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對水廠建設(shè)中關(guān)于水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討
摘要： 水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有其特定的技術(shù)要求, 如防腐抗?jié)B等。設(shè)計(jì)時(shí),先要進(jìn)行各種不同的荷載組合, 其次要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、抗裂度和裂縫寬度驗(yàn)算等。只有這樣才能保證水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性。筆者針對水池結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),從設(shè)計(jì)與施工兩方面,就水池結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)措施及方法進(jìn)行了介紹,探討保證水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)合理及施工的安全有效進(jìn)行的方法。?關(guān)鍵詞：水池結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；施工?
1 水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)?
1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合的規(guī)定?
各種結(jié)構(gòu)類別、形式的水池均應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)荷載條件、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件,決定是否驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼筋混凝土水池應(yīng)進(jìn)行抗裂度或裂縫寬度的驗(yàn)算。在荷載作用下,構(gòu)件截面為軸心受拉或小偏心受拉的受力狀態(tài)時(shí),應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算,在使用階段荷載作用下,構(gòu)件截面為受彎、大偏心受壓或大偏心受拉的受力狀態(tài)時(shí),應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算。預(yù)應(yīng)力混凝土水池還應(yīng)進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算。?
1. 2 荷載及荷載組合?
�。�1）各種荷載。?
水壓。這里指池內(nèi)水壓,是水池的主要荷載之一。現(xiàn)在習(xí)慣上將水池按滿水來計(jì)算水壓。這是因?yàn)?一方面很可能存在誤操作而造成滿池;另一方面今后工藝上有可能挖潛而超過原設(shè)計(jì)水位。?
土壓力。池外有填土的水池,土對池壁的側(cè)壓力通常用朗肯理論計(jì)算土的主動壓力。但土的側(cè)壓力變化因素很多,如回填土的密實(shí)度、粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角等。實(shí)踐證明,用朗肯理論計(jì)算主動土壓力偏于安全。?
地下水壓力。地下水壓對水池底板的托浮力是威脅水池底板安全的一種主要荷載,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。為了抵消地下水對底板的影響,在用無梁板作為底板時(shí),其最經(jīng)濟(jì)有效的辦法是以池底浮土來平衡,而采用增加結(jié)構(gòu)自重的方法是不經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)?shù)叵滤坏陀诔氐锥豢紤]地下水壓時(shí),需采取措施排除地表滯水。?
溫、濕度荷載。由于環(huán)境的影響,造成結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度或濕度的變化,從而引起結(jié)構(gòu)物體積變化,當(dāng)這種體積變化受到約束時(shí),就會產(chǎn)生應(yīng)力。通常將溫度差及濕度差稱之為溫、濕度荷載。?
（2）荷載組合。?
�、偎畨� 自重。這是水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本組合。?
�、谒畨� 自重 冬季溫差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用,當(dāng)壁面冬季溫差的絕對值大于夏季壁面濕差(化為等效溫差)的絕對值時(shí),這種情況是最不利的組合。?
�、鬯畨� 自重 濕差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用,當(dāng)夏季壁面濕差(化為等效溫差) 的絕對值大于冬季壁面溫差的絕對值時(shí),這種情況是最不利的組合。?
�、芡翂� 自重。這是指池外有覆土的水池,當(dāng)有地下水時(shí)還應(yīng)包括地下水壓,這種組合是水池荷載的基本組合之一,當(dāng)水池建成后運(yùn)營前以及水池放空期間均屬此種荷載組合情況。根據(jù)上述幾種情況,可歸納為如下兩類:a. 無覆土的水池,池壁的荷載應(yīng)取上述四種組合的最不利情況求得內(nèi)力。b. 有覆土的水池,可不考慮2) 和3) 兩種組合。?
1.3 截面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題?
�。ǎ保⿵�(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。?
�、偎仨斏w強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加安全系數(shù)。頂蓋所承受的荷載是自重、覆土重、活載等,其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重隨密度和含水量而變,其變異性較大,因此,附加安全系數(shù)取1. 0 是合適的。?
②池壁強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加安全系數(shù)。池壁主要承受土壓和水壓,水深一般取滿池計(jì)算,水的容重差別極小。土壓強(qiáng)度一般用朗肯主動土壓力理論,是略偏大的。從而說明池壁荷載的取值一般是高限,且變異性很小,因此,附加安全系數(shù)取0. 9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。?
�、鄣装鍙�(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加系數(shù)。池底實(shí)際上是與地基共同工作的,一般情況下計(jì)算水壓及均布荷載均偏大。底板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加安全系數(shù)取0. 9，即能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。?
（2）關(guān)于裂縫問題的探討。根據(jù)對已建成水池所作的調(diào)查。?
水池裂縫一般為豎向裂縫。這些裂縫有兩種:一是貫穿性裂縫,由混凝土收縮引起的;二是出現(xiàn)于池壁外側(cè)的表面裂縫,其逐步擴(kuò)伸至全截面。另外在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),所有的外挑現(xiàn)澆走道板都產(chǎn)生嚴(yán)重裂縫,并隨之?dāng)U展到池壁,因此,有必要考慮到預(yù)制裝配式走道板,或作現(xiàn)澆走道板,每隔3 m～4 m 設(shè)伸縮縫一道。
�。�3）構(gòu)造配筋。水池池壁的構(gòu)造配筋,宜按矩形和圓形水池加以區(qū)分。對于地面式矩形水池池壁,因?qū)癫詈蜏夭畹挠绊懮鯙槊舾?為避免產(chǎn)生貫穿裂縫,池壁水平向的最小構(gòu)造配筋率每側(cè)不小于0. 15 %為宜。對于無頂蓋的水池往往在池壁頂部先開裂,宜在頂部每側(cè)放置不小于2 根Φ16 的水平向鋼筋。對于圓形水池池壁的環(huán)向最小構(gòu)造配筋率,其外側(cè)的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0. 35 %， 內(nèi)側(cè)不宜小于0. 15 %， 對于外池有覆土的水池池壁,其內(nèi)、外側(cè)宜對稱配置,但全截面總配筋率不宜小于0. 3 %。水池底板最小構(gòu)造配筋率,對于無頂蓋的敞口水池,其底板上層鋼筋的最小構(gòu)造配筋率不宜小于0. 15 %，其下層配筋率及有頂蓋的水池底板配筋率不小于0. 1 %。?
�。�4）經(jīng)濟(jì)配筋率。對于矩形水池,當(dāng)上端自由,下端固定的豎向截面池壁時(shí),其最大配筋率在0. 8 %左右尚屬經(jīng)濟(jì)。其他矩形水池的池壁,某一界面的最大配筋率可達(dá)到1. 0 %左右亦屬經(jīng)濟(jì)范圍。?
2 水池結(jié)構(gòu)的施工?
2.1 水池底板施工要點(diǎn)?
(1)混凝土墊層(基礎(chǔ)) 澆筑前,應(yīng)檢查地基土質(zhì)是否與設(shè)計(jì)資料相符合,如有不同,則應(yīng)該針對不同情況加以處理,然后再澆筑混凝土墊層。(2) 混凝土墊層在澆筑完畢后的1 d～2 d (視施工時(shí)的溫度而定)，在墊層面測定底板中心,然后根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行放線,定出柱基及底板的邊線,畫出鋼筋分布線,依線鋪放綁扎鋼筋,接著安裝柱基和底板外模板。(3) 鋼筋綁扎時(shí),應(yīng)詳細(xì)檢查鋼筋直徑、間距、位置、搭接長度、上下層鋼筋的間距、保護(hù)層及預(yù)埋件的位置和數(shù)量,均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。上下層的鋼筋要用鐵撐(馬凳) 加以固定,防止在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生變位。(4) 柱基模板是懸空架設(shè),下面用臨時(shí)小方木撐在墊層上,邊澆混凝土邊取出小方木。(5) 底板應(yīng)一次連續(xù)澆筑完,不留施工縫。施工間歇時(shí)間不得超過混凝土的初凝時(shí)間。平板厚度在20 cm 以內(nèi)可用平板振動器,厚度較厚時(shí),則采用插入式振動器。(6) 池壁為現(xiàn)澆混凝土?xí)r,底板與池壁連接處的施工縫可留在基礎(chǔ)上口20 cm 處,如設(shè)計(jì)要求有止水鋼板,在澆搗混凝土前,應(yīng)將止水鋼板安放固定。(7) 混凝土澆筑完畢后,其強(qiáng)度尚未達(dá)到1. 2 MPa 時(shí),禁止振動,不得在底板上搭設(shè)腳手架,安放模板或搬運(yùn)工具,并注意對混凝土的養(yǎng)護(hù)。(8) 遇特殊情況需留施工縫時(shí),應(yīng)做成垂直的結(jié)合面,并注意結(jié)合面附近混凝土的密實(shí)。?
2.2 混凝土澆筑?
水池混凝土一般可采用分節(jié)澆筑和連續(xù)澆筑。池壁分節(jié)澆筑的順序:基礎(chǔ)底板→池壁→環(huán)梁→頂蓋。池壁連續(xù)澆筑的順序:基礎(chǔ)底板→池壁→環(huán)梁及頂蓋。?
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