰比和水泥用量的要求與抗?jié)B性的要求相同。此外如水池具有某種重要性，則在澆筑或裝配前應(yīng)當(dāng)注意進(jìn)行混凝土的抗凍實驗，以便對抗凍標(biāo)號有一個良好的控制度。

3.7抗腐蝕性

某些土壤具有侵蝕性，對于需要被掩埋其中，長期受到土壤侵蝕的混凝土而言，選擇合適水泥和骨料十分必要。此外也要注意迎水面混凝土對鋼筋的保護(hù)，其保護(hù)層的厚度應(yīng)當(dāng)在五十毫米以上。

4注意事項

4.1水池變形縫

水池的變形縫是抗?jié)B性設(shè)計需要注意的一點，實際工程中可以通過摻外加劑，或者設(shè)置后澆帶的方法來調(diào)節(jié)水池伸縮縫，注意施工季節(jié)的溫度因素對伸縮縫間距的影響，并控制其范圍。

4.2轉(zhuǎn)角加腋

轉(zhuǎn)角加腋主要用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)，其池壁的拐角處、池壁與頂板的連接處，底板與池壁的連接處都需要設(shè)置腋角。且腋角的寬度要在150mm以上。腋角內(nèi)配斜鋼筋的直徑要與池壁受力鋼筋的直徑相同。且腋角鋼筋的間距要是池壁受力鋼筋間距的兩倍，如無法達(dá)到，間距也應(yīng)當(dāng)保持在二十公分以上。

4.3配筋構(gòu)造要求

池壁受力鋼筋的直徑要小，其間距一般在十到二十公分之間。內(nèi)側(cè)受力鋼筋、外側(cè)受力鋼筋，以及構(gòu)造鋼筋，其配筋率要大于0.15%。實踐表明，0.3%-0.8%的配筋率較為經(jīng)濟(jì)合理，適宜采用。

4.4角隅彎矩

在設(shè)計矩形水池時，應(yīng)當(dāng)注意四邊支承壁板的長度與高度之比。如此比值大于2，則必須對水平角隅處的局部彎矩進(jìn)行仔細(xì)地考量，并加以計算。

5總結(jié)

地下工業(yè)水池的設(shè)計要充分考量水池的科學(xué)合理性以及在經(jīng)濟(jì)上的適用性，除了以上提到的設(shè)計要點，在進(jìn)行地下工業(yè)水池的設(shè)計時還應(yīng)當(dāng)注意對附屬設(shè)備和主體結(jié)構(gòu)之間存在的關(guān)系的處理。例如對于管道、通風(fēng)口、集水坑、檢修口、走道板，乃至于樓梯、操作平臺與安放位置和連接構(gòu)造之間關(guān)系，充分、全面地加以考量，在考慮各種綜合因素后在進(jìn)行設(shè)計，避免返工造成的資源浪費。

參考文獻(xiàn)

[1]魏偉. 水廠建設(shè)中關(guān)于水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè). 2008（03）.

[2]門月仙. 大型鋼筋混凝土矩形水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計. 2008（10）.

[3]喬棟. 關(guān)于土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程荷載研究[J]. 當(dāng)代化工研究. 2016（06）.

[4]黃文清. 復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法和近似技術(shù)研究[J]. 建材與裝飾. 2016（29）.

[5]李逸之. 矩形鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計及其輔助系統(tǒng)開發(fā)研究[D]. 鄭州大學(xué). 2013.

[6]王冬花. 鋼筋混凝土水池優(yōu)化設(shè)計[D]. 合肥工業(yè)大學(xué). 2009.