水池構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在給排水工程中的要點(diǎn)探究

閆軍濤

（山西省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030000）

目前，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)和特性進(jìn)行了深入研究，對(duì)其適用范圍有了新的認(rèn)識(shí)。與國(guó)內(nèi)外鋼筋混凝土池抗震設(shè)計(jì)相結(jié)合的主要區(qū)別在于，地震時(shí)荷載計(jì)算方法和池壁根的連接形式都按區(qū)域劃分地震等級(jí)，從而在計(jì)算時(shí)考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、水、土壤等荷載影響因素。

1 水池結(jié)構(gòu)物基本構(gòu)造分析

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行試驗(yàn)分析，如果符合c 25等級(jí)，則應(yīng)進(jìn)行防漏試驗(yàn)活動(dòng)，以避免泄漏。對(duì)于池鋼筋混凝土保護(hù)層，必須完全控制其厚度，以確保池結(jié)構(gòu)的質(zhì)量滿足相關(guān)要求。例如:梁柱與污水接觸的距離約為40mm，并作為保護(hù)層處理，從而減少污水侵蝕的問(wèn)題。如果游泳池基礎(chǔ)上沒(méi)有明顯的載荷問(wèn)題，沉降分段可以執(zhí)行相關(guān)控制操作，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

焊接連接時(shí)，施工人員必須根據(jù)相關(guān)要求焊接構(gòu)件，以提高構(gòu)件的應(yīng)力能力。建筑公司需要對(duì)鋼筋混凝土墻壁管理、其角落與地板相交的位置等進(jìn)行全面控制，并且可以設(shè)置液滴和角度，以便于進(jìn)行相關(guān)監(jiān)管工作。對(duì)于鋼筋混凝土池，必須根據(jù)最小鋼筋比例等處理鋼筋結(jié)構(gòu)，以確保鋼筋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和構(gòu)造滿足相關(guān)要求。例如:當(dāng)總垂直力現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，最小鋼筋率為0 . 7%，當(dāng)側(cè)向力現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，必須將最小鋼筋率控制為0 . 3%，以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2 清水池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型清水池結(jié)構(gòu)體系做一下簡(jiǎn)單介紹：

1） 全縫注入通常根據(jù)規(guī)范所需的膨脹接頭的最大間隙和間隙的特定尺寸，將間隙平均分割成不同的單元，每個(gè)單元用橡膠制止帶連接，填充焦化密封。各單位之間的力量相互獨(dú)立。2） 接縫分離還使用延伸接頭平均分割間隙，同時(shí)將頂板和襯墊分開(kāi)，因此襯墊成為承受水平載荷的單獨(dú)懸臂構(gòu)件，每個(gè)單元都是承受此單位范圍內(nèi)垂直和水平載荷的單獨(dú)無(wú)梁建筑。3） 后澆帶或擴(kuò)展加強(qiáng)筋設(shè)置位置可以設(shè)置多個(gè)后澆帶或擴(kuò)展加強(qiáng)筋，前提是混凝土收縮應(yīng)力最大的部分，通常是長(zhǎng)度方向的中間位置，超過(guò)混凝土擴(kuò)展接頭設(shè)置的最大間隙。位置也是根據(jù)流程要求設(shè)置的。這是當(dāng)前設(shè)計(jì)中相對(duì)一般的間隙類(lèi)型，當(dāng)前與自己的實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合的工程簡(jiǎn)單地分析了不同結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的間隙。

3 鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)原則

水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿足軸承能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的要求，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求主要考慮唇控制，必須使用長(zhǎng)期效果的標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行檢查。當(dāng)按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，作用效果的默認(rèn)部件設(shè)計(jì)值必須由其他條件確定。這項(xiàng)工程在計(jì)算時(shí)間分析了三個(gè)不利條件。草外有土，草內(nèi)有無(wú)水條件。2） 池塘外的免耕，水坑充滿水的條件。3） 池外無(wú)土，池內(nèi)滿水工況。第一條件是主體工程完成，回填前階段，第二、第三條件出現(xiàn)在萬(wàn)壽試驗(yàn)階段。上述內(nèi)容是當(dāng)前間隙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用的計(jì)算方法，但零部件截面和加固結(jié)果相對(duì)保守，經(jīng)濟(jì)性略有下降。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大型結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力問(wèn)題是市政給排水工程水池項(xiàng)目施工中的常見(jiàn)問(wèn)題之一，采用超長(zhǎng)不設(shè)縫水池設(shè)計(jì)方案，能實(shí)現(xiàn)是對(duì)以上施工問(wèn)題的有效解除。具體解決方法有“抗”“放”“調(diào)”三種，其中“抗”等同于同步提升混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與配筋率，進(jìn)而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的極限抗拉能力與抗壓應(yīng)變能力。“調(diào)”可以被視為“抗”與“放”的整合形式，具體是加強(qiáng)混凝土配合比合理設(shè)計(jì)、融入適量添加劑、留設(shè)施工縫、管控施工工藝流程及推行養(yǎng)護(hù)措施等，減少池體結(jié)構(gòu)的變形量。

1） 頂板安設(shè)預(yù)反力鋼筋：在有限元流程的支撐下，實(shí)現(xiàn)對(duì)水池的整體升溫及降溫等指標(biāo)的精確測(cè)算，解析池體不同結(jié)構(gòu)在某一溫度變化區(qū)間中溫度應(yīng)力變化規(guī)律，繼而有針對(duì)性的在水池頂板適當(dāng)位置安設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋，應(yīng)力鋼筋的主要作用是抵抗內(nèi)水作用及溫度拉力。

2） 在底板構(gòu)件上安設(shè)滑動(dòng)層。該種施工操作行為的產(chǎn)出，有利于減少地基土對(duì)底板結(jié)構(gòu)形成的束縛力，同時(shí)有利于拓展池體的自由度，減輕溫度應(yīng)力對(duì)池體結(jié)構(gòu)完整性與穩(wěn)固性形成的不良影響。

3） 留設(shè)后澆帶。在超長(zhǎng)不設(shè)縫水池結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)明確規(guī)劃結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中后澆帶所需設(shè)置的部位、數(shù)目與相關(guān)防范等，同時(shí)合理規(guī)劃結(jié)構(gòu)的封閉時(shí)間、溫度等提出的基本要求。

4） 加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的控制。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，混凝土施工是重要一項(xiàng)內(nèi)容，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工效果。故而，在工程設(shè)計(jì)期間，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的控制，特別是要加強(qiáng)原材料、配合比等的控制，同時(shí)重視混凝土生產(chǎn)、施工及養(yǎng)護(hù)等流程的控制，以防混凝土結(jié)構(gòu)在工程施工早期出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，進(jìn)而增強(qiáng)水池的抗裂防滲性能。

5 水池混凝土裂縫產(chǎn)生原因

水池混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生原因主要包括以下幾個(gè)方面。

1） 結(jié)構(gòu)性裂縫。它是荷載作用下的裂縫，包括在自重、水、土壓力、震動(dòng)荷載等作用下混凝土受拉應(yīng)力開(kāi)裂，約占總裂縫的10%。2） 非結(jié)構(gòu)性裂縫。它是變形作用下的裂縫，變形作用又可分為以下幾類(lèi)。①溫度作用。包括水化熱、生產(chǎn)熱、氣溫等。②收縮變形。包括自生收縮、塑性收縮、干燥收縮等。③膨脹變形。包括化學(xué)腐蝕膨脹、結(jié)冰膨脹、堿集料反應(yīng)等。④基礎(chǔ)變形。包括沉降差異、地基變形等。大量水池工程裂縫處理案例表明，水池結(jié)構(gòu)中80%～90%的裂縫都是由于變形作用導(dǎo)致，所以控制變形是超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)裂縫治理控制因素中的關(guān)鍵。3） 其他裂縫。由其他因素如堿集料反應(yīng)、慣性力、混合作用等產(chǎn)生的裂縫，約占總裂縫的10%。

6 結(jié)構(gòu)改造防水抗?jié)B優(yōu)化設(shè)計(jì)

1） 由于施工進(jìn)度要求比較緊張，且冬季施工，因此提高增高部分混凝土強(qiáng)度等級(jí)，原結(jié)構(gòu)采用C30，新建部分采用C35。2） 新澆筑混凝土中摻入8%UEA 微膨脹劑。3） 池壁新舊混凝土結(jié)合部防水，采取先鑿毛池壁頂端混凝土表層，同時(shí)鑿出凹槽埋設(shè)鋼板止水帶。新老混凝土止水帶。其中，B 為混凝土池壁厚度。

7 水池結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的預(yù)防措施

設(shè)計(jì)者需要科學(xué)預(yù)防水池結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，提高結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量與可靠性，滿足其設(shè)計(jì)要求。首先，需要在水池底部中應(yīng)用連續(xù)式的配筋，不可以應(yīng)用分離式的配筋，保證可以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于水池配筋率而言，不可以超過(guò)相關(guān)范圍，以免在混凝土收縮期間受到鋼筋的作用出現(xiàn)龜裂問(wèn)題；其次，設(shè)計(jì)者需要對(duì)配筋的分布進(jìn)行調(diào)整，按照小直徑與小間距的要求與特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行合理的配置。

8 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需重視的問(wèn)題

1） 中間拉梁層中的梁應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算，按軸拉構(gòu)件進(jìn)行配筋；拉梁層的邊跨板在沿池壁長(zhǎng)度方向，其受力形式為一連續(xù)深梁，按深梁方式配筋，與池壁連接處設(shè)暗梁增強(qiáng)抗拉、壓能力。2） 從剪力圖和軸力圖可以看出，樁基礎(chǔ)的荷載不能簡(jiǎn)單按照其分擔(dān)的面積來(lái)計(jì)算，應(yīng)考慮底板彎矩的影響。比如單層模式下，由于底板邊跨與池壁相交處負(fù)彎矩很大，導(dǎo)致底板樁基礎(chǔ)在池壁下豎向荷載大，而其相鄰第一排樁基礎(chǔ)則出現(xiàn)輕微的上拔力。3） 變形縫按不完全縫處理，連通的鋼筋起到傳遞拉力的作用，連通的鋼筋面積按拉力值來(lái)確定（考慮2～3 倍的富裕度），鋼筋在縫處應(yīng)做防腐蝕處理，連通鋼筋在截面中的位置應(yīng)考慮懸出鋼筋在荷載作用下的位移，以防混凝土劈裂，在本設(shè)計(jì)中，頂、底板下層筋連通，池壁外側(cè)筋連通。4） 中部拉結(jié)層的邊跨板，在對(duì)應(yīng)清水池頂板人孔處設(shè)置人孔。

9 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，市政給排水工程中，盛水構(gòu)筑物呈現(xiàn)布置一體化、復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)。隨著水池規(guī)模的不斷增加，超長(zhǎng)水池結(jié)構(gòu)的裂縫控制成為設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)方法是通過(guò)在一定結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)設(shè)置足夠多的變形縫解決施工階段和使用階段混凝土可能出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題。然而，超長(zhǎng)水池中的變形縫給使用功能、后期養(yǎng)護(hù)、抗震要求等都帶來(lái)諸多不便。例如變形縫會(huì)對(duì)止水帶的耐久和維修產(chǎn)生不利影響，設(shè)置變形縫不利于結(jié)構(gòu)抗震，設(shè)縫的構(gòu)筑物在地震中發(fā)生碰撞。因此超長(zhǎng)水池結(jié)構(gòu)的無(wú)縫設(shè)計(jì)具有重要的意義。