钢筋混凝土水池结构设计

钢筋混凝土水池结构设计

【摘要】水池是城市工业与民用供水工程的自来水厂、污水处理厂、生活用水设施最为常见的构筑物之一。这类结构由于经常贮水或深埋地下，除了在结构的构造上需特别加强外，同时要求有较高的强度和良好的抗渗性和耐久性，以保证结构长期正常使用。钢筋混凝土修建的水池具有造价较低，耐久性好，维修费用少，整体性好，防水性好等优点，被市政工程广泛采用。本文针对钢筋混凝土水池的结构设计进行了论述。

【关键词】钢筋混凝土水池；结构设计

钢筋混凝土水池一般分为两类，一类是废水处理净化池，比如：初沉池，沉砂池、氧化沟、配水池等；另一类是贮水池，比如：水池、水箱、水塔等。前一类池的类型与设计主要由工艺设计特点决定，后一类池的形状、容量等由工艺、结构特点、经济性和施工条件决定。从平面形状上分水池常用的平面形状为圆形或矩形，其池体结构由池壁、顶盖和底板三部分组成。从工艺角度上分有顶盖和无顶盖之分，即封闭式水池和开敞式水池。

一、钢筋混凝土水池整体结构形式

设计时是否选用矩形水池或圆形水池，要结合场地情况、工艺要求、经济性等方面的因素综合考虑。就场地环境来讲，矩形水池对场地的适应性强，尤其大型水池和狭长地带建造水池对节约土地和少开挖土方量都有意义。通过经济分析比较得知，就每立方米容量的造价、水泥用量和钢材用量等经济性指标随容量的增大而降低，但容积超过3000m3时，矩形水池的各项经济指标基本趋于稳定。

二、钢筋混凝土水池各部构件形式

（一）顶盖形式一般可分为球形壳（锥壳）与平顶两大类。平顶又可分为梁板式和无梁楼盖式。从工程实践中可知，壳顶虽较平顶节省材料，但施工技术复杂，费用较大，其总造价与平顶的接近。因此，除了大型圆水池采用壳顶外，中、小型水池多用平顶型式。水池的平面形状、结构形式的不同，可采用矩形板、圆形板、有一个中心柱的圆板及无梁楼盖等。

（二）支座环梁：由组合壳体组成的给、排水构筑物在其连接处常设置有环梁，用以承受环向推力。这种环梁的形其截面尺寸除参照一般梁的要求外，还应考虑组合壳体结点内力的计算要抵。

（三）池壁有等厚截面与变厚截顶之分。等厚截面用于中、小型水池。较大容量的水池为节省材料可设计为变厚池壁。变厚池壁的形式通常由顶至底呈直线变化，外壁垂直内壁倾斜，壁厚变化率1/15—1/20。

（四）底板：平顶平底水池的底板形式随顶盖形式而定，有无柱与有柱之分。

有特殊要求的水处理水池底板多呈锥形。底板按受力条件和地基情况分，有整体式和铺砌式（或分离式）两种。整体式底板用于有地下水或地基软弱地区须经计算决定钢筋。铺砌式底板用于无地下水且地基承载力较大的地区，只采用构造配筋即可。采用分离式底板时，必须采取可取的防水措施。

三、钢筋混凝土水池材料要求

水池受力构件的混凝土强度等级不应低于C25；垫层混凝土不应低C10。预应力水池的混凝土强度等级不应低于C30。当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不应低于C40。水池混凝土的密实牲应满足抗渗要求，不作其他抗渗处理。混凝土的抗渗等级要求，当最大作用水头与混凝土厚度的比值小于10时，应采用S4；当比值为10～30时应采用S6；当比值大于30时，应采用S8；混凝土的抗渗等级应根据试验确定。当水池外露时，对最冷月平均气温在-3～-10℃的地区，混凝土抗冻等级应采用F150；对最冷月平均气温低于-10℃的地区，混凝土抗冻等级应采用F200。配制抗渗、抗冻混凝土时水灰比应不大于O.5。骨料应选择良好的级配，粗骨料粒径不应大于40mm，且不超过最小断面厚度的1/4，含泥量按重量应不超过1%。砂子的含泥量及云母含量按重量计不应超过3%。水池接触介质的酸碱度（pH值）低于6.0时，应按国家现行有关标准或根据专门试验确定防腐措施。水池混凝土的碱含量应符合《混凝土碱含量限值标准》CECS5-93的规定。水池混凝土中可根据需要适当采用外加剂，但不得采用氯盐作防冻、早强掺合料。采用外加剂时，应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003的规定。对抗冻混凝土不得采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。

四、钢筋混凝土水池结构设计规定

各种类别、形式的水池结构构件，均应按承载能力极限状态计算。水池结构按承载能力极限状态计算时，除结构整体稳定验算外，其余均采用分项系数设计表达式。各种类别、形式的水池结构构件均应按正常使用极限状态验算。对轴心受拉和小偏心受拉构件应按作用效应标准组合进行抗裂度验算；对受弯和大偏心受拉构件应按作用效应准永久组合进行裂缝宽度验算；对需要控制变形的结构构件应按作用效应准永久组合进行变形验算。无保温设施地面式水池的强度计算应考虑温（湿）度作用。温度作用应包括壁面温差和湿度当量温差，两者应取其中较大者计算。矩形多格水池应根据具体应用条件计算，一般按间格贮水考虑。水池的地基反力，可按直线分布计算。

当地基承载力较高，且池底位于最高地下水以上时，池壁基础可按独立基础设计。水池池壁的计算长度，应按下列规定确定。

1、矩形水池池壁的水平向计算长度应按两端池壁的中线距离计算；

2、圆形水池池壁的计算半径，应为中心至池壁中线的距离；

3、池壁竖向的计算高度应根据节点构造和结构计算简图确定：

1）池壁与顶、底板整体连接时，计算应按整体分析，池壁上下端为弹性固定时，池壁竖向计算高度应为项、底板截面中线距离；池壁上端为弹性固定，下端为固定时，池壁竖向计算高度应为净高加顶板厚度的一半；

2）池壁与底板整体连接，顶板简支于池壁顶部或二者铰接，池壁与底板为弹性固定时，池壁竖向计算高度应为净高加底板厚度的一半；池壁下端固定、上端自由时，池壁竖向计算高度应为净高；

3）池壁为组合壳时，池壁竖向计算高度的一端应计算至组合壳中线的连接处。池壁与底板（基础）连接，底板（基础）视为池壁的固定支承时，底板（基础）的厚度必须大于池壁，可根据地基的土质情况取1.2～1.5倍池壁厚度，并应将底板（基础）外挑。

五、钢筋混凝土水池的保温和防腐要求

建于寒冷地区的清水池，为防止冻裂，必须采取防寒保温措施。一般采用覆土保温。覆土厚度应视室外计算温度确定。池顶覆土厚度除满足保温要求外，还须满足抗浮要求采用覆上保温虽然方便简单，但在覆土厚度大时，可能造成经济上的不合理。此时应采用炉渣等轻型保温材料．其厚度应根据热工计算确定。

用于水处理的水池，其防寒措施由工艺要求确定。有的要求建于室内，有的则因水温本身较高而不需防寒保温应视具体条件区别对待。水池在施工过程中的保温；为防止由于施工中养生保温不好而导致池壁发生龟裂现象，水池在覆土前均应重视保温措施。水池的防水、防腐要求：水池类构筑物除强度、抗裂满足要求外，还必须保证严密不漏水。因此，除钢丝网水泥水池外，其他各种材料和型式的水池内部均应采取防水措施。防水层一般用1：2水泥砂浆抹面，厚20mm。

贮存有侵蚀性液体或建于有地下水地区的水池，凡与池体接触部分应采取防腐措施。贮存侵蚀性液体的水池内部，应视其侵蚀程度采用涂抹沥青或其他防腐栋料或衬砌瓷砖等相应的防腐措施。建于有地下水地区的水池外部，一般采取涂抹沥青层以防腐蚀。涂抹高度一般应高出地下水位以上300mm。

六、结语

水池广泛应用与污水处理中，一般污水处理站中其中的水池有配水池、污水处理池、排水井，这些都是污水处理站中必要的构筑物，其在污水处理中起着不可或缺的作用，因此，在水池的设计过程中应以设计规范为依据，各专业之间密切配合，对一些构造措施应区别情况，灵活掌握。