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市政水池结构设计思考

发表时间：2021/9/6 来源：《中国科技信息》2021年9月下作者：刘争教

[导读] 随着我国城市化进程的加快，城市污染问题也越来越严重，其中水污染日益成为困扰环境治理的一大难题，科学地开发和循环利用水资源、合理地处理污水已经成为世界各国政府解决环境污染问题的重要内容。因此，合理进行水池结构设计，把握好水池结构设计的关键要素，让其更好更高效的发挥作用是市政水池结构设计的重要内容。

西安市政设计研究院有限公司刘争教陕西西安 710100

摘要：随着我国城市化进程的加快，城市污染问题也越来越严重，其中水污染日益成为困扰环境治理的一大难题，科学地开发和循环利用水资源、合理地处理污水已经成为世界各国政府解决环境污染问题的重要内容。因此，合理进行水池结构设计，把握好水池结构设计的关键要素，让其更好更高效的发挥作用是市政水池结构设计的重要内容。
关键词：市政;水池结构;设计
        引言
        市政水池结构的设计对净化生活环境、提高人们的生活质量有着举足轻重的作用。目前，我国已将市政水池结构的设计列为重点发展项目，因此，市政水池结构的安全问题、质量问题和经济效益都十分重要，应根据有关规定合理进行设计。
        1水池结构设计的固有特征
        水池结构的建设需要满足技术先进、质量合格、安全经济、实用性强等基本要求，如何更有效、科学、合理地优化水池结构设计方案，是水池结构设计的重点和难点。一般而言，在水池结构设计中除应考虑池体结构的荷载组合、抗裂度、裂缝宽度及整体强度等因素外，还应结合污水源的特性，综合考虑防腐防渗、抗压防水等因素，避免因污水池的渗漏使地下水和土壤受到污染。
        2水池结构设计中存在的问题
        2.1对水池防渗不够重视，抗渗指数低，使用寿命极大缩短
        水池一般采用钢筋混凝土结构，很多设计人员在设计结构材料时只注重抗压强度，忽略抗渗透性，导致水池在实际运行过程中，因常年水位较高，其结构在温湿度作用下形成巨大的拉应力，使污水池表面极易出现龟裂现象，不但使水池抗渗透性下降，还会缩短水池的使用寿命。
        2.2水池表层材料的施工设计不足
        以前的水池结构设计只注重结构的稳定性，减少因不均匀沉降引起的裂缝。当前水池使用过程中，因污水具有腐蚀性强、极易渗漏等特点，会使水池表面产生许多裂缝，对水池内部结构造成进一步破坏。因此，在设计水池时，要更加注重污水池表面涂料的材料选择和防渗设计，采取科学有效的措施对水池二级结构进行防腐。
        3水池结构的设计要点
        3.1结构承载力计算方面
        水池结构设计时应进行承载能力极限状态验算，包括地基承载力验算以及水池抗浮验算等方面的内容。除对结构整体稳定性验算以外，均应采用以分项系数的设计表达式进行设计。水池结构设计需要紧密结合当地地质水文条件，收集与水池结构设计有关的信息，确定地基承载力，在此基础上对水池结构的基础进行设计，对地基变形和水池稳定性进行验算，并合理设计水池截面和配筋，对水池进行强度验算，以使水池满足承载力要求。一般简单水池设计可合理简化计算模型，拆分水池构件，选用合理的计算模型对水池结构构件如顶板、池壁、底板分别进行计算。应用此种设计方法时，应准确判断各构件支承条件、合理选择池壁计算长度、准确判断构件受力方式如单向受力还是双向受力，并充分考虑结构构件之间的相互作用，明确构件之间的传力路径。复杂水池因为受力情况复杂，可进行整体建模分析，运用有限元软件进行数值模拟，此种方法可以准确分析水池整体结构在各工况下的受力和变形情况，计算结果更加准确。
        3.2结构抗裂性能和裂缝宽度计算方面
        水池的钢筋混凝土结构设计应特别注意抗裂性能及裂缝出现的宽度，对各种类型各种形式的钢筋混凝土水池设计均应进行正常使用极限状态的验算，对水池结构的抗裂性和裂缝宽度的计算，需要根据荷载作用的不同受力情况分别进行。截面为轴心受拉或小偏心受拉时，应按不出现裂缝进行控制，取作用短期效应的标准组合进行验算，以此进行结构抗裂度验算；结构截面受弯、大偏心受压或受拉时，应按裂缝宽度控制，取作用长期效应的准永久组合进行验算。

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        3.3全面分析荷载状态和不同的荷载组合
        结构上的永久作用包括自重，土竖向压力和侧向压力，池内部水压力，地基不均匀沉降和结构预应力等。可变作用包括：池顶活荷载、风荷载、雪荷载、地表和地下水压力、温度湿度变化作用。偶然作用是指在使用期间不一定出现，但发生时其值很大且作用时间很短。不同类型的水池应当根据具体受力情况选用不同的荷载组合。水池结构设计时，应全面分析荷载状态，确定结构的不利荷载组合进行分析计算。尤其是水池结构池壁外露，池内有水的条件下，当冬季壁面温差的绝对值大于夏季壁面温差的等效温差的绝对值时，以及当夏季壁面温差的等效温差的绝对值大于冬季壁面温差的绝对值时，这两种荷载组合一般属于最不利工况。
        3.4水池裂缝产生原因及结构控制措施
        水池池体出现裂缝的主要原因有以下几点：混凝土结构自身收缩变形；地基不均匀沉降；使用过程中上部荷载超过设计荷载等。水池结构设计过程中控制裂缝的措施：（1）水池计算应全面考虑各种不利工况，全面考虑各种荷载组合，避免漏项。（2）池体合理设置结构伸缩缝或现浇加强带，水池走道板都以3~4m为间隔设置一道伸缩缝。（3）敞口水池顶端配置内外两侧各不少于3根的水平向加强钢筋，钢筋间距不宜大于10cm，直径不应小于池壁受力钢筋，且不宜小于16mm，以预防顶部开裂所形成的破坏。（4）池壁及底板配筋在合理配筋率的基础上，优先考虑选用“细而密”的配筋方案，即选择钢筋直径相对较小，但间距密的配筋方案，以合理控制裂缝。
        3.5池体面层涂料和材料选择方面
        污水一般具有强腐蚀性和污染性。一旦污水渗漏将导致地下水和土壤的污染，所以在结构设计中要考虑结构抗渗抗冻性能。设计应明确混凝土和钢筋的强度等级，明确混凝土的抗渗等级和抗冻等级。合理控制混凝土水灰比和骨料选择。根据污水处理厂所在地的天气条件，可适当选用混凝土外加剂，如抗冻剂防水剂等以提高混凝土抗冻性、防水性，改善混凝土耐久性。此外合理选择防水防腐蚀面层涂料，使得污水池结构具有良好的抗渗透和防腐蚀的能力。
        4水池结构设计的注意事项
        4.1水池表面材料
        部分设计人员在水池设计环节中，通常将重点放在水池结构的稳定性和不均匀沉降等方面，导致对前期的防裂工作重视不够，并且在完成了水池基础建设后，忽视了对水池表面涂料的选择工作，一旦选用劣质的涂层材料，会导致水池在使用中不具备防腐防裂的作用，严重时，会加重水池的腐蚀程度，将影响水池的使用寿命。因此，水池表面涂料的选择和涂装方法也是水池结构设计的要点之一。
        4.2防渗防漏方面
        保证混凝土质量和用量是混凝土防渗漏的关键，当混凝土用量过大时，会加大水化热反应，导致池体变形，从而削弱其抗裂能力，防渗性能也会降低。若用量过小，池体强度降低，使池体不能经受住水压、气压等荷载作用。因此，水池设计应严格控制混凝土用量和强度等级，合理优化截面。另外在配筋设计环节要精确地结合截面计算结果，合理配置钢筋，控制截面裂缝宽度。同时注重预埋件的预埋质量，严格控制预埋件与混凝土之间的裂缝。选用合理的地基处理方式，严格控制地基处理质量，避免因基础发生不均匀沉降而产生的裂缝。
        结语
        市政水池结构的设计不但对解决城市用水紧张问题具有重要意义，还对保障城市生产生活用水质量具有重要意义。作为水池结构设计人员，需要全面分析其中存在的问题，并对相应的解决策略进行有效提升，保障水池结构的总体质量，提升市政市政水池结构的运行效率。
参考文献
[1]贺成刚，郑伟光，王志华.市政水池结构设计要点分析[J].建筑技术开发，2019，5（13）：57-58.
[2]张茂诚.市政水池结构设计要点及措施[J].工程技术研究，2018，11（14）：144-145.
[3]给水排水工程结构设计手册编委会.给水排水工程结构设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2019.