某扶壁式鋼筋混凝土水池結構設計簡述

楊 佳 賓

(山西省城鄉規劃設計研究院，山西 太原 030001)

某扶壁式鋼筋混凝土水池結構設計簡述

楊 佳 賓

(山西省城鄉規劃設計研究院，山西 太原 030001)

以某生物反應池為例，從水池的壁板、扶壁、底板等方面入手，對工程采用的扶壁式鋼筋混凝土水池的結構設計全過程進行了闡述，并給出了具體的設計結果，為類似工程的項目設計積累了經驗。

扶壁式池壁，水池，結構，設計

1 工程概況

該工程為山西晉中地區某污水處理廠生物反應池，平面尺寸36 m×32.6 m，池深6.7 m，為半地下室式敞口鋼筋混凝土矩形水池。根據地質勘察報告，場地的土層以粉土和砂土為主，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，場地類別為Ⅲ類，地下水埋深在地表以下15 m，地下水位較低，可不考慮地下水對本工程的影響。工程的平面圖、剖面圖見圖1。

2 結構選型

2.1 水池設“十”字變形縫

該水池超長，兩個方向均超過了規范20 m的設縫間距，考慮到該水池為半地下室敞口池且平面尺寸超長較多，不宜采用摻外加劑和設置后澆帶的方法，本設計采用設“十”字伸縮縫將水池分割成四塊，分割后每塊的長度均不超過20 m，由此可以解決水池的溫度變形問題。

2.2 池壁采用扶壁式池壁

該水池池壁的長寬比大，結合變形縫的設置，水池垂直壁板按單向懸臂受力狀態設計，水池垂直壁可采用扶壁式或變厚度式池壁。根據一般的工程經驗[1，2]，當池壁高度大于5 m時，宜在豎直方向設置扶壁，豎向扶壁和池壁組成的T形懸臂結構。文獻[3]以25 m×10 m×6.8 m(池深)的矩形水池為例，說明了扶壁式池壁相對于變厚度式池壁有一定的經濟性。由于上述原因，本設計采用扶壁式池壁。

3 結構設計

3.1 壁板設計

3.2 扶壁設計

扶壁間距一般取為池壁高度的1/3～1/2,間距常取為2.5 m～3.5 m,在此范圍內根據工藝圖的平面布置，盡量讓扶壁與內隔墻的位置重合，由此本次設計取扶壁間距為3.2 m～3.4 m。扶壁寬度通常為0.3 m～0.4 m且不小于池壁厚度，本次設計取為0.4 m。扶壁的高度為0.5 m～2.0 m。

扶壁配筋計算以池內有水池外無土為控制工況，其計算過程(其余工況計算過程略去)如下:

1)取池壁根部的截面為1—1截面，內力計算過程如下：

q1=1.27×67×3.4=289.3 kN。

M1=(0.5×289.3×6.7)×6.7×1/3=2 164.4 kN·m。

V1=0.5×289.3×6.7=969.1 kN。

2)取池壁根部3.3 m處的截面為2—2截面，內力計算過程如下：

q2=1.27×33×3.4=142.5 kN。

M2=(0.5×142.5×3.2)×3.2×1/3=243.2 kN·m。

V2=0.5×142.5×3.2=228.0 kN。

按T形截面進行配筋設計后扶壁的配筋結果及具體尺寸見圖4。

3.3 底板設計

懸臂式擋水墻池壁的底板采用局部加厚底板的整體式底板。

底板的截面選擇是通過經驗初定截面并試算的過程。底板設計需要初定底板厚度、基礎的總寬度、伸出池壁以外和以內的寬度，然后進行地基承載力、抗滑移穩定性以及抗傾覆穩定性的驗算。

本次設計為了加強池壁基礎的剛度，局部加厚底板的厚度取為0.7 m，其他部位的底板厚度取為0.35 m。局部加厚底板寬度取為4.5 m，外伸1.7 m，內伸2.5 m，池壁為0.3 m，具體尺寸見圖5。底板設計計算以池內有水池外無土為控制工況，其計算過程(其余工況計算過程略去)如下。

3.3.1 地基承載力驗算

本部分設計取扶壁的一個間距3.4 m計算，扶壁傳給基礎的彎矩近似取全部水壓力計算。計算簡圖見圖5，其中N1為池壁自重，N2為池內充滿水時水的自重，N3為池壁以外的扶壁自重，G為基礎底板的自重，Vk為靜水壓力的集中力，作用在池壁高度的1/3處。

N1=(0.3×3.4×6.7)×25=170 kN。

e1=0.4 m。

N2=(2.5×3.4×6.7)×10=570 kN。

e2=1.0 m。

N3=(0.4×1.25×6.7)×25=84 kN。

e3=1.4 m。

G=(4.5×0.7×34)×25=268 kN。

Vk=0.5×67×6.7×3.4=763 kN。

本工程持力層為粉土(地基承載力特征值為110 kPa)，不滿足地基承載力要求，采用2.0 m厚砂石墊層處理地基，要求處理后的地基承載力特征值不小于200 kPa。

3.3.2 抗滑移驗算

本設計中水池被伸縮縫分割成四段，這時應該特別注意擋水池壁的抗滑移穩定性，本次設計如果采用池壁基礎與池內底板的分離式結構(即在兩者之間設分離縫)，抗滑移驗算不容易通過，需要采用增加加厚底板的內挑長度和池壁自重等等方式來提高抗滑移的穩定性；而采用整體式底板能極大的提高池壁的抗滑移穩定性，能通過抗滑移穩定驗算，所以本次設計采用了整體式底板。

3.3.3 抗傾覆驗算

池內有水時水壓力產生傾覆力矩，池壁等的重力產生抗傾覆力矩，按照下述公式進行計算，抗傾覆穩定安全系數大于1.6，通過驗算。

3.3.4 基礎底板配筋驗算

按照地基承載力驗算中得出的地基反力，按地基反力直線型分布的假定進行截面配筋計算可知，局部加厚底板配筋按構造控制。本次設計局部加厚底板(0.7 m)部分實配鋼筋為雙層雙向φ20@200。

4 結語

本文以某生物反應池為例，根據工程的實際情況首先進行結構選型，其次依據現行的國家相關設計規范對鋼筋混凝土矩形水池的壁板、扶壁、底板分別進行了設計，并以圖文的形式給出了設計結果，可供結構工程師們參考。水池的結構設計首先要力求結構選型合理，其次對于水池結構構件的截面尺寸確定是一個試算的過程，經濟合理的截面是通過反復試算而得到的，本文的結構截面尺寸及配筋均可以作為類似工程項目的參考。

[1] 《給水排水工程結構設計手冊》編委會.給水排水工程結構設計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] 張靖靜.水池結構設計概要分析[J].山西建筑，2005，31(22)：67-68.

[3] 張靖靜，魯錦伯.帶斜撐式池壁的設計研究[J].特種結構，2008，25(1)：63-64.

Simply description of the structure design of a buttress reinforced concrete pool

YANG Jia-bin

(ShanxiUrbanandRuralPlanningDesignResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

Taking a biological reaction tank as an example, from the pool wall, buttress and floor and other aspects, elaborated the structure design overall process of the engineering used buttress reinforced concrete pool, and gave the specific design results, accumulated experience for similar project design.

buttress pool wall, pool, structure, design

1009-6825(2014)34-0049-02

2014-09-22

楊佳賓(1980- )，男，工程師

TU375

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