矩型敞口水池设计经验浅谈
时间：2022-08-21 06:09:45
摘要 ：主要论述了水池结构的构成、荷载、内力计算、设计和施工要求等内容，结合工程实例，着重论述了水池池壁内力的计算过程、水池构造要求及施工注意事项。
中图分类号： TU991.34+3 文献标识码： A 文章编号：
1 水池结构构成及分类
水池结构由顶板、底板、池壁、支柱等组成。水池既可以明露在地面以上，也可以埋于地下，常见的结构形式有圆形、矩形等，下面简单介绍下矩形敞口水池的计算要点。
2 水池结构的荷载
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》第4.2.2 条规定，作用在水池上的荷载分为永久作用、可变作用两类。永久作用包括水池自重、土的侧向压力、池内水的侧向压力；可变作用包括地下水压力、地面堆积荷载。敞口水池一般没有很大的内外温差，或者可以说温差对敞口水池的影响不大，可以最后计算。
规程明确规定：当水池的长宽比大于10 时，竖向土压力标准值应乘以1.2，这主要是考虑回填土出现类似管道这种狭长结构的情况，即在沟槽内回填土沉陷不均而在水池顶部形成竖向压力的增大。示例工程:狭长的注浆池
3 水池内力计算
3.1 底板、顶板计算模型
现浇顶板与现浇底板在池壁处视为弹性固定。无支柱的底板，如果地基条件较好或板的跨度较小，宜按四周固定的单向或双向板计算。
底板和顶板的厚度应满足构造要求和计算要求，据《特种结构设计》中规定，腋角边宽一般大于150mm且应构造配筋，一般可按墙或底板顶板截面受力钢筋的50%采用。底板的挑出长度，一般取底板厚度；有地下水的，应由抗浮计算确定。
3.2 池壁计算模型
池壁与顶板、底板整体浇筑，在底板处宜视为弹性固定，敞口水池处顶端应视为自由端。池壁不利受力模型：池内有水，池外无土；池外有土，池内无水。一般池内有无水对底板直接受力影响不大，底板的最大受力直接计算无水情况地反力即可。池外土主动压力系数小于0.5时取0.5。
矩形水池
根据《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138:2002）第6.1.2 条规定，按池壁的高宽比分为单向受力壁板和双向受力壁板两种受力形式，矩形水池池壁在竖向荷载作用下按受弯构件计算。当水池较深时（HB>7m），可在池壁外侧增设扶壁柱，以减少池壁厚度。
池壁的计算过程：统计荷载确定池壁计算模型内力计算配筋计算裂缝验算。
本文以一个矩形水池为例简述一下池壁在池内静水压力作用下的计算过程。
该工程为清水蓄水池，现浇钢筋混凝土结构，长宽均为4m，池壁高4m，壁厚为250mm，底板厚250mm，底板外挑250mm，顶板厚200mm，混凝土等级为C30，抗渗等级为S6,根据地勘报告， 本工程地基承载力特征值为fak=150kPa，无地下水，
池底静水压力标准值（最高水位3.6m）：q 顶=3.6×10=36kN/m2
本工程H=4.0m，
池壁在池内静水压力作用下的计算过程：
①固端弯矩计算
池壁固端弯矩计算，H2/dt=17，根据《特种结构设计》P13，池壁底部竖向弯矩标准值μ=1/6，Ly/Lx=1.0
My=kmxqH2=-0.0350×36×4×4=-20.16 kN·m。
底板固端弯矩计算，μ=1/6, Ly/Lx=1.0,根据《特种结构设计》P10，按周边固定的双向板计算，底板均布面荷载q=36kN/m2，查表得弯矩
M1=0.0176x36x4x4=10.138kN·m。
②弹性嵌固边缘弯矩
池壁弹性边缘弯矩：Mx= kmxqH2=-0.0298×36×4×4=-17.16 kN·m内侧受拉。
底板弹性边缘弯矩：My+M1’=-20.16+ kmxqH2 =-20.16+0.0513x36x4x4=
9.38kN·m，下侧受拉。
池壁在池内水压力作用下底部弯矩标准值为M1=-20.16kN·m。
池壁按受弯构件计算配筋，再按准永久组合作用下验证池壁裂缝是否满足规范要求。一般情况下裂缝才是配筋和板厚的关键，所以请算出弯矩后再算各构件的轴向拉压力，然后带入pkpm基本构建计算模块或其他计算裂缝的软件，计算构件的裂缝是否满足Wjk
池壁在外侧土压力作用下的内力计算过程同上，本文不再赘述，最终配筋按两种荷载组合下的较大值设计。
4 设计及施工要求
1）矩形水池池壁水平钢筋搭接。应有足够长度锚入相邻壁内，锚固长度应自墙的内侧表面算起。
2）水池顶板覆土避免大力夯打，水池回填土应先填池顶土，后填四周土，周边回填土压实系数宜大于0.9。
3）水池各部位的钢筋间距应在100mm~250mm范围内。
如果钢筋间距太密，会影响混凝土振捣，而钢筋间距太大，容易产生裂缝，因此规程对钢筋间距做了明确规定。同一方向配筋应相互照应，如间距100,200,400，或间距80,160，320，使得钢筋施工一目了然。采用125与200之类混合间距会造成局部钢筋集中，因而产生不必要的施工麻烦和结构刚度的混乱。
4）敞口水池顶端宜配置水平向加强钢筋。
敞口水池在地基变形作用下池壁顶端是结构的薄弱点，因此应予加强，敞口水池顶端水平向加强钢筋一般为最小为4Φ12
5）水池充水试压前不应抹面。
水池池内抹水泥砂浆是一种防渗水措施，水池试压是验证钢筋混凝土池壁及底板的防渗性能，因此二者施工顺序不得颠倒。
6） 刚性套管与柔性套管的选用当用于抗震设防区时，应在进入建筑物外墙的管道上就近设置柔性连接。
7）套管管径较大时应在池壁上设加强钢筋。
当穿池壁的套管管径大于300mm 时，应注意选用图集或补充池壁加固大样做法。如果设计图纸中不注明，施工单位很容易疏忽该项要求。
8）《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138:2002）第7.1.3 条规定，当水池的长度、宽度较大时，应设置适应温度变化的伸缩缝或采取其它措施，实际工程一般设置后浇带或采用补偿混凝土。后浇带一般需间隔42 天左右才能浇筑，整个水池混凝土浇筑完毕需较多时间；当工期紧张时，可以采用补偿收缩混凝土代替后浇带。
9）施工缝的选择。现在混凝土工程一般选用商用混凝土，商用混凝土的特点是强度满足要求，防渗性能不是太好。所以遇有施工缝的情况请舍弃齿面施工缝。选用钢板止水带或者遇水膨胀的橡胶止水带。这对于水池的长期耐久性是有好处的。
5 结语
敞口水池是混凝土结构设计的入门课程，外形简约而内力计算不简单，充分认识敞口水池的受力特点对于掌握混凝土的本身特性，及其在外力作用下与钢筋的配合工作，拟合受拉钢筋使之与内力包络图完美统一，认识到裂缝及温度影响对混凝土结构的长期作用，都有不可磨灭的贡献。所谓拳不离手，曲不离口。敞口水池作为设计的必修课，做好他设计，保证隐蔽工程的构筑物经济长久稳定的有效使用，对社会，对国家有着重大的意义。
参考文献:
赵永福，孙海涛，唐坚梅，杨龙斐《浅议钢筋混凝土水池设计》建筑与结构设计2008年10期
GB50069-2002《给水排水工程构筑物结构设计规范》
CECS 138:2002 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》
GB50010-2010《混凝土结构设计规范》
GB50011-2010《建筑抗震设计规范》
作者简介：王勇（1980-）男，汉族，山东淄博人，工程师，主要从事工业与民用建筑设计工作
