水池设计心得 28页

序言不知不觉，参加工作就将近2年了。大学一毕业，就来到建筑分院从事火电项目的水工结构设计。刚一踏进建筑分院，就听领导说我分院水工结构这一块很是缺人。当时既感高兴，又感压力。心里就暗暗鼓励自己，一定要好好把握这个难得的机会，努力提高自己的业务设计水平，争取早日成为一位优秀的设计师，早日成为院里骨干。我知道这个目标对于一个刚毕业的我来说是高了一点。但我并不因此而退缩，而且我是真的一直在为这个目标而努力奋斗！再加上有这么多有能力又无私的同事，还有关心我的领导，我对自己很有信心！由于我是刚参加工作，所以我做的大多数是水池、水沟之类。我想因为这些是水工结构里最简单的一些设计，做任何事情都应该从易到难。可以说前一年的吋间里，我基本上都是做水池。记得参加工作的第一项任务就是合山电厂的煤水沉淀池。当时我只是按着我的指导老师张声达高工已写好的计算式进行了一些简单的验算而已，可以说当时张工怎么说，我就怎么做，根本就不懂得每一步的来龙去脉，再加上图又催的紧，所以就这样糊里糊涂的把图出了。出完图后，就反过来整理计算书，在整理的过程中不懂的地方就问张工，最后，总算是把整个计算过程大概了解了。当我做第二个水池时，就懂得该从那里起着手计算了，但对于一些细部的结构计算和构造规定仍然不清楚，于是又一次一次地向张工和覃工等老同志请教。就这样，做过的水池越来越多。而每做完一个水池，我都会做一个小结，总结该注意的一些结构设计和构造规定等，当然还包括制图方面应注意的一些常n见问题。久而久之，对水池结构设计和构造规定也略知一二，为了及时对自己所学的知识进行总结，也是为了今后自己能进步的更快一些，因此特写下这篇心得，希望各位领导和老师能提出宝贵意见，写的不对的地方，恳请大家批评指正。谢谢！n第一章水池的结构选型给水排水工程中的水池，从用途上可以分为两大类：一类是水处理用池，如沉淀池、滤池、曝气池等；另一类是贮水池，如清水池、高位水池、调节池等。前一类池的容量、型式和空间尺寸主要由工艺设计决定；后一类池的容量、标高和水深由工艺确定，而池型及尺寸则主要由结构的经济性和场地、施工条件等因素来确定。已做工程分类水处理用池：合山电厂（煤水沉淀池）、北海电厂一期（含煤废水雨水澄清池、煤场雨水澄清池）、来宾电厂（斜管沉淀池）贮水池：合山电厂（100m3回收水池）、长洲水利枢纽右岸施工水厂（400m3清水池、2x800m3清水池）、贵港电厂五通一平（200m3生活用水水池、1000m3施工用水水池）、田东电厂（300m3回用水池、调节池与隔油池）、北海电厂一期（200m3煤水处理淸水池、污水调节池、中间及清水池）水池常用的平面形状为圆形或矩形（工程中以矩形居多），其池体结构一般是由池壁、顶盖和底板三部分组成的。按照工艺上需不需要封闭，乂可分为有顶盖（封闭水池）和无顶盖（开敞水池）两类。给水工程中的贮水池多数是有顶盖，而其他池子则多不设顶盖。已做工程分类封闭水池：合山电厂（100m3回收水池）、长洲水利枢纽右岸施工水厂（400m3清水池、2x800m3清水池）、贵港电厂五通一平（200m3生活用水水池、1000m3施工用水水池）、田东电厂（300zn3回用水池）、n北海电厂一期（200m3煤水处理清水池、污水调节池、中间及清水池）幵敞水池：合山电厂（煤水沉淀池）、田东电厂（调节池与隔油池）、北海电厂一期（含煤废水雨水澄清池、煤场雨水澄清池）、来宾电厂（斜管沉淀池）就池体结构的混凝土和钢材用景来说，容景在200m3以内的小型贮水池，圆形和矩形的经济指标不相上下；当容量在200〜3000n?以内时，则一般圆形水池比容量相同的矩形具有更好的技术经济指标。圆形水池的池壁沿环向和竖向两个方向承受荷载，在池内水压力或池外土压力作用下，池壁在环向处于轴心受拉或轴心受压状态，在竖向则处于受弯状态，受力比较均匀明确。而容景在200m3以上的矩形贮水池，池壁往往单靠竖向受弯来传递荷载，因此池壁厚度常比圆形水池大。容量在3000m3以上的圆形水池应采用预应力池壁。否则巾于直径较大，水压力引起的环拉力很大，为了保证池壁的抗裂度，池壁可能相当厚，其经济性就可能不及矩形水池。如果采用预应力池壁，抗裂度就会大大提高，壁厚可以减小。而且预应力混凝土可以存效地利用高强度钢筋，有利于节约钢材。单纯沿竖向传力的矩形贮水池池壁，壁厚取决于水深，当水深一定时，水池平面尺寸的扩大不会影响池壁厚度。容积特别大的水池采用矩形可能是经济的。水池池壁根据其内力大小及其分布情况，可以做成等厚的或变厚的。变厚池壁的厚度按直线变化，变化率以2〜5%（每米高增厚2〜5cm）为宜。无顶盖水池壁厚的变化率可以适当加大。现浇整体钢筋混凝土n圆水池容量在lOOOn?以下的，可采用等厚池壁；容量在1000m3及1000m3以上的，用变厚池壁较经济。按照建造在地面上下位置的不同，水池又可分为地下式、半地下式及地上式。为了尽量缩小水池的温度变化幅度，降低温度变形的影响，水池应优先采用地下式或半地下式。对于有顶盖的水池，顶盖以上应覆土保温。另一方面，水池的底面标高应尽可能高于地下水位，以避免地下水对水池的浮托作用。当必须建造在地下水位以下时，池顶覆土又是一种最简便有效的抗浮措施。地震区的水池最好采用地下式或半地下式。已做工程分类地下式：合山电厂（煤水沉淀池）、田东电厂（300m3回用水池、调节池与隔油池）、北海电厂一期（含煤废水雨水澄清池、煤场雨水澄清池、200m3煤水处理清水池、污水调节池、中间及清水池）半地下式：合山电厂（100m3回收水池）、长洲水利枢纽右岸施工水厂（400m3清水池、2x800m3清水池）、贵港电厂五通一平（200m3生活用水水池、1000m3施工用水水池）地上式：来宾电厂（斜管沉淀池）当水池底板位于地下水位以下或地基较弱时，贮水池的底板通常作成整体式反无梁底板。当底板位于地下水位以上，且基土坚实时，底板和支柱基础则可以分开考虑。此时底板的厚度和配筋均由构造确定，这种底板称为分离式（或铺砌式）底板。分离式底板可设置分离缝，也可不设分离缝。后者在外观上与整体式反无梁底板无异，但计算时不考虑底板的作用，柱下基础及池壁基础均单独计算。有分离缝n时，分离缝处应右止水措施。n第二章水池的荷载计算作用在水池上的主要荷载如附图1所示。池顶、池底及池壁的各种荷载必须分别进行计算。必要时还应考虑温度、湿度变化和地震力等因素对水池结构的作用。&一永久作用的分项系数，当作用效应对结构不利时，对结构和设备自重应取1.2，其他永久作用取1.27;当作用效应对结构有利时，均应取1.0;但当对水池进行抗浮、抗滑和抗倾覆稳定性验算时，对结构和设备自重应取/6=0.9。~一可变作用的分项系数，对地表水或地下水的作用应作为第一可变作用取1.27，对其他可变作用应取1.40。一、池顶荷载作用在水池顶板上的竖向荷载，包括顶板自重、防水层重、覆土秉、雪荷载和活荷载。顶板自秉及防水层重按实际计算；池顶覆土的作用主要是保温与抗浮，一般取~±=18队/〃人如果必须利用覆土抗n第二章水池的荷载计算作用在水池上的主要荷载如附图1所示。池顶、池底及池壁的各种荷载必须分别进行计算。必要时还应考虑温度、湿度变化和地震力等因素对水池结构的作用。&一永久作用的分项系数，当作用效应对结构不利时，对结构和设备自重应取1.2，其他永久作用取1.27;当作用效应对结构有利时，均应取1.0;但当对水池进行抗浮、抗滑和抗倾覆稳定性验算时，对结构和设备自重应取/6=0.9。~一可变作用的分项系数，对地表水或地下水的作用应作为第一可变作用取1.27，对其他可变作用应取1.40。一、池顶荷载作用在水池顶板上的竖向荷载，包括顶板自重、防水层重、覆土秉、雪荷载和活荷载。顶板自秉及防水层重按实际计算；池顶覆土的作用主要是保温与抗浮，一般取~±=18队/〃人如果必须利用覆土抗n浮，则在抗浮验算吋取/&+=16WV/m3。活荷载是考虑上人、临吋堆放少量材料等的重量，一般取＜7=2Z7V/m3;地面堆载一般取=QkN/m、雪荷载、活荷载及地面堆载不同时考虑，应选择较大值进行结构计算，故一般取地面堆载进行计算。二、地基土壤应力、水池抗浮、抗滑、抗倾稳定性及池底荷载（-）地基土壤应力1.当水池底板为整体式时，一般可假设地基反力为均匀分布。此时底板下的土壤应力（即单位面积上的地基反力）为：(7=池顶活荷载及覆土荷载+水池总重池底面积+底板单位面积上的水重+单位面积热层重取ct来进行池底地基承载力验算，应满足2.当水池底板为分离式时，池壁基础处于竖向压力和力矩的共同作用下，基底土壤应力（⑺不是均匀分布的。十^min，r_2—喇人，1.2［川此时计算的土壤应力0）应满足：式中［/?］为地基土壤的容许承载力。«水池的抗浮稳定性验算只有整体式底板的水池才会进行抗浮稳定性验算。因为分离式底板的水池大多是底板位于地下水位以上，如果是位于地下水位以下，其一定是采取了可靠有效措施来消除地下水压力，否则不可能做成分离式底板，所以对分离式底板的水池不必进行抗浮稳定性验算。n当水池的底面标高在地下水位以下时，应对水池进行抗浮稳定性验算，一般包括整体抗浮和抗浮力分布均匀性（局部抗浮）。进行整体抗浮验算是为了使水池不被地下水浮托起来；而进行局部抗浮验算是为了避免底板被浮力顶裂的危险。整体抗浮（标准值）:水池总盧y也，覆土总i21总浮力“式中为抗浮安全系数，其取值目前尚无统一规定，一般可取1.1〜1.15，而在《给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069-2002》的P18中取为1.05;总浮力=+0;式中没有考虑池壁与土壤之间的摩擦力的抗浮作用，而一般是趋向于把这种摩擦力作为一种额外的安全储备。局部抗浮（标准值）：__>1.07水（仏+，）式中一池顶覆土重、顶板自重、所有中间支柱自重、底板自重等所形成的基底单位面积上的抗浮力（）WV/m2）。开敞式水池及无支柱的封闭式水池不必验算局部抗浮。封闭式水池的抗浮稳定性不够时，可以用增加覆土厚度的办法來解决。开敞式水池的抗浮稳定性不够时，则可采取增加水池自重；将底板悬伸出池壁以外，并在上面压土或块石；或在底板下设置锚桩等办法来解决。㈢水池的抗滑稳定性验算只有分离式底板的水池冰会进行抗滑稳定性验算。整体式底板的水池一般不必进行抗滑稳定性验算。分离式底板：当基础与底板连成整体并采取了必要的拉结措施时，抗滑稳定性不必验算。或者，虽然基础与底板分离，但水池长度不大、无伸缩缝、四周基础形成水平封n闭框架时，也可以不验算抗滑稳定性。另外，在第二种荷载组合（池内无水、池外右土）下也不必进行抗滑稳定性验算。在进行抗滑稳定性验算时，抵抗力只计入永久作用，即水池自重加水重与地基之间摩擦力，可变作用不应计入；抵抗力和滑动力应均采用标准值。取抗滑安全系数1.30,见《给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069-2002》的P18。⑽水池的抗倾覆稳定性验算只有分离式底板的水池才会进行抗倾覆稳定性验算。整体式底板的水池一般不必进行抗倾覆稳定性验算。在第二种荷载组合（池内无水、池外有土）下的抗倾覆稳定性，一般没有问题。但当基础在池壁内外两侧的悬伸长度（q，c2）都不大且近乎相等时，则必须验算。另，顶端有侧向支承的池壁不会右倾覆的危险。在进行抗倾覆稳定性验算时，抵抗力只计入永久作用，可变作用不应计入；抵抗力和倾覆力应均采用标准值。取抗倾覆安全系数=1.50，见《给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069-2002》的P18。如上所述，由于利用了基础以上的水重来抗倾覆和抗滑移，在设计时必须特别注意池底的防渗漏措施和基土的透水性。如果池底漏水而基土又不透水，则很可能在基底形成向上的渗水压力而使稳定性不可靠。必要时，可在底板下铺设砾石透水层并用盲沟或排水管排水。㈤池底荷载池底荷载是指将使底板产生弯矩和剪力的那一部分地基反力或地下水浮力:qD=池顶荷载+支柱总重+池壁总重底板面积K作用方向为垂直向上。当无地下水时，为地基反力所引起。可以n看出，％相当于从67中扣除了底板和垫层的自重以及池内水重，这是因为这些重量所引起的土壤应力和这些重量本身直接抵消而不会使底板产生弯矩和剪力。当有地下水时也是一样，即&仍按上式计算，不过此时的~是由地下水浮力和地基反力所共同引起的，地下水浮力使地基反力减小，但作用于底板上的总的反力不变。三、池壁荷载池壁直接承受的外荷载，主要是作用于水平方向的水压力和（主动）土压力。水压力按三角形分布，池内底面处的最大水压力为：4水2=（kN/m2）虽然设计水位一般在池内顶面以下20〜30cm,但为了简化计算，常取水压力的分布高度等于池壁的计算高度。当无地下水时，池外土压力一般按梯形分布；当有地下水且地下水位低于池顶时，以地下水位为界，分两段按梯形分布。在地下水位以下，除必须考虑地下水的侧向压力外，还要考虑地下水使浸于其中的土壤容重降低的作用，即地卞水位以上取土的天然容重而在地下水位以下取土的浮容重ZS。为了简化计算，通常可将附图1所示的折线分布（即实际分布线）的侧向土压力取成直线分布（即简化分布线）。这吋，附图1中地下水压力及各土压力的标准值计算如下：Vk0=rg2（45°,其中炉为土的内摩檫角...％=以。，6/±1=r±yoko9n有地下水吋：^水丨=1g±3=q±1+q±2+/浮H人;无地卜水时：W0,?t3=^ti+人、其他因素对水池结构的影响除了上述荷载的作用以外，温度和湿度变化、地震作用等也将在水池结构中引起附加内力，在设计时必须予以考虑。温度和湿度的变化会使砼产生收缩或膨胀，当这种变形受到结构外部或内部的约束而不能自巾发展时，就会在结构中引起附加应力，称为温度应力和湿度应力。湿差和温差(其计算见《给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069-2002》的P14)对结构的作用是类似的，故可将湿差换算成等效温差来进行计算。在水池结构设计中，主要采取以下措施来消除或控制温差和湿差造成的不利影响：(1)设置伸缩缝，以减少对温度或湿度变形的约束；(2)配置适景的构造钢筋，以抵抗可能出现的温度或湿度应力；(3)通过计算来确定温差和湿差造成的内力，在强度和抗裂计算中加以考虑。此外，合理地选择结构型式；采用保温隔热措施，如用水泥砂浆护面、用覆土保温，对地面式水池的外壁涂以0色反射层；注意水泥品种和集料性质，如选用水化热低的水泥和热膨胀系数较低的集料，避免使用收缩性集料；严格控制水泥用量和水灰比；保证砼施工质量,特别是加强养护，避免砼干燥失水等。所有这些都可以减少温度和湿度变形的不利影响设置伸缩缝主要是减少中面季节平均温(湿)差的影响。矩形水n池通常采用这种办法来避免由于池壁长度过大而可能出现的温度和收缩裂缝。对于地面式或半地下式矩形水池，一般应沿池壁长度不超过15〜20m设置一条伸缩缝；而对于地下式水池则应不超过25〜30m设置一条伸缩缝。对水池具有破坏性的地震荷载主要是水平方向的地震惯性力，包括水池的自重惯性力、动水压力和动土压力。一般地说，钢筋砼水池本身具有相当好的抗震能力。所以对于地震设计烈度小于等于8度地区的地下式水池，一般只需采取一定的抗震构造措施，而可不作抗震计算；只有在地震烈度比较高的地区，才应作抗震计算。五、荷载组合水池一般应根据下列三种不同的荷载组合分别计算内力：(1)池内满水，池外无土；⑵池内无水，池外有土；(3)池内满水，池外存土。第一种组合出现在回填土以前的试水阶段。第二、三两种组合正常使用期间的放空和满池时的荷载状态。当然，这是指有覆土的水池。对于无覆土的地面式水池，只需考虑第一种荷载组合。一般来说，第一、第二两种荷载组合是引起相反的最大内力的两种最不利状态。但是，如果绘制池壁最不利内力包络图，则在包络图极值点以外的某些区段内，第三种荷载组合很可能起控制作用，这对n池壁的配筋会有影响，而这种情况常常发生在池壁两端为弹性嵌固的n水池中。若能判断出第三种荷载组合在池壁的任何部位均不会引起最不利内力，则在计算中可以不考虑这种荷载组合，池壁两端支承条件为自由、铰支或固定时，往往就属于这种情况。对于多格的矩形水池，还必须考虑某些格充水、某些格放空的最不利组合第三章钢筋砼矩形水池设计第-节矩形水池的计算假定及结构布置原则一、不同高长比池壁的计算假定当池壁高长比！<0.5时，池壁主要沿竖向传力，水平方向的作用a可以忽略不计。内力分析时可取单宽的竖条作为计算单元，象一般挡土墙一样计算。这种池壁称为挡土（水）墙式池壁。当0.5