对水池构筑物结构设计的几点看法

邓 兵

武汉日新科技股份有限公司 湖北 武汉 430000

1 前言

水池在土建工程中，对于给水排水来说至关重要，直接影响着构筑物的水处理，水池构筑物的经费占土建工程造价的65%以上。水池结构设计方案对水池的造价有重要的影响，如何因地制宜，合理选择适合当地的水池造型以及结构布局的科学性，对水池结构设计来说至关重要。水池构筑物工作不仅关乎土建工程的发展，而且在土建工程中也占据相当大的一部分，水池结构设计的合理性也与工程款的使用方向密切相关。文章针对水池构筑物的结构设计问题进行分析探究，找出合理的设计方案，不断更新设计，在保证满足工艺需求的同时，也能兼顾安全经济性。

2 水池构筑物结构设计存在的几个问题

结合水池构筑物结构设计与笔者实地考察的亲身经历，笔者认为，水池的结构设计存在的主要问题有以下几个方面：

2.1 池壁设计方案考虑不完善

水池池壁是水池的边界，一方面承受来自水池内的水压，另一方面承受水池之外土的侧向压力以及地下水压的侧向压力。在进行水池设计过程中，现行的水池池壁设计方案缺乏对池壁裂缝的多工况场景分析。导致水池池壁出现裂缝的设计方面的因素主要有一下几点：（1）设计时候未考虑温度应力；（2）未考虑混凝土凝固收缩；（3）未考虑最不利工况的组合；（4）选择的池壁结构体系存在问题；（5）对施工缝处的防渗防裂设计不合理；（6）对超长水池膨胀加强带、后浇带的设置不合理；（7）结构计算时未按环境等级考虑裂缝的控制等级；（8）水池设计时候混凝土防渗等级的选择不准确；（9）内池壁两侧是否对称注水试验或者分格注水试验；（10）池壁与顶板及底板交接处是否合理加腋处理；（11）池壁与池壁交接处是否合理加腋处理；（12）伸缩缝的设置位置及设计的不合理性；以上这些问题在结构设计过程中考虑不完善均会造成水池池壁出现裂缝超标，从而导致水池渗漏，很多工业厂区、化工厂区、自来水厂、污水处理厂如果出现渗漏的现象就会造成水土污染，影响周边生活的人员的生命健康。

2.2 水池抗浮考虑不完善

对于许多建设在地下水位较高的水池以及一些全埋地水池、半地埋水池，设计师应该充分考虑到地下水的水位变化对水池的不利影响，设计时必须考虑水池整体抗浮与局部抗浮。

2.3 防渗漏问题

水池最重要的功能之一就是水处理，在此过程中，水池的状态大多数时候是处于有水状态的，在此情况下的钢筋混凝土结构是带裂缝工作的，一旦裂缝宽度超过规定的标准对其裂缝的允许值，就会出现渗漏现象。

2.4 结构设计总体原则出现偏差

混凝土水池开裂是最为常见的问题之一，在结构设计中最好结合全球先进的设计思想，结合水池的使用场景，选择合适的建筑防水形式和防腐形式，必须执行“高标准严要求”的原则进行设计优化，同时消除主观因素对结构的不良效应，选择最合理的结构设计方案，均衡设计与施工两方面的安全性与经济性。此外，考虑到水池的超长结构，选择科学合理的方式方法在最大程度上降低工程成本，为长时间的使用寿命奠定坚厚的基础。

水池的主要结构是池墙与底板，总体大致上可分为地面以下、地面以上、地上地下各一半三种埋深形式。设计工程师在对水池进行结构设计的时候，专业的人员应根据场地进行全方位、多角度的实地考察，收集相关数据并输入计算机进行模拟操作，结合同行业的多年设计经验，尝试多种可能并从中选择最佳的设计方案。

3 水池构筑物结构设计的几个要点

针对以上笔者所分析的水池筑建物在结构设计存在的几方面问题，笔者认为，设计方案的完善应该从以下方面着手，进而对水池建筑物结构设计工作进行有效提升，从水处理工艺设计技术出发，抓住结构设计中容易出错的地方、充分解读地勘报告并实地考察，这样就能保证前期设计时候的资料输入的正确性和完整性。从而解决水池设计中最容易出错的抗浮问题和渗漏问题。

3.1 解决水池抗浮问题

水池抗浮设计优先考虑的是自重抗浮，综合考虑池体埋深较浅，在水池自身重量与当地的地下水浮力相差无几的时候，就选择使用该种方案。当地水位较高，水浮力大出水池自重很多时候，就要考虑底板配重抗浮或者底板拉锚抗浮。

第一种方法是通过加大池墙或者底板的厚度，以此来大幅度增加自身重量，虽然截面增加了，并且增加了混凝土的使用量，但相应的可以减少钢筋使用数量，这样操作不仅水池建造的成本增加不大，而且大大提高了结构的整体刚度，而且施工简便。

第二种方法是通过加大配重以提高自身吃水能力，在有上方盖子的水池顶面增加设备间或者加大底板外挑面积，从而考虑周边土的压重。但是这种方法常常在中小型水池的设计方案中出现，对于水池平面面积较大的水池不适用，因为这会导致底板局部抗浮达不到现行标准，而且这种方法对于其他建筑物的施工造成不便，严重影响其他建筑物的施工进度，也对有可能周边的管线设计造成不利影响。

第三种方法是采用拉锚法，在水池底板根据地质情况的不同选择用桩基或锚杆将水池锚在基底土层上，也可以增加其抗浮能力。采用这种方法能够有效地解决抗浮问题，不仅使水池在设计上满足整体抗浮的规范标准，还能消除水池在局部抗浮的问题，但是此种方法施工难度相对较大，锚杆和桩基施工图成本会增加不少，一般只有地质情况不好的情况下才会用该方法（桩基既可以竖向抗压，当高水位时候又可以提供抗拔力）。

3.2 解决防渗漏问题

水池常常出现的问题有渗漏问题，该问题的发生主要是因为钢筋混凝土构件随着时间的推移，慢慢产生了裂缝，通常情况下有下列惯用的方法来减小裂缝：

（1）向混凝土中注入添加剂，尽可能减少水泥的使用剂量，采用这个方式可以大幅度降低水化热，防止混凝土的开裂，这样一方面减少了水泥的用量，另一方面提高了混凝土的综合性能；

（2）科学合理的使用减水剂能够降低混凝土发生收缩、形变，大幅度增加混凝土的抗裂、抗压性能；

（3）分层浇筑混凝土，充分将其振捣，避免出现混凝土混合不均匀、不紧实和缺乏混合的现象；

（4）尽量在水泥缝隙处的刚性止水板处双面满焊，将所有的零件进行表面清洁之后在进行双面焊接；

（5）在设计水池的时候尽可能使水池的底板落在同一持力层上，如果土层分布差异较大，应该对地基土进行换土，改善土质，增加水池的合理性。

3.3 抗冻设计措施

抗冻能力对于给排水工程中的水池结构物至关重要, 工程设计师们需要在这一方面下足功夫, 积极运用各式各样的手段, 保证在实际的动土施工期间, 科学、合理地解决冻裂问题。例如：在设计地上地下各一半的水池结构物的时候, 工程师们应该综合考虑严寒季节对于结构的影响,温度极低的情况下，重视抗冻外加剂的注入并设计保暖系统等相关的保暖措施等，满足水池在实际生活中的发展需求。下列浅析水池筑建物抗冻的相关措施：

对于水池构建物的抗冻设计措施，水池的建筑师需要科学、合理地开展抗冻设计工作, 基于结构设计的需求, 科学掺合化学添加剂以增加水池的强度, 加强水池筑建物进的抗冻能力,还可以结合国内外优秀的设计方案，选择购置具有变化土壤物理学性质的添加剂，防止出现结构破坏与形变的现象, 慢慢提升水池的整体性能。同时, 需要对水池所在地的土地基础进行全面改善, 也就是对水池所在地的土壤质量进行“升级”, 例如:应用换土的方式对地基土进行处理, 改变原先质量差的土壤，应用质量高的土壤，提高水池安全性与可靠性, 消除隐藏存在的各类问题。

3.4 水池结构物构造设计措施

设计师们在绘制工程制图时，需要具有大局观，全方面综合考虑以提高设计工作水平与质量。首先, 设计者需要对池墙的整体进行伸缩测试，使其之间的缝得到全面的处理,避免在长期的工作状态之下出现的扭曲现象, 必要时可以使用加强柱的设计方式加强水池结构。最后,设计人员需要有依据的开展明梁与暗柱的设计工作, 提高水池结构抗阻性能与抗裂性能。

4 结束语

综上所述，现存的水池结构设计或多或少都存在一定的问题，制约了工程效益。基于此，笔者针对水池的具体问题提出几点促进水池结构设计的措施，提高水池结构质量，加强水池结构设计的合理性与科学性，保证相关设计能够达到给排水工程的标准。