清水池在城市給水工程中的應用

曲向淵

清水池是給水工程的重要構筑物之一,它在給水工程中起著調節用水量的作用。過去清水池僅用于工業和民用的水廠建設,隨著城市建設的不斷發展和人口的日益增長,給水的供求矛盾日益加深,特別是對多、高層建筑來說,城市給水的水量和水壓往往不能滿足要求,所以清水池也廣泛應用于城市的區域局部加壓供水工程。

雖然清水池的功能和生產流程是由工藝設計來確定的,但任何一個工程,只有工藝設計還不足以付諸實施,還必須有合理的結構設計和良好的施工質量。清水池也是如此,結構設計和施工質量直接關系到給水工程的安全性、適用性和耐久性。

另一方面,由于清水池是形狀較為復雜的空間薄壁結構,它對抗裂抗滲性、防凍保溫性和防腐性都有較嚴格的要求,對于溫度作用、混凝土收縮、地基不均勻沉降等不利條件的影響,也要加以周密細致的考慮。所以清水池在結構設計和施工中有其特殊性。

1 清水池的結構設計

清水池工藝設計確定之后,就可以進行結構設計了。清水池的結構設計包括:強度計算、抗浮穩定驗算和抗裂度或裂縫寬度驗算。

1.1 地下式或半地下式清水池強度計算時的荷載組合

1)閉水試驗時的荷載組合包括:結構自重及池內滿水壓力;2)使用階段的荷載組合包括:a.結構自重、活荷載、池內滿水壓力、池外水壓力及土壓力;b.結構自重、活荷載、池外水壓力及土壓力。

1.2 結構抗浮穩定驗算的荷載組合

結構抗浮穩定驗算的荷載組合包括結構自重、覆土重及浮托力。

1.3 抗裂度和裂縫寬度驗算的荷載組合

1)抗裂度驗算的荷載組合,應根據強度計算的各種荷載組合確定,凡使構件受力狀態為軸心受拉或小偏心受拉時,均應進行抗裂度驗算。2)裂縫寬度驗算的荷載組合,應取強度計算時使用階段的荷載組合。在通常情況下,清水池池頂僅考慮2 kN/m2的活荷載以及0.5 m～1.0 m的覆土自重。隨著城市建設的發展,高層建筑層出不窮,由于受到場地條件的限制,清水池往往設于道路或建筑物之下,就出現了非標荷載清水池。另外在結構設計時,清水池鋼筋直徑和間距的選用也很重要,應盡可能選用小而密的鋼筋,這樣有利于抗裂。同時清水池角部也是薄弱環節,需要加強。

2 抗滲防水要求

清水池屬于地下構筑物,對它的抗滲防水要求很高,這種防水要求主要表現在以下兩個方面:1)考慮清水池一旦滲漏而對周圍建筑物產生的不利影響;2)考慮清水池周圍的地下水、污水管、化糞池等對清水池水質的污染影響。為此,規范對水池類構筑物提出了較高的設計措施要求,無論是一般地區還是濕陷性黃土地區,都明確了水池與水池之間、水池與建筑物之間以及水池與污水管、化糞池等構筑物的防護距離要求。

在實際工程中,我們對清水池防水處理的基本方法是以池體自防水為主,其他防水為輔,池體自防水與多道防水防線相結合的方法。對于清水池的自防水,主要是通過提高池體混凝土密實性來實現抗滲的。通常通過實驗來選擇混凝土最佳顆粒級配,并限制水灰比不大于0.55,水泥用量控制在300 kg/m3～350 kg/m3混凝土,混凝土抗滲等級控制在S6～S8。

另外,在混凝土中摻入外加防水劑也是混凝土自防水常用的方法。我們在自來水公司五水廠5 000 t清水池設計中,池體混凝土中摻入HE型高效防水劑,效果顯著,其摻量僅為其他同類型防水劑的一半,所以也是比較經濟的。

對于多道防水防線,通常是這樣考慮的:1)池體內壁粉刷20厚1∶2水泥砂漿,并采用五層做法的施工操作程序;2)外壁防水層,可以采用高分子卷材或涂膜防水材料防水;3)池體外回填土采用素土或灰土分層夯實,壓實系數不小于0.93。

總之,清水池的抗滲防水也是一個較復雜的問題,在具體的工程中,我們要根據實際情況來選擇一道或多道防水措施。要根據清水池的容量、重要性、地質條件以及清水池與周圍污染源和建筑物之間的距離等因素,并結合當地的建筑經驗來綜合考慮。

3 清水池在施工中經常遇到的問題

清水池是地下構筑物,通常埋深較大,加之地下水的影響,必然出現基坑的支護問題。另外,清水池通常是現澆的箱形結構,受施工條件的影響,不可能一次澆筑完成,所以必然出現施工縫的問題。

對于基坑支護,可根據場地條件、地質條件和地下水位等因素,采用不同的支護形式。在施工場地受到限制的時候,我們可以利用支護結構作為池壁的外模。例如,在華宇大廈給水工程中,由于施工場地狹窄,所以就利用支護結構的外壁并找平,作為清水池的外模板,這樣就大大節約了基坑的開挖量,節約了投資。

對于施工縫,可以設在以下部位:底板與池壁相連加腋的上部200 mm～300 mm處;頂板與池壁相連加腋的下部200 mm～300 mm處。通常頂板和底板不留水平施工縫,壁板不留垂直施工縫,必須一次澆筑完成。但大容量的清水池,當平面尺寸超過25 m時,除了按上述部位留設施工縫外,還要留設后澆帶變形縫,它貫穿于頂板、底板和壁板。

例如,在平定縣城供水工程中,清水池容量為4 000 t,平面尺寸為29 m×29 m,屬于超長水池,我們在水池中部設置了一條1 m寬的后澆帶,它沿頂板、底板和壁板貫通設置,原有鋼筋不斷開,在后澆帶的壁厚中部,設置了3×400 mm的鋼片止水帶,后澆帶兩側的混凝土做成階梯形,以便止水鋼片下部清洗和澆筑混凝土。在清水池混凝土達到設計強度后,粉刷抹面之前,對其進行了閉水試驗,后澆帶部位無任何滲漏現象,滿足質量驗收標準的要求。

4 清水池的保溫防凍

根據不同地域,清水池的覆土厚度一般在500 mm～1 000 mm之間,對于全地下式清水池,如果再考慮一定厚度的覆土,基坑開挖勢必很深。為了減少開挖量,在場地許可的情況下,清水池往往做成半地下式,這時地面以上的外露部分就需要保溫。過去,我們的做法是將清水池整個外露部分用土覆蓋,這樣會堆成一個土包,既占地方又不美觀。現在,我們的做法是做保溫墻,利用空氣層來保溫。例如,在平定縣城供水工程中,我們利用240厚磚墻并與池外壁間隔120 mm的空氣層,這樣既起到了保溫的作用,又節約了用地,并且比較美觀。

5 清水池的質量檢驗

清水池主體結構施工完成后,必須進行質量檢驗,檢驗它是否有滲漏現象。通常采用閉水試驗,在水池混凝土達到設計強度后,粉刷抹面之前進行。閉水試驗的注水方法是:每升高1 m水位不少于4 h,然后停止12 h再繼續充水。對于一般地質條件,6 m以下水池以5 d充滿為宜,滿水3晝夜后測定水的滲漏量。

閉水試驗的檢驗標準是:首先進行外觀檢查,其外表面僅允許有小面積的濕潤,但不可形成水流。然后定量檢查,其標準是:滲漏量以24 h不超過2 L/m2(除去蒸發)為合格。

6 結語

清水池作為給水工程的重要構筑物,無論是設計還是施工,都有其自身的特殊性,我們在工程實踐中要善于研究和總結,不斷提高我們的設計質量和施工質量,只有這樣,我們的工程質量才能提高到一個新的水平。

[1] 李麗萍.建筑給排水工程若干問題探討[J].山西建筑,2008,34(9):231-232.