水池设计浅谈

水池设计浅谈


随着我国综合国力的增强，城市的不断发展扩大，人们生活、工业生产和环境保护的需要，水池类构筑物工程的建设逐年增多。下面从结构专业的角度对水池设计所涉及的一些问题，谈谈本人的看法。

一、设计地下水位的合理确定
　　水池的设计与地下水位的标高密切相关。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故时有发生。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[1]。一般设计均取用水文资料的最高地下水位。在50年设计基准期内，一般水工构筑物地下水可变作用的取用按“工程结构可靠度设计统一标准”原则确定，不考虑罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地质勘察报告所提供的地下水位未能从地方水文资料分析得出，而仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当地枯水期进行，所提供的地下水位标高将无法被设计取用，或导致结构计算的失误。所以设计人员应详细了解当地的水文情况，对未满足设计要求的地质勘察报告要求予以补充。要求考虑当地有无暴雨、台风的影响，是否会出现由于地表水不能及时排除而引起地下水位提高。土建设计人员应结合对地下水位和地质情况的了解，与水工艺设计人员一起决定水池的基底标高，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，制定出方案。例如当地下水位较高或地质剖面有流沙层时，设计人员应考虑是否可适当抬高基底标高，减少浮力对结构影响及避开流沙层。

二、伸缩缝和后浇带的设置
1.伸缩缝的设置

　　根据设计规范，矩形构筑物最大伸缩缝间距一般为20～30m。近年来，一方面工艺所要求的水池长度已远远超过了规范间距；另一方面随着建筑材料、施工方法的改进，又为超长水池不设缝、少设缝提供了可能。设计人员在具体设计时应根据地基、气温等工程情况，考虑是否设缝及相应的施工方法，认真进行计算并采取适当设计措施。
　　一般水池设计中，对结构强度、裂缝开展宽度、抗浮等计算，一般均能按规范要求考虑得较好，但是由于温度、变形以及不均匀沉降所引起的开裂，在工程中却常常遇到。大多数出现裂缝的工程实例表明，设计对温度、混凝土收缩变形等影响因素的考虑欠缺是问题的主要原因。
　　笔者认为以下两点需重视：
　　①水池类构筑物并非必须保证不开裂，对设计人员来讲重要的是做好裂缝的控制。一方面设计人员要事先对可能的不利因素及其影响予以预防，另一方面在施工过程中万一发生较大裂缝要有相应的处理方法及技术措施，确保工程交付验收及投产后的安全生产及运行需要。一般说来，影响裂缝的主要因素是温差及混凝土的收缩，温度越高越易开裂，裂缝的数量及宽度也越大；混凝土收缩越大，裂缝的数量及宽度也越大。因此，设计人员要从设计与施工两个方面来加强控制。设计方面，增加配筋率或减小钢筋直径能增加混凝土的极限拉伸，因此在结构设计时，在节点应力集中处或大体积混凝土中沿截面均匀配置细、密的构造钢筋或钢筋网片，可提高构件的抗裂能力。施工方面，不要过分强调加快工程进度，不要过分追求水泥的早高强，尤其不要不分场合地使用早强型（R型）水泥。在混凝土中考虑掺加缓凝剂和减水剂，降低水灰比，适当增加粉煤灰的用量，减少水泥用量。混凝土振实成型后，要尽早表面覆盖，加强养护，延长浇水养护时间，特别是夏季和大风天气。
　　②加强对允许伸缩缝间距的计算。从设计方案来讲，设计尽可能采用无缝设计以满足施工的连续性及减少施工难度。在设计过程中，设计人员要详细收集相关资料，针对地基软硬及温差大小，选择伸缩缝的间距。一般水池设计时主要考虑施工阶段的最不利温差和混凝土收缩产生的当量温差，保证由于综合温差对混凝土产生的拉应力与混凝上相应龄期的极限抗拉强度之比值符合安全要求，并按此条件复核设计假定的伸缩缝间距是否满足。最不利温差一般可采用混凝土浇筑时气温与混凝土达稳定时温度之差。当构筑物及时回填土时，由于地下温度一般常年变化不大，混凝土达稳定时温度可近似取当地年平均温度；但如果工程施工周期较长，可能要越冬后回填情况，混凝土达稳定时温度应取当地月平均最低温度[2]。对设计考虑设置伸缩缝情况，建议伸缩缝从基础垫层就断开，这样计算底板伸缩缝间距时，基底土对混凝土底板的约束系数Cx值才切合实际。

2.后浇带的设置

　　当设计较长矩形水池时，设计可采用后浇带或UEA加强带等施工方法来减少混凝土收缩产生的当量温差及不利温差[3]。后浇带的设置可避免部分不利的施工前阶段温差及混凝土前期收缩产生的当量温差，从而增大了构筑物伸缩缝的允许间距。后浇带的间距首先应考虑要能有效地削减温度收缩应力，其次考虑与施工缝结合。在正常的施工条件下，后浇带的间距宜为20～30m。后浇带的保留时间当然越长越好，但必须在施工期间不要影响后续工序，一般不应少于40天，最宜60天（考虑施工可能）。在此期间，混凝土水化热引起的早期温差影响基本消失，以及混凝土有不少于30%的收缩已完成[4]。
　　当设计采用UEA混凝土加强带时，依靠加强带UEA混凝土较大的膨胀应变，补偿两侧混凝土的温差应变。UEA加入到普通混凝土中，拌水后和水泥组份共同作用，生成大量膨胀结晶水化物--水化硫铝酸钙（C3A.3CaSO4.32H2O），使混凝土产生适度膨胀。在约束条件下，它通过水泥石与钢筋的粘结，使钢筋张拉，被张拉的钢筋对混凝土本身产生压缩应力（称为化学预应力或自应力），在混凝土中产生0.2～0.7Mpa的自应力值，可大致抵消由于混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力。即掺加UEA的混凝土的拉应力接近于零，或小于0.1～0.2mm/m。从而防止或减少混凝土的收缩开裂，并使混凝土致密化，提高了混凝土结构的抗裂防渗能力。设计人员可通过对UEA掺量的调配，补偿混凝土的收缩，使混凝土收缩当量温差≤0，同样达到增大伸缩缝的允许间距目的。

三、土建与水工艺、设计与施工间的配合
　　在水池设计过程中，土建设计人员要了解水工艺设计要求，例如较大水池壁与壁之间、壁板与底板之间的构造加腋（八字角）要求是否会对工艺造成影响，如果工艺要求不允许加腋，土建设计人员则要首先满足工艺的要求，采用其他措施来满足结构的要求。设计人员应以设计规范为依据，各专业之间互相配合，对一些构造措施应区别情况灵活掌握使用。
　　设计与施工息息相关。设计在计算中已考虑施工诸多因素，比如水灰比、用水量、混凝土养护天数、后浇带间隔天数等等，这些设计条件必须向施工单位详细说明，做好相关的技术交底，并要求施工单位逐一落实。而要做好这些又要求设计人员要了解施工，了解施工中新材料、新技术、新方法，了解施工顺序，施工对设计的要求，使设计切合施工、方便施工。例如水池施工为便于支模及浇筑混凝土，一般在离池底及加腋以上300～500mm处留置施工缝，设计人员应考虑施工要求，在此范围避免设计有预留洞口、预埋管道、悬挑梁板等。
　　在水池设计中，一方面设计人员应结合具体情况，以较少的工程造价建设优质工程，另一方面设计人员对施工未按规范进行施工等施工失误所产生的渗漏裂缝处理，也应有所了解、准备，对当前常用处理裂缝及堵漏方法、所用材料应有所了解，以便更好地完成设计的后期服务。