浅析钢筋混凝土水池结构设计.pdf

第 9卷第 2期 2 0 1 1年 4月 矿 业 工 程 M i n i ng En g i ne e r i n g 6 5 浅析钢筋混凝土水池结构设计 杜 鹏 ( 中冶北 方工 程技 术有 限公 司 ，辽 宁 鞍 山 1 1 4 0 0 9 ) 摘要 ：介绍 了地下水池结构设计 的方法 ，并对 其设 计应满足的各项要求进行 了探讨 。 关键 词 ：水池 结构 ；强度 ；稳定性 ；抗腐蚀性 中 图分 类 号 ：TU 2 4 9 9 文 献 标 识 码 ： 、 文 章 编 号 ： 1 6 7 1 8 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 6 5 0 2 1 水池结构 的应用范 围 钢筋混 凝 土水池 结 构是 特种 结构 的一 种 ，是贮 存 水及 各 种 液 体 的 构 筑 物 。在 工 业 建 筑 中 应 用 广 泛 ，如浓缩 池 、沉 淀池 和污 水池 等 。在 民用建 筑 中 也 是必 要 的附属设 施 ，如 消 防水 池 、屋 顶 的供 水池 等 。 2 水池 的分类及 所适用 的条件 按 施工方 式 分 类 ：1 )现 浇 钢 筋 混 凝 土 水 池 。施工 技术 和施 工 工序 简单 ，这 种水 池应 用 比较 广 泛 ；2 )装 配式 钢筋 混 凝 土水 池 。 由于 混 凝 土 的 干缩 已经 在预 制过 程 中完成 ，所 以可减 少混 凝土 出 现早 期裂 缝 ，并加 快施 工进 度 。 按 施 工 材 料 分 类 ：1 )钢 筋 混 凝 土 水 池 。 适用 于 容 量 较 大 ，抗 渗 、抗 裂 性 能要 求 较 高 的 水 池 ；2 )砖 石 水 池 。就 地 取 材 方便 ，适 用 于 容量 较 小，无抗渗抗裂要求或抗 渗抗裂要求 较低 的水 池 ( 该水 池一 般需 要有 较好 的地 基条 件 ) 。 按 形状 分 类 ：1 ) 矩 形 水 池 ：施 工 方 便 ， 占地较 小 。小 型水池 宜采 用矩 形水 池 ，如 果液 体 的 深 度较 浅时 ，大 中 型 水 池 也 可 采 用 矩 形 水 池 ；2 ) 圆形水 池 ：受 力合 理 。大 中 型水 池 由 于受 力 较 大 ， 宜 采用 圆形 水池 。 按 安放 位置 分类 ：可 分 为地下 、半 地下 和 地 上水池 。 地下 水 池和半 地 下水 池所受 到 的外 界温度 影 响 较小 ，由此 而引起 的应 力也 较小 。在水 池 的使 用 过 程 中 ，由于水 池竖 壁外 侧有 土 的存在 ，会 形成 土 压 收稿 日期 ：2 O l o l O 一1 8 作者简介 ：杜鹏( 1 9 7 8 一) ，男( 汉族) ，辽宁新 民人 ，中冶北方 工程技术有 限公 司工程师 。 力 ，能 够抵 消一 部分 水 池 内的液体 压力 ，可 以使 水 池竖 壁 长期 处 于较小 的应 力状 态 ；但是 如果 水池 埋 得过 深 ，将会 使 水池 的顶 板 和底板 所 承受 的荷载增 大 ，进 而使材 料 量增 大 ，费用 增加 。另 外 ，地下水 池 和半 地下水 池 的抗 震性 能较 好 。 钢筋 混凝 土 水池 的混 凝土 强度 等级一 般 不应低 于 C 2 O ，预应 力钢 筋 混凝 土水 池 的强度 等 级一 般不 宜低 于 C 3 0 。 水池 的容 量 、形式 及 尺寸 一般 由水 道专业 根据 使 用 要求 、施 工条 件等 因素决定 。 3 水 池 的结构设计 在 工业 与 民用 建筑 项 目中 ，地下 水池 和半地 下 水 池 的应用 较 为广 泛 ，此处 主要 讨论 这两 种形式 水 池 的结 构设 计方 法 。 设 计要 点 ：1 ) 由地 质 报 告 提 供地 质 、地 形 、气 象及 水 文等必 要 的设 计 条 件 ；2 )根 据 水 池 的受 力 特点 来选 择结 构形 式 。对 于大 、 中型水池 可 再用 钢筋 混 凝 土水 池 ，小 型水 池 可 采 用 砖 石水 池 ； 3 )在进行 结 构设 计 时 ，需 要 在各 种 荷 载 组 合情 况 下满 足强 度 、抗 裂和 裂缝 宽度 要求 以外 ，并 且应 根 据工 作条 件 ，满 足稳 定性 、抗 渗性 、抗 冻性 和抗腐 蚀 性 等要 求 。 荷载 组合 。当对水 池进 行强 度计 算时 ，需 要 考虑 试水 阶段 、覆土 阶段 和使 用 阶段 的计算 ，一 般 可分 为 以下 荷载组 合 ：( 1 )结 构 自重 +池 内满 水 压 力 ；( 2 )结构 自重 +内外 液体 压力 ( 有 时无 内侧 液 体压 力 ) + 外 侧 土 压 力 +活 荷 载 ( 或 雪 荷 载 ) ； ( 3 )结 构 自重 + 内液 体压 力 +温差 影 响 。 对 于地 上 水 池 ，需 要 考 虑( 1 ) 、 ( 3 )荷 载 组 合 ；对于地下水池及 顶板有覆 土保护 的半地 下水 池 ，需要考虑( 1 ) 、( 2 )荷载组合 ；可不进行( 3 ) 6 6 矿 业 工 程 第9 卷 第2 期 荷载组合的计算。但是如果地下和半地下水池在浇 筑完 成后较 长时 间 内不 覆盖土 ，又无 可靠保 护措 施 时 ，仍 然需 要计算 温差 的影响 。 裂缝 宽度 的 计 算 。水 池 一 般 要 求 不 能 漏 水，需要计算裂缝宽度 ，裂缝的允许宽度要求比较 严格 ，一般要 求不 大于0 2 mm。 稳定 性要求 。对 于埋 置于地 下水位 以下 的 水池 ，当水池 内没有 液体 或水池 内液 体较少 时 ，如 果 地下水 对水 池所产 生 的浮力 大于水 池 自身 和池 内 液体 的总重量 ，将会 发生 整个水 池被 浮托起来 的危 险，在设计中必须加 以计算 。 基 础底 面上 的地 下水 浮托力 可按 下式计算 ： 一 r w h 舳 ( 1 ) 式 中 基 础底 面单位 面积上 的地 下水 浮力 ， k N m ；r 地 下 水 的 重 度 ，k N m。 ；h 可能 出现 的最 高地 下 水 位 至 基 础 底 面 ( 不 包 括 垫 层 )计算 部位 的距离 ，m；” 浮力折 减 系数 。 总 浮力 ： P舳 一 Ap ( 2) 式 中 P 总 浮 力 ， k N；A 水 池 池 底 面 积 ，包括底 面向外挑 出部分 面积 ，m 。 抗 浮总重 ： G = = = 池 体 总重 +池 顶覆 土总重 + 底 面 向外 挑 出部分上 的土 重 ( 3 ) 池体 总重不 包括 池 内液 体重 量 。 稳定性 要求 ： GR P 1 0 5 ( 4 ) 式 中未考虑 水池 池壁 与土产 生的摩擦 力 的抗浮 作 用 ，因此 是偏 于安 全 的。 对 于有 中间支 柱 的 水池 ，如 果式( 4 ) 能得 到 满 足 ，但抗 浮力 分布 不均匀 ，通过 池壁 传递 的抗浮 力 所 占比例过 大 ，则会 发生 中 间支柱 向上移动 ，造 成底板 和 顶 板 的 开 裂 破 坏 。 为 了避 免 这 种 危 险 发 生 ，除 了进 行式 ( 4 )的 验 算外 ，还 应 该 进 行 局 部 抗浮验 算 。 当抗浮稳 定 性 不 能满 足 式( 4 )时 ，可 采 取增 加覆土 厚度 、加大 底板挑 出尺 寸 、底 板 内砌 石或加 混凝土 配重等 。当局部抗 浮不满 足 时 ，上述 方法 中 除加大 底板挑 出尺 寸的办 法不适 用外 ，其他 方法均 可采用 。 抗渗性 。钢筋混 凝土水 池结构 ，一 般宜加 强混凝 土本身 的密 实性来 满足抗 渗要求 。增 加水泥 用 量可 提高抗 渗性 ，但用 量过多 会加 大干缩 量 ，反 而对抗 渗性不 利 ，所 以对水 泥用 量应有 限制 。混凝 土水灰 比不 应 大 于 0 5 5 。一 般 可在 混凝 土制 备 过 程 中加 入各种 防水掺 合料来 提高 其抗渗性 。 抗冻性 。对 位于寒 冷或 严寒地 区外露 的钢 筋 混凝 土水 池 ，应 保 证 混 凝 土 具 有 良好 的抗 冻 性 能 。为此 ，混凝 土强 度等级 一般 不应 低 于 C 2 5 。水 灰 比不应 大 于 0 5 5 ，水 泥 用 量 同样 不应 超 过 抗 渗 要 求 的标 准 。 抗侵 蚀 性 。对 接 触 弱 侵 蚀 性 介 质 的 混 凝 土 ，可选 用适宜 品种 的水 泥和骨 料 。如 火 山灰 质水 泥 的抗侵 蚀 性 好 ，特 别 是 对 抗 硫 酸 盐 的侵 蚀 更 有 利 。另外 ，迎水 面钢 筋的混 凝土 保护层厚 度不 应小 于 5 0 mm。 4 其他 在设 计过程 中 ，还需 注意工 艺使用所 要求 的附 属设 备 ( 如集水 坑 、管道 、通风 孔 、检修 孔 等)和 主体结构 的关 系 问题 ( 包括 安放 位置 、连接构 造等 要求) ，务必合理考虑 ，以免事后补做，既费时费 工 又影 响质量 。 De s i g n o f r e i nf o r c e d c o n c r e t e wa t e r p o n d DU Pe n g ( No r t h e r n En g i n e e r i n g& Te c h n o l o g y Co r p o r a t i o n ，MCC，An s h a n 1 1 4 0 0 9 ，Ch i n a ) Ab s t r ac t ：Th e me t ho d of d e s i gn i n g u nd e r g r o un d wa t e r p on d a n d t h e r e q ui r e me nt s t O b e me t i n t he de s i gn a r e e xp l a i ne d Ke y wo r ds ： s t r uc t u r e of wa t e r p o nd；s t r e n gt h；s t a ng t h； s t ab i l i t y；an t i er o s i on c a p ab i l i t y