浅谈水池的结构设计
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摘要：总结水池结构设计的一些经验及注意事项
关键词：水池、荷载、结构计算、水池构造要求
随着社会的进步，人们节能环保意识的加强，现如今工程建设也开始重视环境因素。工业生产的污水的如何处理也成为工程建设中不可忽视的一部分。所以，污水处理池也会越来越多的出现在工程设计中。笔者就水池的结构设计中的一些经验体会，总结如下：
一、材料：
1、水池受力构件的混凝土强度筹级不应低于 C25；垫层混凝土不应低于 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。
2、水池混凝土的密实牲应满足抗渗要求，当H<10m时，混凝土的抗渗等级P6。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。
3、配制抗渗、抗冻混凝土时水灰比应不大于0.5。
二、荷载：
水池结构上的荷载主要可分为永久荷载和可变荷载两类。永久荷载包括结构自重、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；可变荷载包括池顶活荷载、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。
1、作用在地下式水池上竖向土压力标准值，应按水池顶板上的覆土厚度计算，并乘以竖向压力系数，压力系数可取1.0；当水池顶板的长宽比大于10时，压力系数宜取 1.2。一般回填土的重力密度可按 18kN/m3采用。
2、作用在水池上侧向的土压力标准值，对水池位于地下水以上的部分可按朗金公式计算主动土压力，土的重力密度可按18kN/m3采用，对水池位于地下水以下部分的侧压力，应为主动土压力与地下水静压力之和，此时土的重力密度应按浮重计算，可按10kN/m3 采用。
3、水池内的水压力应按设计水位的静水压力计算。对给水处理的水池，水的重力密度可取10kN/m3；对污水处理的水池，水的重力密度可取10～10.8kN/m3。对机械表面曝气池内的设计水位，应计入水面波动的影响，可按池壁顶计算。地面堆积荷载的标准值可取10kN/m2，其准永久值系数可取 0.5。
三、一般规定：
1、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荷载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荷载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荷载效应准永久组合进行变形验算。
2、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。当水池池壁采用独立基础，池壁按挡土（水）墙设计时，应符合下列规定：①池壁基底的地基反力可按直线分布计算，基底边缘的最小压力不宜出现负值（拉力），并应进行抗倾覆稳定验算。验算时荷载均取标准值，倾覆抗力系数不应小于1.5。②当池壁基础与底板间设置变形缝时，应进行抗滑稳定验算。验算时荷载均取标准值，抵抗力只计算永久作用，滑动抗力系数不应小于1.3。
3、当水池承受地下水（含上层滞水）浮力时，应进行抗浮稳定验算。验算时荷载均取标准值，抵抗力只计算不包括池内盛水的永久荷载和水池侧壁上的摩擦力，抗浮抗力系数不应小于1.05。
4、水池内设有支承结构时，还须验算支承区域内局部抗浮。池壁与底板连接，底板视为池壁的固定支承时，底板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，并应将底板外挑。5、钢筋混凝土水池结构构件的最大裂缝宽度不应大于下列规定的限值 ：清水池、给水水质净化处理构筑物0.25mm；污水处理构筑物 0.20mm
四、结构计算：
水池的结构计算简图可按下列规定确定：
1、敞口水池
1）水池顶端无约束时应为自由端；水池与底板、条形基础连接时均可视池壁为固端支承。
2）池壁顶端以走道板、工作平台、连系梁等作为支承结构时，应根据支承结构的横向刚度确定池壁顶端的支承条件为铰支或弹性支承。
2、有盖水池
1）当顶板为预制装配板搁置在池壁顶端而无其他连接措施时，顶板应视为简支于池壁，池壁顶端应视为自由端；当预制顶板与池壁顶端有抗剪钢筋连接时，该节点应视为铰支承；当顶板与池壁为整体浇筑并配置连接钢筋时，该节点应视为弹性固定；当仅配置抗剪钢筋时，该节点应视为铰支承。
2）池壁与底板、条形基础连接，可视壁池为固端支承；对位于软地基上的水池，应考虑地基变形的影响，宜接弹性固定计算。
3）当池壁为双向受力时，相邻池壁间的连接应视为弹性固定。
五、水池构造要求：
1、混凝土水池的池壁与底板厚度不宜小于20cm，预制壁板的厚度可采用15cm. 顶板厚度不宜小于15cm。
2、混凝土水池受力钢筋的混凝土保护层最小厚度应符合下表的规定。
3、敞口水池顶端宜配置水平向加强钢筋。水平向加强钢筋内外两侧各不应少于3根，间距不宜大于10cm，直径不应小于池壁受力钢筋，且不宜小于16mm。
4、现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角及与顶、底板的交接处，宜设置腋角。腋角边宽不宜小于150mm。腋角内配置斜筋的直径与池壁受力筋相同，间距宜为池壁受力筋间的两倍。
5、钢筋混凝土水池构件内的构造钢筋，应符合下列规定：
1）截面厚度不大于50cm 时，其里、外侧构造钢筋的配筋百分率均不应小于 0.15%；
2）截面厚度大于50cm 时，其里、外侧均可按截面厚度50cm 配置 0.15%构造钢筋。
6、现浇钢筋混凝土水池池壁拐角处的钢筋，应有足够长度锚入相邻池壁或顶板内，锚固长度应自池壁的内侧算起。其最小锚固长度，应按《混凝土结构设计规范》的规定采用。
7、当钢筋混凝土水池采用构造底板时，其厚度不宜小于120mm。底板顶面应配置构造钢筋，配筋量不宜少于每米5根直径8mm的钢筋。
参考文献：
1、《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS 138:2002
2、《地下工程防水技术规范》GB50108-2008
3、《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001（2006年版）
4、《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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