浅议现浇钢筋砼矩型水池设计与施工验收 12页

浅议现浇钢筋砼矩型水池设计与施工验收　　摘要：目前我国的水池绝大多数都是采用现浇钢筋混凝土结构，相对于砖砌水池它耐久性好，防腐蚀好，防渗性能好；相对于钢结构水箱而言防腐蚀好，造价较低。本文就现浇钢筋混凝土矩形水池的设计和施工验收中的几点问题作以简单介绍。关键词：钢筋混凝土矩形水池静力计算基础形式超长水池满水试验中图分类号：TU37文献标识码：A钢筋混凝土水池广泛应用于水处理工程中，是市政给水排水工程以及污水处理中的重要构筑物。目前我国的水池绝大部分是钢筋混凝土水池，水池的容积由工艺确定，几十立方米到近万立方米不等。其形状根据使用要求、建筑场地条件、材料的供应及施工技术、结构受力和地质状况等因素综合考虑而定。常用的钢筋混凝土水池有球壳、锥壳、圆柱壳、矩形、正方形，单格池、多格池，有盖池、敞口池，地上池、地下池等。而矩形钢筋混凝土水池应用最为广泛，这里简单谈一下现浇钢筋混凝土矩形水池的设计和施工验收中的几点问题。1现浇钢筋混凝土水池材料选用1.1混凝土12n1.1.1《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS138：2002)中规定：水池受力构件的混凝土强度等级不应低于C25，垫层混凝土不应低于C10；目前设计及施工过程中如果没有特殊要求的较常用的混凝土强度等级为C30抗渗混凝土，垫层采用C15素混凝土；对于某些超长的需要设膨胀加强带的现浇钢筋混凝土水池，膨胀加强带处的混凝土强度等级应相对于水池其他部位的混凝土强度提高一级。1.1.2水池通常利用自身混凝土抗渗，不作其他抗渗处理。所以水池混凝土的密实性应严格遵守《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》3.0.2条规定，按要求对混凝土抗渗等级进行试验。1.2钢筋对于水池的顶板、池壁、底板等受力钢筋通常选用三级(HRB400)热轧钢筋，拉结钢筋和箍筋通常选用一级(HPB300)热轧钢筋。2计算荷载组合水池结构上的作用主要可分为永久作用和可变作用两类。永久作用应包括结构自重，土的竖向压力和侧向压力、水池内的盛水压力、结构的预加应力、地基的不均匀沉降等；可变作用应包括池顶活载、雪荷载、地表或地下水压力(侧压力、浮托力)、结构构件的温(湿)度变化作用、地面堆积荷载等。12n对于水池上部的设备，考虑设备自重的同时还应考虑设备的震动系数；对于地上部分的多层水池还应考虑地震和风荷载对水池产生的作用效应。现浇钢筋混凝土水池结构上的作用取值应结合实际情况严格的遵守相应的规范和规程要求，强度计算的作用组合可参照下列表格。表-1强度计算的作用组合(摘自《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表5.2.2)注：1表中有“√”的作用为相应池型与工况应予计算的项目；有“△”的作用为应按具体设计条件确定采用，当外土压无地下水时不计qgw；2表中未列入地下式有盖水池池内有水的工况，但计算地基承载力或池壁与池顶板为弹性固时计算池顶板，须予考虑；3不同工况组合时，应考虑对结构的有利与不利情况分别采用分项系数。3现浇钢筋混凝土矩形水池静力计算3.1结构的计算简图形式12n水池大致可分为敞口水池和有盖水池；池壁顶端分为无约束(即自由端)和约束两种情况，其中约束支撑形式根据具体情况可分为铰支撑、弹性固定和不动铰支撑三种；池壁底端与底板的连接情况主要有铰支撑、弹性固定和固端支撑三种。池壁在侧向荷载作用下分为单向受力板和双向受力板，具体按照《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表6.1.2进行划分。单向受力板具体分为竖向单向受力和水平单向受力；双向受力板具体分为三边支撑(三边铰支顶端自由、三边固定顶端自由、底边固定两端铰支顶端自由、两侧固定顶端自由底端铰支)和四边支撑(四边铰支、三边铰支顶端固定、三边铰支底端固定、两端固定两侧铰支、两侧固定两端铰支、三边固定底端铰支、三边固定顶端铰支、四边固定)。根据上述情况将水池结构简化成以下几种形式来计算内力3.1.1等代框架形式当基础底板为筏板基础且池壁顶端为自由端时，池壁可作为基础底板的铰支撑点，沿基础底板纵横两个方向截取1米宽板带进行计算，对于单格水池纵横两个方向按简支梁计算，对于多格水池纵横两个方向按连续梁进行计算；当池壁顶端有约束时，池壁底端和水池底板为固结，应沿纵横两个方向整体截取1米宽板带按平面框架进行内力分配计算。3.1.2独立基础形式12n当池壁基础为独立基础时沿池壁、顶板和基础取1米宽板带根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2012)中的独立基础形式进行内力计算。3.2荷载的不利组合对池壁产生侧压力的主要是内部水压、外部土压、外部水压、温(湿)度效应；温度效应和湿度效应取二者的最不利效应，没有特殊注明时湿度当量取10，温度根据实际水温选取；当池壁保温或地下水池时池壁可以不考虑温(湿)度效应影响。对于水池池壁计算考虑荷载的不利组合，主要是闭水试验(内水外空)和运行空池(内空外土)两种情况。闭水试验指池内满水，池外无填土，水池上部结构还没有施工；运行空池指池内无水，池外有填土，水池上部结构已经施工完毕。对于单格水池考虑这两种情况即可；但对于多格水池除这两种情况以外还得考虑不同分格的附加水荷载的最不利组合(一般按间格贮水考虑)，为了简化计算，其地基反力在任何组合下均按均匀分布计算。3.2强度、裂缝计算分类水池的强度计算、裂缝计算主要按受弯构件、偏心受压构件、偏心受拉构件三种情况进行计算。3.2.1下列情况按受弯构件计算内部水压作用下池壁竖向内侧底端和池壁竖向外侧中部。3.2.2下列情况按受压构件计算12n外部土压或外部水压作用下池壁竖向外侧底端和内侧中部，池壁水平外侧角点和内侧中部，水池底板。3.2.3下列情况按受拉构件计算内部水压作用下池壁水平内侧角点和外侧中部，池顶板，水池底板。3.3水池底板基础形式确定水池底板的基础形式根据地基承载力、地下水位埋深、水池自身结构复杂程度、建筑场地条件、是否有软弱下卧层等一系列条件确定。现浇钢筋混凝土矩形水池常采用的基础形式是筏板基础，但对于地基承载力较低，地质条件较差，很难满足抗浮要求的水池应采用桩基础；对于地基承载力较高，没有地下水，水池自身结构不是很复杂且底板面积较大的情况下可采用池壁下独立基础。4超长现浇钢筋混凝土水池处理措施表-2(摘自《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表7.1.3)对于超过上述表-2中矩形钢筋混凝土水池的伸缩缝最大间距要求的，应采取相应的措施。目前常用的措施有以下三种：4.1变形缝(伸缩缝和沉降缝)12n水池的变形缝应作成上下贯通式，同一剖面上池壁、顶板、底板全部断开，变形缝宽度不应小于30mm，最宽不超过50mm；变形缝的防水构造应由止水带、填缝板和嵌缝材料组成，止水带与构件混凝土表面的距离不宜小于止水带埋入混凝土内的长度，当构件厚度较小时，宜在缝的端部局部加厚。　　变形缝的具体做法，对于不同的地区有不同的要求，但在水池正常运行使用过程中很难达到与钢筋混凝土结构相同的使用寿命。如果变形缝内的止水带和防水材料损坏的话，很难修补，这是设置变形缝的主要缺点。4.2后浇带后浇带的宽度一般为800mm~2000mm，间距按照表-2要求设计。后浇带两侧混凝土应设置止水带，此处的钢筋不得切断，清除浮锈和浮浆；接缝处两侧混凝土应凿毛，并清除干净；后浇带处的混凝土应在两侧混凝土浇注养护42d后再施工；后浇带混凝土应采用微膨胀混凝土，强度比周围的混凝土强度提高一级，振捣密实，养护时间不少于28d，并达到强度要求。采用后浇带的方法存在的问题是工期较长，对于工期较短的工程不宜使用。4.3膨胀加强带设置膨胀加强带是目前解决超长现浇钢筋混凝土矩形水池常用的方法，12n常用的做法如下：4.3.1膨胀加强带宽度一般为2米，加强带内的混凝土比周围的混凝土标号提高一级；UEA的掺量应遵守《混凝土外加剂应用技术规范》(GB50119—2003)，并参照所加的外加剂产品说明书使用或依据实验室实验数据进行配比；目前常用的UEA掺入量为加强带处加入12%，水池其他部分加入9%。4.3.2加强带处的附加钢筋水池池壁、顶板、底板处的附加钢筋应按照加强带处原结构构件受力钢筋的一半进行附加，每侧伸出加强带外不少于1000mm，并固定在上下层(内外层)钢筋上。5水池的抗浮问题对于地下水埋深很浅的地下水池，水池的抗浮问题很值得重视。池体抗浮验算应满足(水池结构自重+周边覆土重)÷总浮力≥1.05，一般的当地下水埋藏较深时可以通过水池自身的结构自重来满足抗浮。如果满足不了抗浮降水问题。一般地下式水池，当地下水位较高时，应采取有效的降水措施，使地下水位线保持在施工线以下最低处为宜，必须确保混凝土强度达到规范要求和上部结构施工完毕后方可停止；对于小型水池也可以通过加大结构自，例如适当外挑底板伸出长度，加厚水池顶板、池壁、底板或水池内增加配重等措施来解决抗浮问题。12n当池体的浮力通过上述方法都不能解决时可采用桩基来锚浮抗拔以抵抗浮力作用，从工程实践来看，用钢筋棍凝土压浆桩或电动沉管灌注桩效果最佳，沉桩效率高、施工速度快、表面粗糙度高、同土体间的摩擦力大、锚浮能力强；也可以采用锚杆来解决抗浮问题。6施工及工程验收中需注意的几点问题6.1水平施工缝现浇钢筋混凝土水池的水平施工缝有两道，一般留在距底板上表面500mm处和顶板下部500mm处，对于施工现场条件较好能满足混凝土一次性浇注要求的，可以相应的提高水平施工缝的高度。目前水平施工缝处常采用4mm厚的镀锌铁板作为止水板。在水平施工缝处继续浇注混凝土时，应注意以下几点：6.1.1已浇注混凝土的抗压强度值不小于2.5MPa；6.1.2将已硬化的混凝土表面凿毛，清除钢筋与止水带的浮浆，冲洗干净并保持湿润状态，但不积水；如果忘记提前预埋止水带，应用间距350mm的水泥钉固定20mm(厚)×30mm(宽)的遇水膨胀橡胶条。6.1.3继续浇注混凝土时施工缝处应先铺一层厚20mm~30mm的配比1：1的水泥砂浆。6.1.4接缝处的混凝土应仔细捣实。6.2水池满水试验12n水池的满水试验必须执行，一般按水池充水、水位观测、蒸发量测定进行。向水池内充水一般分三次进行：第一次充水为设计水深的1/3，第二次充水为设计水深的2/3，第三次充水至设计水深；对于大、中型水池可先充水至池壁水平施工缝以上，检查底板的抗渗质量当无明显渗漏时，再继续充水至第一次充水深度。充水时的水位观测可采用水位标尺测定；充水至设计水深进行渗水量观测时，应用水位测针测定水位，水位测针的读数精度应达到0.01mm。现场蒸发量的测定可采用直径约500mm、高约300mm、内部设有测定水位指针的敞口水箱进行测定，要求水箱不得渗漏。水池的渗水量按公式进行计算，按上式计算结果，渗水量如果超过规定标准，应经检查、处理后重新进行测定。q—渗水量(L/m2·d)A1—水池的水面面积(m2)A2—水池的浸湿总面积(m2)E1—水池中水位测针的初读数(mm)E2—测读E1后24h水池中水位测针的末读数(mm)e1—测读E1时水箱中水位测针的读数(mm)e2—测读E2时水箱中水位测针的读数(mm)12n水池满水试验应在水池上层结构施工前进行，满水试验合格后立即分层夯实回填。如果在满水试验过程中，地下水上升到池底板以上，应采取相应的降水措施，直到满水试验结束。特别注意的是雨天时不应进行满水试验渗水量的测试。7结语现浇钢筋混凝土矩形水池是水处理工程中常见的构筑物，它的结构设计在满足工艺要求的前提下，应选定合理的结构方案。结构计算也是水工结构中最基础的计算，进行准确地内力分析，经过合理有效的配筋设计，方能达到技术先进，经济合理，确保水池安全正常使用。所以，我们在设计工作中要一方面确保设计的水工构筑物的安全性，另一方面要节约材料，做到实用、经济的双赢。参考文献[1]给排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程.CECS138：2002.[2]给水排水工程构筑物结构设计规范.GB50069—2002.[3]简明特种结构设计施工资料集成.中国电力出版社.[4]陈载赋主编.钢筋混凝土结构与特种结构设计手册.四川科学技术出版社.[5]建筑结构构造资料集.中国建筑工业出版社.[6]12n给水排水构筑物工程施工及验收规范.GB50141—2008.[7]石油化工钢筋混凝土水池工程施工及验收设计规范.SH/T3535-2002.[8]混凝土结构工程施工质量验收规范.GB50204—2011.作者简介：梁小郁(1981-)，女，辽宁大连人，学历：大学本科，专业：土木工程，主要从事：结构设计12