關于水池結構設計的探討

趙鐵軍

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 對地下水位的設計進行合理的確定

水池的設計與地下水位的標高密切相關。由于地下水位未掌握好而引起結構選型錯誤及抗浮不夠等工程事故時有發生。根據現行國家設計規范，地下水位應根據地方水文資料，考慮可能出現的最高地下水位。一般設計均取用水文資料的最高地下水位。在50年設計基準期內，一般水工構筑物地下水可變作用的取用按“工程結構可靠度設計統一標準”原則確定，不考慮罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地質勘察報告所提供的地下水位未能從地方水文資料分析得出，而僅反映勘測期間的地下水位情況。如果詳勘在當地枯水期進行，所提供的地下水位標高將無法被設計取用，或導致結構計算的失誤。所以設計人員應詳細了解當地的水文情況，對未滿足設計要求的地質勘察報告要求予以補充。要求考慮當地有無暴雨、季節性洪水的影響，是否會出現由于地表水不能及時排除而引起地下水位提高。土建設計人員應結合對地下水位和地質情況的了解，與水工藝設計人員一起決定水池的基底標高，綜合工藝流程要求、土建造價、運營成本、投產年限等諸多因素，制定出方案。例如當地下水位較高或地質剖面有流沙層時，設計人員應考慮是否可適當抬高基底標高，減少浮力對結構影響及避開流沙層。

2 對伸縮縫和后澆帶的設置進行適當設計

2.1 伸縮縫的設置

根據設計規范，矩形構筑物最大伸縮縫間距一般為20～30m。近年來，一方面工藝所要求的水池長度已遠遠超過了規范間距；另一方面隨著建筑材料、施工方法的改進，又為超長水池不設縫、少設縫提供了可能。設計人員在具體設計時應根據地基、氣溫等工程情況，考慮是否設縫及相應的施工方法，認真進行計算并采取適當設計措施。

一般水池設計中，對結構強度、裂縫開展寬度、抗浮等計算，一般均能按規范要求考慮得較好，但是由于溫度、變形以及不均勻沉降所引起的開裂，在工程中卻常常遇到。大多數出現裂縫的工程實例表明，設計對溫度、混凝土收縮變形等影響因素的考慮欠缺是問題的主要原因。

①水池類構筑物并非必須保證不開裂，對設計人員來講重要的是做好裂縫的控制。一方面設計人員要事先對可能的不利因素及其影響予以預防，另一方面在施工過程中萬一發生較大裂縫要有相應的處理方法及技術措施，確保工程交付驗收及投產后的安全生產及運行需要。一般說來，影響裂縫的主要因素是溫差及混凝土的收縮，溫度越高越易開裂，裂縫的數量及寬度也越大；混凝土收縮越大，裂縫的數量及寬度也越大。因此，設計人員要從設計與施工兩個方面來加強控制。設計方面，增加配筋率或減小鋼筋直徑能增加混凝土的極限拉伸，因此在結構設計時，在節點應力集中處或大體積混凝土中沿截面均勻配置細、密的構造鋼筋或鋼筋網片，可提高構件的抗裂能力。施工方面，不要過分強調加快工程進度，不要過分追求水泥的早高強，尤其不宜使用早強型水泥。在混凝土中考慮摻加緩凝劑和減水劑，降低水灰比，適當增加粉煤灰的用量，減少水泥用量。混凝土振實成型后，要盡早表面覆蓋，加強養護，延長澆水養護時間，特別是夏季高溫和大風天氣。

②加強對允許伸縮縫間距的計算。從設計方案來講，設計盡可能采用無縫設計以滿足施工的連續性及減少施工難度。在設計過程中，設計人員要詳細收集相關資料，針對地基軟硬及溫差大小，選擇伸縮縫的間距。一般水池設計時主要考慮施工階段的最不利溫差和混凝土收縮產生的當量溫差，保證由于綜合溫差對混凝土產生的拉應力與混凝上相應齡期的極限抗拉強度之比值符合安全要求，并按此條件復核設計假定的伸縮縫間距是否滿足。最不利溫差一般可采用混凝土澆筑時氣溫與混凝土達穩定時溫度之差。當構筑物及時回填土時，由于地下溫度一般常年變化不大，混凝土達穩定時溫度可近似取當地年平均溫度；但如果工程施工周期較長，可能要越冬后回填情況，混凝土達穩定時溫度應取當地月平均最低溫度。

2.2 后澆帶的設置

當設計較長矩形水池時，設計可采用后澆帶或UEA加強帶等施工方法來減少混凝土收縮產生的當量溫差及不利溫差。后澆帶的設置可避免部分不利的施工前階段溫差及混凝土前期收縮產生的當量溫差，從而增大了構筑物伸縮縫的允許間距。后澆帶的間距首先應考慮要能有效地削減溫度收縮應力，其次考慮與施工縫結合。在正常的施工條件下，后澆帶的間距宜為20～30m。后澆帶的保留時間當然越長越好，但必須在施工期間不要影響后續工序，一般不應少于40天，最宜60天（考慮施工可能）。在此期間，混凝土水化熱引起的早期溫差影響基本消失，以及混凝土有不少于30%的收縮已完成。

當設計采用UEA混凝土加強帶時，依靠加強帶UEA混凝土較大的膨脹應變，補償兩側混凝土的溫差應變。UEA加入到普通混凝土中，拌水后和水泥組份共同作用，生成大量膨脹結晶水化物—水化硫鋁酸鈣，使混凝土產生適度膨脹。在約束條件下，它通過水泥石與鋼筋的粘結，使鋼筋張拉，被張拉的鋼筋對混凝土本身產生壓縮應力（稱為化學預應力或自應力），在混凝土中產生0.2～0.7Mpa的自應力值，可大致抵消由于混凝土硬化過程中產生的收縮拉應力。即摻加UEA的混凝土的拉應力接近于零，或小于0.1～0.2mm/m。從而防止或減少混凝土的收縮開裂，并使混凝土致密化，提高了混凝土結構的抗裂防滲能力。

3 加強土建與水工藝、設計與施工間的配合

在水池設計過程中，土建設計人員要了解水工藝設計要求，例如較大水池壁與壁之間、壁板與底板之間的構造加腋（八字角）要求是否會對工藝造成影響，如果工藝要求不允許加腋，土建設計人員則要首先滿足工藝的要求，采用其他措施來滿足結構的要求。設計人員應以設計規范為依據，各專業之間互相配合，對一些構造措施應區別情況靈活掌握使用。

設計與施工息息相關。設計在計算中已考慮施工諸多因素，比如水灰比、用水量、混凝土養護天數、后澆帶間隔天數等等，這些設計條件必須向施工單位詳細說明，做好相關的技術交底，并要求施工單位逐一落實。而要做好這些又要求設計人員要了解施工，了解施工中新材料、新技術、新方法，了解施工順序，施工對設計的要求，使設計切合施工、方便施工。例如水池施工為便于支模及澆筑混凝土，一般在離池底及加腋以上300～500mm處留置施工縫，設計人員應考慮施工要求，在此范圍避免設計有預留洞口、預埋管道、懸挑梁板等。

在水池設計中，一方面設計人員應結合具體情況，以較少的工程造價建設優質工程，另一方面設計人員對施工未按規范進行施工等施工失誤所產生的滲漏裂縫處理，也應有所了解、準備，對當前常用處理裂縫及堵漏方法、所用材料應有所了解，以便更好地完成設計的后期服務。

[1]王增長.建筑給排水工程[M].北京:中國建筑工業出版社，1998.

[2]張靖靜.水池結構設計概要分析[J].山西建筑，2005，31:67268.