水池设计及计算要点

2010-09-04河南省城市规划设计研究院有限公司王淑慧杨涛

河南科技 2010年9期

河南省城市规划设计研究院有限公司王淑慧杨涛

水池设计及计算要点

河南省城市规划设计研究院有限公司王淑慧杨涛

水池根据工艺要求、地形和土质条件可以分为地上式或地下式、开敞式和封闭式；按结构类型分为：无梁板式水池、双层水池、带斗底水池、装配式水池；按池室布局不同可以分为：单格水池、多格水池及多排多格。按配筋的方式分为：普通混凝土结构水池、预应力混凝土结构水池。因此，在实际工程的设计中，应在满足工艺要求的前提下做到布局合理、受力明确清晰及安全、经济实用。场地应选择在地基稳定、土质均匀的地区，避免大量的挖填方。高度一般不超过6米，埋深设计应考虑地下水位的影响。

一、设计计算内容

对于水池结构设计来说，一般要进行强度、裂缝、抗浮计算，必要时还要进行抗震计算。

1.基本参数的确定。根据有关水池设计的规范、规程的具体的规定：贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土强度等级不应低于C25；钢筋混凝土构筑物的抗渗，宜以混凝土本身的密实性满足抗渗要求，混凝土中最大碱含量为3.0kg/m3。最冷月平均气温低于-3℃的地区，外露的钢筋混凝土构筑物的混凝土应具有良好的抗冻性能，混凝土的抗冻等级应进行试验确定。因此，混凝土一般采用C30，抗渗等级确定为S6，抗冻等级为F150，钢筋采用HRB335。

2.抗浮水位的确定。地下水位和土层情况的不同，会使埋地式水池的设计水土压力产生很大变化；基础持力层的不同可能直接影响基础结构形式和池体沉降变形情况。根据现行国家设计规范，地下水位应根据地方水文资料，考虑可能出现的最高地下水位。一般设计均取用水文资料的最高地下水位。同时应结合对地下水位和地质情况的了解，综合工艺流程要求、土建造价、运营成本、投产年限等诸多因素，确定水池的基底标高。

3.计算模型及荷载。设计时应注意使水池结构的整体满足结构选型及布置的合理性，保证所采用的水池结构的计算模型与水池的实际受力状态一致。设计阶段的主要内容有以下几个方面。

（1）底板计算时采用的地基假定是否合理。目前计算水池地基反力的三种假定（地基反力直线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定）的计算结果出入较大。但在实际近似计算中较多采用反力直线分布假定。

（2）壁板单、双向受力的区分及支承条件（自由、简支、固定）的确定；池体顶板、壁板、底板连接部位的支撑条件的确定。

（3）荷载最不利组合是否选择正确。除了正常使用阶段的荷载外还应考虑施工、试水、检修阶段的荷载组合。

（4）壁面温（湿）差的取值及出现的部位。具体设计时，首先根据经验假设壁厚进行初步的荷载和内力计算。然后再通过对计算结果的分析来进一步确定合理的壁厚，尽量使池体结构合理、受力明确、经济可靠。然后对整体结构所有结构件进行详细的力学计算，得到在最不利工况下各控制断面的内力设计最大值。在接下来的截面配筋设计中，应区分各构件是否需进行裂缝控制设计，若需进行裂缝控制设计，先根据强度计算结果初步确定配筋，然后进行裂缝宽度验算。在水池结构中，根据水池的盛水水质（清、污水）及其使用功能，最大裂缝宽度一般应控制在0.2mm或0.25mm。优先采用直径较细的钢筋，或较高抗拉强度的混凝土。

此外，还要注意一些次要构件对内力分配的影响。如水池中常用的一些隔墙、导流墙，当采用砌体墙时，一般可作为荷载作用于池体结构上。而一旦采用现浇混凝土壁板时，则应考虑其对池体结构的支点作用，因为这会改变主体结构内力的分配和传递。还有，池体变形缝的设置位置和类型的不同往往会改变变形缝周边构件的受力情况。

三、算例

某污水厂排泥泵站，混凝土:C30；钢筋:HRB335；最大裂缝宽度:0.20mm荷载。池顶活荷载标准值：2.0kN/m3。池边地面堆积活荷载：10kN/m3。准永久值系数：0.5。池外覆土深度：4.0m；最高地下水位：2.3m。地下水重度：10kN/m3钢筋混凝土重度：25kN/m3。土壤重度：20kN/m3（强度计算时）。地下水位以下土的浮重度：10kN/m3。主动土压力系数：0.5。

I号壁板：计算简图如1图所示。