浅谈钢筋混凝土矩形水池设计

【摘 要】钢筋混凝土矩形水池作为常见的特种结构类型，被广范应用于工业与民用建筑的给水、污水、消防工程中。因此在满足水工艺要求的前提下，既保证今后的正常生产使用，又降低工程造价，是设计人员面临的主要任务。下面就是对水池设计的一些看法。

【关键词】矩形水池；基本规定；构造要求；荷载取值；计算

1、水池的基本规定

1.1水池宜采用钢筋混凝土结构。水池受力构件的混凝土强度等级不应低于C25，垫层混凝土不应低于C10。水池结构的防水，一般采用混凝土自防水，采用抗渗混凝土。主要依据水池深度来确定混凝土的抗渗等级。

2、水池的构造要求

2.1水池的受力壁板和底板厚度不宜小于200mm，顶板厚度不宜小于150mm.当钢筋混凝土水池采用构造底板时，底板厚度不应小于120mm，底板顶面应配置构造钢筋，配筋量不宜小于每米5根直径8mm的钢筋。

2.2水池的最小保护层厚度应满足给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程要求。

2.3钢筋混凝土水池长度大于30m（室内或土中）或20m（露天）便需要设伸缩缝，缝宽20mm～30mm.伸缩缝应做成贯通式，在同一剖面上连同底板、顶板一起断开。大型水池还需要设施工缝，主要作用是保证前后两期施工混凝土的良好连接，水池施工缝的位置可设在底板与池壁连接斜托上部和池壁与顶板连接斜托的下部。

2.4 池壁、底板的受力钢筋宜采用小直径钢筋和较密的间距，尽可能采用HRB335和RRB400级钢筋。水池各部位的钢筋间距应在100-250mm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。

2.5现浇钢筋混凝土水池最容易在角隅处出现裂缝，因此必须在池壁转角处、池壁与底板相交处设置“暗梁”、“暗柱”或设置腋角。敞口水池顶端也宜配置水平向加强钢筋。根据规程第7.1.7条的规定要求，敞口水池在温差或地基变形作用下池壁顶端是结构的薄弱点，宜设置暗梁，高度不得小于池壁厚度，内外侧各配置不小于3根16的受力水平钢筋。

3、水池计算注意问题

3.1 水池的边界条件。

3.1.1水池的分类：当L/H>2时为浅池，当L/H

3.1.2池体结构一般由池壁、底板和顶盖（是否封闭加盖由工艺需要决定）所组成。合理的选择结构计算简图和计算公式才能保证结构设计的准确、可靠。水池内力分析计算时，尽量做到边界条件的假定与实际情况相符。

3.1.3 敞口水池：水池顶板无约束时应为自由，水池与地板或条形基础连接时均可视池壁为固端支承。池壁顶端以走道板、工作平台、连系梁等作为支承结构时，应根据支承结构的横向刚度确定池壁顶端的支承条件为铰支或弹性支承。

3.1.4 有盖水池：当顶板为预制装配板搁置在池壁顶端而无其它连接措施时，顶板应视为简支于池壁，池壁顶端应视为自由端；当预制顶板与池壁有抗剪钢筋连接时，该节点应视为铰支承；当顶板与池壁为整体浇注并配有连续钢筋时，该节点应视为弹性固定；当仅配有抗剪钢筋时，该节点应视为铰支承。壁板与池底或条形基础连接时，可视池壁为固端支承，对位于软地基上的水池，应考虑地基变形的影响，宜按弹性固定计算。当池壁为双向受力时，相邻池壁间的连接应视为弹性固定。

3.1.5比较敞口和有盖水池壁板的边界条件，设置顶盖的池壁所承受的弯矩要小很多。因此当采用顶盖结构有困难时，应尽可能从池壁挑出走道板。走道板满足规程要求时，可以假定为不动铰支承。当底板设为固定支承时，底板（基础）厚度可根据土质情况取1.2～1.5倍池壁厚度，这是按照底板（基础）刚度是池壁刚度的10倍左右，在一般情况下底板可起到固定作用。外挑的要求也同样为了起固定作用。

3.2 荷载取值

3.2.1 池内水压力。池内水压应该按池内满水最高水压计算，这样偏于安全。之所以不按给排水专业提的最高水位计算池内水压，是因为水池施工完成后要进行水池试水。试水时水池内是满水。另一方面，在日后的使用过程中，有可能工艺会进行技术改造因而超过原水位设计标高，这些都是应该考虑的因素，进而能使水池的设计满足日后的各种需求。

3.2.2 池外土压力。当有覆土时，要按照池壁上方有附加荷载来计算池壁土压力.

3.2.3 池外水浮力。当地下水位标高在设计池底标高之上时，就应考虑地下水浮力的作用.同时，地下水对池体的浮托力绝对不容小视。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故也时有发生。地质勘察报告所提供的地下水位一般仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当地枯水期进行，所提供的地下水位标高将无法被设计取用，或导致结构计算的失误。根据实际情况，结合地方水文资料，确定一个合适的地下水位标高做设计地下水位，做到既保证使用阶段结构安全和不利情况抗浮安全，又能降低工程造。水池自重（包括土体及上部结构自重，但不包括水自重）与水浮力的比值即抗浮抗力系数不应小于1.05.当抗浮系数小于1.05时，就应当采取相应措施增加水池自重。方法一：增加池壁厚度及池底厚度来抵抗池外水浮力。但对于水浮力很大的情况下，靠增加壁厚来解决水浮力的问题不太经济，大大增加水池的造价。方法二：可以增加底板配重。在计算所需底板厚度设置钢筋混凝土底板。在底板上部铺C10素混凝土垫层，来抵抗水浮力作用。方法三：在满足给排水专业要求的前提下，可以把水池顶板降低，增加上部覆土厚度，这种方法造价很低，可优先采用。在有地下水的情况下，水池施工的全过程必须进行基坑持续排水。

3.3 底板内力计算模式的选择

3.3.1对于池体容积小，短跨尺寸在6m以内时，计算底板内力可以按地基反力直线分布计算。一般情况下，直接作用于底板上的池内水重和底板自重与它们引起的那部分地基反力直接抵消，而不产生弯曲应力。只有由池壁和池顶、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才会使底板产生弯曲应力。

3.3.2 当池底为软土地基或板的跨度较大，根据上一种计算模式，不考虑弹性地基上的底板在荷载作用下的弹性变形，也不顾及地基土的弹性沉陷，底板跨中的最大弯矩等于简支底板的跨中弯矩加上池墙荷载底端的固端弯矩。按以上弯矩进行配筋，底板上表面的配筋很大，下表面为构造配筋。有时底板上表面的配筋往往达到让人无法接受的程度。而工程实际的情况，底板下表面内力大，配筋应该多，上表面除在纵墙附近处可为构造配筋。因此，对于上述情况设计时，应采取单位截条，将水池内外池壁作为集中力按弹性地基梁进行内力分析。

参考文献：

[1]CECS 138：2002 给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程

[2]特种结构设计（中国计划出版社）