某扶壁式钢筋混凝土水池结构设计简述

杨 佳 宾

(山西省城乡规划设计研究院，山西 太原 030001)

某扶壁式钢筋混凝土水池结构设计简述

杨 佳 宾

(山西省城乡规划设计研究院，山西 太原 030001)

以某生物反应池为例，从水池的壁板、扶壁、底板等方面入手，对工程采用的扶壁式钢筋混凝土水池的结构设计全过程进行了阐述，并给出了具体的设计结果，为类似工程的项目设计积累了经验。

扶壁式池壁，水池，结构，设计

1 工程概况

该工程为山西晋中地区某污水处理厂生物反应池，平面尺寸36 m×32.6 m，池深6.7 m，为半地下室式敞口钢筋混凝土矩形水池。根据地质勘察报告，场地的土层以粉土和砂土为主，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，场地类别为Ⅲ类，地下水埋深在地表以下15 m，地下水位较低，可不考虑地下水对本工程的影响。工程的平面图、剖面图见图1。

2 结构选型

2.1 水池设“十”字变形缝

该水池超长，两个方向均超过了规范20 m的设缝间距，考虑到该水池为半地下室敞口池且平面尺寸超长较多，不宜采用掺外加剂和设置后浇带的方法，本设计采用设“十”字伸缩缝将水池分割成四块，分割后每块的长度均不超过20 m，由此可以解决水池的温度变形问题。

2.2 池壁采用扶壁式池壁

该水池池壁的长宽比大，结合变形缝的设置，水池垂直壁板按单向悬臂受力状态设计，水池垂直壁可采用扶壁式或变厚度式池壁。根据一般的工程经验[1，2]，当池壁高度大于5 m时，宜在竖直方向设置扶壁，竖向扶壁和池壁组成的T形悬臂结构。文献[3]以25 m×10 m×6.8 m(池深)的矩形水池为例，说明了扶壁式池壁相对于变厚度式池壁有一定的经济性。由于上述原因，本设计采用扶壁式池壁。

3 结构设计

3.1 壁板设计

3.2 扶壁设计

扶壁间距一般取为池壁高度的1/3～1/2,间距常取为2.5 m～3.5 m,在此范围内根据工艺图的平面布置，尽量让扶壁与内隔墙的位置重合，由此本次设计取扶壁间距为3.2 m～3.4 m。扶壁宽度通常为0.3 m～0.4 m且不小于池壁厚度，本次设计取为0.4 m。扶壁的高度为0.5 m～2.0 m。

扶壁配筋计算以池内有水池外无土为控制工况，其计算过程(其余工况计算过程略去)如下:

1)取池壁根部的截面为1—1截面，内力计算过程如下：

q1=1.27×67×3.4=289.3 kN。

M1=(0.5×289.3×6.7)×6.7×1/3=2 164.4 kN·m。

V1=0.5×289.3×6.7=969.1 kN。

2)取池壁根部3.3 m处的截面为2—2截面，内力计算过程如下：

q2=1.27×33×3.4=142.5 kN。

M2=(0.5×142.5×3.2)×3.2×1/3=243.2 kN·m。

V2=0.5×142.5×3.2=228.0 kN。

按T形截面进行配筋设计后扶壁的配筋结果及具体尺寸见图4。

3.3 底板设计

悬臂式挡水墙池壁的底板采用局部加厚底板的整体式底板。

底板的截面选择是通过经验初定截面并试算的过程。底板设计需要初定底板厚度、基础的总宽度、伸出池壁以外和以内的宽度，然后进行地基承载力、抗滑移稳定性以及抗倾覆稳定性的验算。

本次设计为了加强池壁基础的刚度，局部加厚底板的厚度取为0.7 m，其他部位的底板厚度取为0.35 m。局部加厚底板宽度取为4.5 m，外伸1.7 m，内伸2.5 m，池壁为0.3 m，具体尺寸见图5。底板设计计算以池内有水池外无土为控制工况，其计算过程(其余工况计算过程略去)如下。

3.3.1 地基承载力验算

本部分设计取扶壁的一个间距3.4 m计算，扶壁传给基础的弯矩近似取全部水压力计算。计算简图见图5，其中N1为池壁自重，N2为池内充满水时水的自重，N3为池壁以外的扶壁自重，G为基础底板的自重，Vk为静水压力的集中力，作用在池壁高度的1/3处。

N1=(0.3×3.4×6.7)×25=170 kN。

e1=0.4 m。

N2=(2.5×3.4×6.7)×10=570 kN。

e2=1.0 m。

N3=(0.4×1.25×6.7)×25=84 kN。

e3=1.4 m。

G=(4.5×0.7×34)×25=268 kN。

Vk=0.5×67×6.7×3.4=763 kN。

本工程持力层为粉土(地基承载力特征值为110 kPa)，不满足地基承载力要求，采用2.0 m厚砂石垫层处理地基，要求处理后的地基承载力特征值不小于200 kPa。

3.3.2 抗滑移验算

本设计中水池被伸缩缝分割成四段，这时应该特别注意挡水池壁的抗滑移稳定性，本次设计如果采用池壁基础与池内底板的分离式结构(即在两者之间设分离缝)，抗滑移验算不容易通过，需要采用增加加厚底板的内挑长度和池壁自重等等方式来提高抗滑移的稳定性；而采用整体式底板能极大的提高池壁的抗滑移稳定性，能通过抗滑移稳定验算，所以本次设计采用了整体式底板。

3.3.3 抗倾覆验算

池内有水时水压力产生倾覆力矩，池壁等的重力产生抗倾覆力矩，按照下述公式进行计算，抗倾覆稳定安全系数大于1.6，通过验算。

3.3.4 基础底板配筋验算

按照地基承载力验算中得出的地基反力，按地基反力直线型分布的假定进行截面配筋计算可知，局部加厚底板配筋按构造控制。本次设计局部加厚底板(0.7 m)部分实配钢筋为双层双向φ20@200。

4 结语

本文以某生物反应池为例，根据工程的实际情况首先进行结构选型，其次依据现行的国家相关设计规范对钢筋混凝土矩形水池的壁板、扶壁、底板分别进行了设计，并以图文的形式给出了设计结果，可供结构工程师们参考。水池的结构设计首先要力求结构选型合理，其次对于水池结构构件的截面尺寸确定是一个试算的过程，经济合理的截面是通过反复试算而得到的，本文的结构截面尺寸及配筋均可以作为类似工程项目的参考。

[1] 《给水排水工程结构设计手册》编委会.给水排水工程结构设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 张靖静.水池结构设计概要分析[J].山西建筑，2005，31(22)：67-68.

[3] 张靖静，鲁锦伯.带斜撑式池壁的设计研究[J].特种结构，2008，25(1)：63-64.

Simply description of the structure design of a buttress reinforced concrete pool

YANG Jia-bin

(ShanxiUrbanandRuralPlanningDesignResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

Taking a biological reaction tank as an example, from the pool wall, buttress and floor and other aspects, elaborated the structure design overall process of the engineering used buttress reinforced concrete pool, and gave the specific design results, accumulated experience for similar project design.

buttress pool wall, pool, structure, design

1009-6825(2014)34-0049-02

2014-09-22

杨佳宾(1980- )，男，工程师

TU375

A