矩形水池设计和工程经验看法

李鹏锐 周昌富

（铜陵有色设计研究院有限责任公司，安徽 铜陵 244000）

工业厂区内常见到水池或类似水池构筑物设计，本文就矩形水池基本结构设计进行总结与探讨。矩形水池的设计包括抗浮设计、承载力设计、正常使用阶段验算与构造措施。地坑、储料坑、挡土墙等相同结构的设计也同矩形水池设计。

水池设计时，计算有如下几种情况：1）承载力极限状态：即应根据作用效应的基本组合设计值对结构构件进行强度计算。2）正常使用状态：对轴心受拉或小偏心受拉构件，应按不出现裂缝控制，采用短期效应的标准组合验算；对受弯或大偏心受压、受拉构件，应按限制裂缝宽度控制，并应采用长期效应的准永久组合验算水池构件的裂缝。3）水池的稳定计算：稳定计算通常为抗浮计算，应采用最高水位的标准值验算。

1 承载力设计

水池承载力设计包括池壁、底板与顶板设计，其中顶板设计同屋面结构，本文主要讨论池壁与池底板承载力设计。

池壁与底板整体浇筑时，应根据两者的线刚度比确定池壁底端的边界条件。底板对池壁要满足嵌固要求时，通常底板厚度应选为池壁厚度的1.2～1.5倍，并应将底板外挑。但对大面积底板来说，宜采用变截面底板以节约材料。当底板对壁板的连接达不到嵌固要求时，按底板固定计算对顶端自由壁板是偏安全的，对顶端为不动铰接的壁板应适当加大壁板中部的弯矩及配筋。

池壁荷载包括池内外侧压力、地面活荷载、浮力以及温度变化产生的附加力。地下式水池承载力设计一般根据下列三种荷载组合计算内力：1）池内满水，池外无土；2）池内无水，池外有土；3）池内水满，池外有水。

池壁根据结构的主要尺寸可分为浅池、深池和双向板式水池。敞口池当池长与池高之比大于3时即为浅池，非敞口池当池长与池高之比大于2时为浅池；敞口池当池长与池高之比介于于0.5与3之间时即为双向板式水池，非敞口池当池长与池高之比介于于0.5与2之间时为双向板式水池；其余即为深池。

水池底板一般是直接与土体接触的构件，它所承受的荷载除了壁板、隔墙、柱及顶板传来的荷载外，还有土的反力。由于土反力及分布受上部结构荷载、土的性质及上部结构刚度影响，难以确定，使得水池的底板计算过于复杂，一般取简化条件计算。池底板可以根据池底大小分两种情况，一为池底面不太大时底板同一厚度，一为池底面比较大时池底板分为两种厚度--池壁支座加厚部分与防水底板部分。

2 正常使用阶段验算

正常使用阶段验算为裂缝验算，水池最大裂缝要求根据使用要求：不大于0.3mm或0.2mm。一些池壁配筋值通常由裂缝控制。

裂缝的控制：在水池类构筑物设计中，做好裂缝的控制对设计来讲尤为重要。设计人员要从设计与施工两个方面来加强控制。设计方面，增加配筋率或减小钢筋直径能增加混凝土的极限拉伸，因此在结构设计时，在节点应力集中处或大体积混凝土中沿截面均匀配置细密的构造钢筋或钢筋网片，均可提高构件的抗裂能力。施工方面，不要过分强调加快施工进度，不要过分追求水泥的早高强，尤其不要不分场合地使用早强型水泥。在混凝土中考虑掺加缓凝剂和减水剂，降低水灰比，减少水泥用量。混凝土振实成型后，要尽早表面覆盖，加强养护，延长浇水养护时间。

3 抗浮设计

抗浮设计是指抗浮安全系数不小于1.05，也即水池自重加底板覆土重量与地下水浮力之比不小于1.05。当水池体量较大且地下水位较高的情况下，抗浮较难以满足，因为同体量较小水池相比时，每平方底板重量与受浮力大小相同，但每平方池壁重量较小，所以难以满足。此时最有效的方法是调整底板挑出长度以增加底板上覆土重量或是将底板上铺设毛石来增加抗浮重量。另外雨季施工有盖水池时应着重注意池四周排水以防水池上浮。

抗浮设计与地下水位标高密切相关，由于地下水位未掌握好而引起抗浮不够及结构选型错误等工程事故时有发生。地下水位应根据勘察部门和水文部门提供的数据采用，考虑可能出现的最高地下水位，不考虑罕遇洪水的偶然作用。设计人员应详细了解当地的水文情况，考虑当地有无暴雨、台风的影响，是否会出现由于地表水不能及时排除而引起地下水位提高。

4 常用设计注意点及构造措施

地上式混凝土水池温度区段为20m，地下式温度区段为30m。而留置伸缩缝容易给正常使用遗留问题，故池体量超过温度区段时可以用施工后浇带处理。当为地上式水池时，不能忽视温湿度的作用。

根据水池所处环境及其具体使用要求选择适当的池体材料：包括混凝土强度等级、抗渗等级等，是否需掺其它如抗腐蚀或抗裂材料，钢筋的混凝土保护层厚度也不容忽视，混凝土材料等级不低于C30，一般情况下抗渗等级为S6。

水池施工时尽量不留竖向施工缝，水平施工缝建议留在离底板顶面以上500mm处，同时注意做好缝间防水，并且要求二次浇筑时表面要凿毛，以保证混凝土间的粘接性。

当设计较长水池并在结构上处理比较困难时，设计可采用后浇带或UEA加强带等施工方法来减少混凝土收缩产生的当量温差及不利温差。在正常的施工条件下，后浇带的间距宜为20～30m。

设计注意水池池壁转角处、池壁与顶板、池壁与底板处的构造措施，应加强配筋；根据池壁竖向裂缝往往由壁顶开始逐渐向下延伸的现象，最好在壁顶集中配置的水平钢筋予以加强，且直径不应小于池壁的受力钢筋；最好在水池池壁转角处另加四根直径不小于池壁竖向受力钢筋直径的竖向钢筋，可以起到构造柱作用，用于加强水池的整体刚度，增加抗震性能。