時間：2023-07-17 17:23:09
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇給水排水工程結構設計規范，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵字：給排水工程;水池結構;裂縫控制;強度配筋
Abstract: for the water supply and drainage engineering structure pool, according to the water supply and drainage engineering structures structure design rules "(GB50069-2002) requirements, crack control through the resistance to LieDu checking and crack development width checking and structural measures to achieve. This paper describes how to take appropriate measures to control the cracking of the pool structure, and combined with engineering example, the results calculated the analysis and comparison, to explore the satisfy the intensity of the reinforcement if the component GB50069-2002 calculations, the largest crack width you could meet the maximum crack width limits of 0.2 mm.
Keyword: water supply and drainage engineering; Pool structure; Crack control; Strength reinforcement
中圖分類號： S276.3文獻標識碼：A 文章編號：
0 前言
給排水工程中，鋼筋混凝土水池結構的設計較為常見。考慮水池的抗滲防裂對正常使用有至關重要的作用，水池結構設計必須重視裂縫控制。為了確保結構具備良好的防滲、防漏性能，滿足設計要求的耐久性，《給水排水工程構筑物結構設計規范》(GB50069–2002)對在組合作用下鋼筋混凝土構筑物構件的最大裂縫寬度限值做了嚴格規定。本文簡述了如何采取恰當的措施控制水池結構裂縫的產生，并結合工程算例，對計算結果進行分析比較，來探討一下滿足強度配筋的構件如采用GB50069–2002計算，其最大裂縫寬度能否滿足最大裂縫寬度限值0.2 mm 。
對于水池結構，根據《給水排水工程構筑物結構設計規范》(GB50069–2002)要求，裂縫控制通過抗裂度驗算、裂縫開展寬度驗算和構造措施來實現。軸心受拉或小偏心受拉構件，應按抗裂度驗算。這類構件的抗裂性能主要由混凝土抗拉強度和構件受拉截面決定。受彎或大偏心受拉（壓）構件，應按裂縫寬度控制驗算，在水池設計中以此類工況最多。
水池結構設計時，一般先根據強度計算初步確定配筋，然后進行裂縫寬度驗算。根據水池的盛水性質（清、污水）及其使用功能，最大裂縫寬度一般控制在0.2mm或0.25mm。
下面先簡述一下如何采取恰當的措施控制水池結構裂縫的產生。
1 控制裂縫的措施
1.1荷載作用裂縫的控制
荷載作用裂縫的控制，是要求在設計時對池體各部位可能產生最大拉應力的截面進行計算分析，使之滿足裂縫控制的要求。對池體結構建立正確的計算模型和選擇合理的荷載組合，以確保其內力及變形的計算與水池的實際工作情況一致。
1.2 混凝土收縮和溫濕差造成裂縫的控制
此類裂縫的控制首先應根據規范規定，嚴格掌握混凝土配比及其用料的品種規格和級配，同時對混凝土灌筑和養護提出設計要求。另外，對大型水池可采取設伸縮縫、摻添加劑和設加強帶、后澆帶等措施，以及近些年比較常用的引發縫。由于變形縫的設置需要采取嚴密的構造措施來保證，對節點處理、施工及材料等都有相當高的要求，當有經驗時，可在混凝土中施加可靠的外加劑、設后澆帶或增設加強帶，從而放寬伸縮縫的最大間距限制，以減少或取消伸縮縫。我院一般在大水池的底板處設置加強帶，而在相應位置的池壁與頂板外設置后澆帶；圓形水池池壁常用引發縫。
1.3 從施工方面考慮控制裂縫
為確保水池在施工期間嚴格控制由于施工因素造成的裂縫，除嚴格按設計要求外，在施工中還應注意施工縫的預留位置、混凝土的保溫、水灰比的控制及砼的養護等問題。
2 裂縫控制與強度控制配筋計算的對比
2.1 《給水排水工程構筑物結構設計規范》(GB50069-2002)受彎構件最大裂縫寬度的計算方法。
2.2 《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)矩形截面的受彎承載力計算如下式:
2.3 裂縫控制與強度控制實例配筋計算結果的對比
下面以矩形截面池壁為例，在不同荷載作用下，采取兩種控制方式進行計算，并作對比分析。
鋼筋混凝土矩形池壁，截面尺寸b×h，混凝土強度等級為C30，保護層厚度c=35mm，采用HRB335級鋼筋。鋼筋間距控制在最常用的@100到@150之間，并使配筋率接近強度配筋率。計算結果列于表1中。
3 結論
通過以上實例的計算結果進行對比分析可知：
(1)構件鋼筋受哪一種控制并不能簡單地下結論。但將鋼筋間距控制在最常用的@100到@150之間的情況下，彎矩值較大時，所取鋼筋直徑較大，滿足強度配筋的構件如采用GB50069–2002計算，其最大裂縫寬度一般不能夠滿足最大裂縫寬度限值0.2 mm，即配筋是由裂縫控制的，并不是由強度控制；反之，由強度控制。
(2)在選擇配筋方案時發現：細筋密布有利于減小最大裂縫寬度。
(3)從表1中并不能看出，隨著壁厚的增大或配筋率的加大，最大裂縫寬度有明顯的變化規律；這取決于所選擇的配筋方案，鋼筋直徑或間距不同，最大裂縫寬度差別較大。
(4)計算池壁配筋時，應取裂縫控制與強度控制兩種計算結果的較大者。
參考文獻：
1. GB50069-2002，給水排水工程構筑物結構設計規范[s].
2. CECS138-2002，給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程[s].
關鍵詞：敞口水池、快速設計
中圖分類號： TU991.34+3 文獻標識碼： A 文章編號：
1 水池結構構成及分類
水池結構由頂板、底板、池壁、支柱等組成。水池既可以明露在地面以上，也可以埋于地下，常見的結構形式有圓形、矩形等，下面簡單介紹下矩形敞口水池的計算要點。
2 水池結構的荷載
《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》第4.2.2 條規定，作用在水池上的荷載分為永久作用、可變作用兩類。永久作用包括水池自重、土的側向壓力、池內水的側向壓力；可變作用包括地下水壓力、地面堆積荷載。敞口水池一般沒有很大的內外溫差，或者可以說溫差對敞口水池的影響不大，可以最后計算。
規程明確規定：當水池的長寬比大于10 時，豎向土壓力標準值應乘以1.2，這主要是考慮回填土出現類似管道這種狹長結構的情況，即在溝槽內回填土沉陷不均而在水池頂部形成豎向壓力的增大。示例工程:狹長的注漿池
3 水池內力計算
3.1 底板、頂板計算模型
現澆頂板與現澆底板在池壁處視為彈性固定。無支柱的底板，如果地基條件較好或板的跨度較小，宜按四周固定的單向或雙向板計算。
底板和頂板的厚度應滿足構造要求和計算要求，據《特種結構設計》中規定，腋角邊寬一般大于150mm且應構造配筋，一般可按墻或底板頂板截面受力鋼筋的50%采用。底板的挑出長度，一般取底板厚度；有地下水的，應由抗浮計算確定。
3.2 池壁計算模型
池壁與頂板、底板整體澆筑，在底板處宜視為彈性固定，敞口水池處頂端應視為自由端。池壁不利受力模型：池內有水，池外無土；池外有土，池內無水。一般池內有無水對底板直接受力影響不大，底板的最大受力直接計算無水情況地反力即可。池外土主動壓力系數小于0.5時取0.5。
矩形水池
根據《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》（CECS 138:2002）第6.1.2 條規定，按池壁的高寬比分為單向受力壁板和雙向受力壁板兩種受力形式，矩形水池池壁在豎向荷載作用下按受彎構件計算。當水池較深時（HB>7m），可在池壁外側增設扶壁柱，以減少池壁厚度。
池壁的計算過程：統計荷載確定池壁計算模型內力計算配筋計算裂縫驗算。
本文以一個矩形水池為例簡述一下池壁在池內靜水壓力作用下的計算過程。
該工程為清水蓄水池，現澆鋼筋混凝土結構，長寬均為4m，池壁高4m，壁厚為250mm，底板厚250mm，底板外挑250mm，頂板厚200mm，混凝土等級為C30，抗滲等級為S6,根據地勘報告， 本工程地基承載力特征值為fak=150kPa，無地下水，
池底靜水壓力標準值（最高水位3.6m）：q 頂=3.6×10=36kN/m2
本工程H=4.0m，
池壁在池內靜水壓力作用下的計算過程：
①固端彎矩計算
池壁固端彎矩計算，H2/dt=17，根據《特種結構設計》P13，池壁底部豎向彎矩標準值μ=1/6，Ly/Lx=1.0
My=kmxqH2=-0.0350×36×4×4=-20.16 kN·m。
底板固端彎矩計算，μ=1/6, Ly/Lx=1.0,根據《特種結構設計》P10，按周邊固定的雙向板計算，底板均布面荷載q=36kN/m2，查表得彎矩
M1=0.0176x36x4x4=10.138kN·m。
②彈性嵌固邊緣彎矩
池壁彈性邊緣彎矩：Mx= kmxqH2=-0.0298×36×4×4=-17.16 kN·m內側受拉。
底板彈性邊緣彎矩：My+M1’=-20.16+ kmxqH2 =-20.16+0.0513x36x4x4=
9.38kN·m，下側受拉。
池壁在池內水壓力作用下底部彎矩標準值為M1=-20.16kN·m。
池壁按受彎構件計算配筋，再按準永久組合作用下驗證池壁裂縫是否滿足規范要求。一般情況下裂縫才是配筋和板厚的關鍵，所以請算出彎矩后再算各構件的軸向拉壓力，然后帶入pkpm基本構建計算模塊或其他計算裂縫的軟件，計算構件的裂縫是否滿足Wjk
池壁在外側土壓力作用下的內力計算過程同上，本文不再贅述，最終配筋按兩種荷載組合下的較大值設計。
4 設計及施工要求
1）矩形水池池壁水平鋼筋搭接。應有足夠長度錨入相鄰壁內，錨固長度應自墻的內側表面算起。
2）水池頂板覆土避免大力夯打，水池回填土應先填池頂土，后填四周土，周邊回填土壓實系數宜大于0.9。
3）水池各部位的鋼筋間距應在100mm~250mm范圍內。
如果鋼筋間距太密，會影響混凝土振搗，而鋼筋間距太大，容易產生裂縫，因此規程對鋼筋間距做了明確規定。同一方向配筋應相互照應，如間距100,200,400，或間距80,160，320，使得鋼筋施工一目了然。采用125與200之類混合間距會造成局部鋼筋集中，因而產生不必要的施工麻煩和結構剛度的混亂。
4）敞口水池頂端宜配置水平向加強鋼筋。
敞口水池在地基變形作用下池壁頂端是結構的薄弱點，因此應予加強，敞口水池頂端水平向加強鋼筋一般為最小為4Φ12
5）水池充水試壓前不應抹面。
水池池內抹水泥砂漿是一種防滲水措施，水池試壓是驗證鋼筋混凝土池壁及底板的防滲性能，因此二者施工順序不得顛倒。
6） 剛性套管與柔性套管的選用當用于抗震設防區時，應在進入建筑物外墻的管道上就近設置柔性連接。
7）套管管徑較大時應在池壁上設加強鋼筋。
當穿池壁的套管管徑大于300mm 時，應注意選用圖集或補充池壁加固大樣做法。如果設計圖紙中不注明，施工單位很容易疏忽該項要求。
8）《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》（CECS 138:2002）第7.1.3 條規定，當水池的長度、寬度較大時，應設置適應溫度變化的伸縮縫或采取其它措施，實際工程一般設置后澆帶或采用補償混凝土。后澆帶一般需間隔42 天左右才能澆筑，整個水池混凝土澆筑完畢需較多時間；當工期緊張時，可以采用補償收縮混凝土代替后澆帶。
9）施工縫的選擇。現在混凝土工程一般選用商用混凝土，商用混凝土的特點是強度滿足要求，防滲性能不是太好。所以遇有施工縫的情況請舍棄齒面施工縫。選用鋼板止水帶或者遇水膨脹的橡膠止水帶。這對于水池的長期耐久性是有好處的。
5 結語
敞口水池是混凝土結構設計的入門課程，外形簡約而內力計算不簡單，充分認識敞口水池的受力特點對于掌握混凝土的本身特性，及其在外力作用下與鋼筋的配合工作，擬合受拉鋼筋使之與內力包絡圖完美統一，認識到裂縫及溫度影響對混凝土結構的長期作用，都有不可磨滅的貢獻。所謂拳不離手，曲不離口。敞口水池作為設計的必修課，做好他設計，保證隱蔽工程的構筑物經濟長久穩定的有效使用，對社會，對國家有著重大的意義。
參考文獻:
趙永福，孫海濤，唐堅梅，楊龍斐《淺議鋼筋混凝土水池設計》建筑與結構設計2008年10期
GB50069-2002《給水排水工程構筑物結構設計規范》
CECS 138:2002 《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》
GB50010-2010《混凝土結構設計規范》
Abstract :In this paper , structural design and some design measures of the open caisson are mainly presented in the pumping station of a sewage treament project in the airport,It may be referenced by the similar project.
[關鍵詞] 沉井 結構設計
Keywords: Open caissonStructural design
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
1.工程概況
本工程為廣東省揭陽市某機場配套工程，同時也是機場污水處理站重要的構筑物。工程抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.15g；建筑場地為Ⅲ類；特征周期為0.45;建筑抗震設防類別為丙類；地基基礎設計等級為丙級。提升泵站靠近已經建好的機場內道路。基坑支護大開挖施工提示泵站工程造價較大，工期較長，經比選采用沉井結構，二次澆筑提升泵站內隔墻和上部結構。提升泵站平面尺寸為14m×7m，埋地深度約為9m，上部為單榀框架結構。
2.地質條件
機場污水污水處理站位于潮汕平原西南，榕江流域中下游，根據《巖土工程詳細勘察報告》，土層自上而下分別為：①素填土層：場地內均有分布，為新近填土。灰黃色，濕，稍壓實，主要由碎石，角礫組成，含少量塊石，粉粘粒含量10～20%，成分多為風化粉砂巖巖屑。層厚1.10～1.30m；②耕土層：主要由粘性土組成，呈深褐色、灰色，含少量植物根系，可塑狀。層厚0.80～1.60m；③淤泥層：場地內均有分布，以淤泥為主。深灰色、灰黑色，流塑，土質較細膩粘滑，味稍臭，局部含貝殼碎片、腐殖質及朽木，普遍中下部夾薄層粉細砂。層厚9.70～13.80m，N=1~3；④粉質粘土層：棕黃色、淺灰色，可塑，刀切面光滑，土質粘韌。層厚1.90～5.80m，平均厚度4.06m，N=7~13；⑤粗砂層：以粗砂為主，局部為粉細砂。灰黃色、灰白色，局部深灰色，密實度變化較大，中密為主，局部密實，飽和，級配不良，含少量粘粒，局部含較多淤泥質。層厚1.80～6.70m，平均厚度4.57m，N=14.5；⑥淤泥質土層：灰黑色、深灰色，軟塑狀，土質粘滑，具臭味，含有機質，局部地區含較多腐殖質及朽木，局部夾薄層粉細砂。層厚1.50～9.90m，平均厚度4.58m，N=6；
鑒于提升泵站埋深約為9m，地質報告僅選用①～⑥層，鉆孔深度約為35m。沉井主要所處土層為軟弱土層。
3.結構設計
沉井的結構設計內容主要包括井體的厚度確定和施工方法選擇、抗浮驗算、下沉驗算、地基承載力驗算、井壁和底板計算和沉井構造措施。
3.1井體的厚度確定和施工方法選擇
沉井井體的厚度確定取決于下沉需要，滿足受力要求及適用性要求和抗浮要求[1] 。沉井井體有適當的厚度，能使在下沉過程中沉井可以依靠自重克服土層的摩阻力下沉到設計標高；在施工過程中和使用階段，保證沉井具有足夠的強度和剛度同時滿足依靠自重來抗浮。根據工藝條件，通過試算和調整，沉井井壁厚度如圖一所示，剖面圖如圖二所示。
圖一沉井平面圖 圖二 剖面圖（A-A剖面）
考慮到沉井所處土層滲水性不強，井內水量不大且排水不困難和工期要求采用排水下沉沉井施工，分兩段澆筑，待達到設計強度后一次下沉(第一段高度5.5米，第二段高度4.7米)，C30素砼干封底(待砼達到強度時，才可以停止降水)。為防止沉井排水下沉引起靠近機場運輸道路和地面土體塌方和下沉，在井壁外邊線1.5m處施工一排φ500攪拌樁。
待沉井下沉到設計標高后，封底并底板施工完畢后，根據工藝條件要求進行提升泵站的內間墻二次澆筑，二次C20素混凝土找坡，澆筑頂板（板厚h=200）和施工上部結構。提升泵站如圖三和圖四所示。
圖三提升泵站平面圖圖四 提升泵站剖面圖
3.2抗浮驗算（使用階段）
根據《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》（CECS137:2002）第6.1.4條規定[2]，沉井抗浮應按沉井封底和使用階段驗算。沉井施工階段抗浮措施由施工單位自行考慮。在使用階段結構總自重標準值Gk=10507kN，總浮力Fw,k=9730kN，抗浮系數kfw=Gk/Fw,k=1.08>1.0滿足要求。
3.3下沉驗算
為了保證沉井能順利下沉，根據《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》（CECS137:2002）第6.1.2條沉井下沉系數kst不應小于1.05。沉井自重標準值Gk=5404kN，由于采用排水下沉水浮力Ffw,k=0，井壁總摩阻力Ffk=4825 kN，經計算kst=（Gk－Ffk）／Ffk=1.12>1.05。如果kst>1.20時，還應驗算下沉穩定，以防止沉井在軟弱土層突沉或者下沉標高超出范圍。
3.4地基承載力驗算(使用階段)
使用階段提升泵站整體結構總重G=12054kN，底板基底反力為qk==123kPa。根據《建筑地基基礎設計規范》第5.2.4條修正地基承載力特征值[3]，修正后地基承載力特征值fa=130kPa>qk=123kPa，滿足要求。若地基承載力不滿足設計要求時，應采取地基處理加固措施來提高地基承載力。
3.5井壁和底板計算
井壁計算模式可視為一個閉合的水平框架在外側水平荷載作用下[4]，計算按沿井壁高度方向劃分為兩個區段（中間施工縫為界），水平荷載按各段下端0.5m內的平均值取值。閉合水平框架內力可以采用彎矩分配法或有限元分析。本工程采用理正軟件計算，計算簡圖和彎矩圖如圖五、六所示。
圖五計算簡圖（單位kN/m）
圖六井壁彎矩圖（單位kN.m）
沉井底板按雙向板計算，四邊簡支。在使用階段，底板計算荷載應取底板最大凈反力和水浮力兩者較大值。經計算，底板跨中彎矩標準值Mx=225 kN.m，My=199 kN.m。在配筋時，如果考慮封底砼的作用，配筋可適當減少。井壁和底板在使用階段還須按正常使用極限狀態驗算裂縫是否滿足要求。
3.6沉井構造措施
沉井刃腳形式有幾種形式，選擇刃腳形式要根據土質條件和下沉情況考慮，刃腳斜面與水平面夾角一般取50°～60°。如遇堅硬土層或者較厚卵石層宜在刃腳踏面上設置鋼板護角。由于本工程場地土質為較均勻的軟弱土層，故可以不設置，根據現場施工反饋信息，沉井采用的刃腳形式施工下沉時速度可控，垂直偏差極小，下沉位置和設計要求標高位置基本吻合。
沉井刃腳和底板連接須設置凹槽，在井壁位置預埋插筋與底板鋼筋連接，防止底板滲水和保障底板有可靠的傳力。由于機場整個場地地下水位比較高，刃腳內側與封底混凝土接觸部位和底板接觸的凹槽須鑿毛，使新舊混凝土結合緊密，防止污水外滲。
沉井井壁和二次澆筑提升泵站內間墻連接處設置凸槽，并預留φ16插筋，間距同內間墻水平鋼筋間距。沉井井壁施工縫可凸槽或者預埋止水鋼板。
4.結語
該機場于2011年12月中已經正式通航，同時污水處理站提升泵站也正式投入使用，運行正常。實踐證明，在軟土地區采用沉井結構施工方式是可行的，且比采用基坑支護開挖施工造價便宜；設計過程中必須重視系統的理論計算和加強構造措施。本工程實例可供類似工程的結構設計作參考。
參考文獻
[1]給水排水工程結構設計手冊（第二版）[M]中國建筑工業出版社,2007
[2]給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程（CECS 137:2002）
關鍵詞: 管道變形施工造價覆土
前言
廣州市西江引水工程第三標的石門、西村并行線(管徑為2800和3200) 西村支線(管徑為3200)途徑廣清高速公路后轉入增槎路,最后進入西村水廠。由于在這些路段,管道主要敷設在行車道路下,在車行荷載的重復動荷載作用下要特別注意管道的強度、剛度(變形)、穩定性滿足要求。
因此在這些路段,我們為保證結構設計的安全并達到節省投資的目的,主要采用了鋼襯鋼筋砼壓力管以及加肋鋼管,下面對鋼襯鋼筋混凝土壓力管、加肋鋼管、PCCP管以及一般鋼管作結構安全性、經濟性的簡單對比。
一、鋼襯鋼筋混凝土壓力管道
若采用普通鋼管,為滿足抗浮要求,往往需要達到一定的埋設深度。而管道埋置越深,導致基坑開挖的深度也較大,這將造成基坑開挖止水的困難程度以及增加基坑支護造價。如果采用D3200PCCP管,其單節管(長度為5米)重達31噸,在管道的運輸及吊裝過程中需要采用重型機械,并且是在繁忙的公路上進行,因此PCCP管道的運輸及其施工苦難程度較大并對周圍環境影響較嚴重,同時在管道吊裝過程中由于單節管重量較大而導致基坑周邊荷載增大,這將增加支護結構的費用。
鋼襯鋼筋混凝土壓力管道是由內襯鋼筒以及鋼筋混凝土箱涵組成的管道結構。他采用內襯鋼筒來承受內水壓力,而外包鋼筋混凝土承受外荷載如汽車荷載以及覆土荷載,因此它充分發揮鋼材抗拉和混凝土抗壓的材料性能。同時由于混凝土比重較大容易滿足抗浮要求,而適于淺埋。經計算,鋼筒D3200X14的內襯鋼筒外包300厚鋼筋砼結構在覆土深度為0.7米的情況下能夠滿足管道本身的強度、剛度、穩定等各項要求。為保證施工質量,鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的內襯鋼筒兩端要加肋環,保證對接焊口間的圓度,同時需中部每2m加“米”字型的活動內撐,以滿足運輸和澆筑混凝土時的剛度要求。此種結構形式優點總結如下:
外包砼薄壁鋼管的造價較PCCP管材貴約15%,所需要的基礎處理要求基本相同。主要區別在于抗浮和地面荷載對覆土的要求,當管道埋深不受市政特殊要求時,前者僅考慮700覆土便可(個別地段經處理后外露亦可),從而可減少約1.2m的基坑深度,減少施工費用,有利于地下水位高和附近有建筑物的地段施工。
基坑截面,如D2800XD3200PCCP管需要10.5x5.5～6(深),外包砼薄壁管為8.2x4.5(深),挖填土方量減少,征地寬度減少,施工難度減少。
管材吊運的重量分別為5m長的PCCP管約39t,6m長的外包砼薄壁鋼管約8t,大大減少吊車噸位和基坑邊的施工荷載,減少基坑的支護用料和施工便道的等級。
因此鋼襯鋼筋混凝土壓力管道造價約6.47萬元/米,而PCCP管造價約為9萬元/米。
由于鋼襯鋼筋混凝土壓力管道在現場澆筑混凝土,不利于埋設太深,因此當遇到原有的各種管道埋置較深難以避讓時則采用加肋鋼管過渡。
二、加肋鋼管
加肋鋼管的優點主要是可以減小鋼管壁厚,減少鋼管在荷載作用下的變形,增加管道結構剛度。如若使用D3200X32鋼管,在覆土為2米以及汽車荷載作用下管道變形計算為
,而在當覆土荷載作用下的變形 。
當采用加肋鋼管時,在保證鋼管強度的情況下可以減少鋼管厚度,經計算,可采用D3220X24鋼管加肋24*200@1000以滿足強度要求,此加肋鋼管在汽車荷載+覆土荷載作用下的變形為8.6mm,只在覆土荷載作用下的變形為6.4mm。
由上述計算可知,我們可以得到以下兩點:
不加肋鋼管變形量遠大于加肋鋼管,從而證明了加肋鋼管可以明顯的增大大口徑鋼管的剛度,使得施工中容易控制變形進而保證鋼管的圓度和施工質量;
無加肋鋼管在有、無汽車荷載作用下的差異變形量為 =16.9mm,而加肋鋼管的差異變形量為 =2.2mm。說明了無加肋鋼管在有無汽車荷載作用下的變形幅度較大,這對于管道的安全運行以及管道上的路面結構將產生一定的危害。
三、結言
綜上兩種原因,我們推薦采用加肋鋼管作為鋼襯鋼筋混凝土壓力管的補充,主要用于某些地段由于原有各種管道埋深較淺,管徑較大且不易遷改或遷改困難的地方,以避免鋼襯鋼筋混凝土壓力管道深埋。
參考文獻:
[1]中華人民共和國國家標準.給水排水工程管道結構設計規范(GB50332-2002).北京.中國建筑工業出版社,2002
[2]中國工程建設化標準化協會標準.給水排水工程埋地管芯纏絲預應力混凝土管和預應力鋼筒混凝土管管道結構設計規程(CECS 140:2002).北京.中國計劃出版社,2003
[3]給排水工程結構設計手冊.中國建筑工業出版社,2006
【關鍵詞】結構設計；問題；
前言：
隨著我國經濟飛速發展，生活品質的不斷提高，加之地震颶風等自然災害頻發，人們對房屋質量有了較高要求。然而，對于設計者，房屋設計是一項復雜縝密而又責任重大的工作，直接影響到建筑物的安全、適用、經濟和合理性，但為了確保房屋設計質量，在房屋設計質量上常見的應注意幾個常見問題如下：
1 首先，結構師必須在建筑方案設計中考慮結構概念體系設計
建筑的概念設計在整個設計過程了起著舉足輕重的作用，合適的概念設計往往是建筑經濟性好的首要因素。一幢建筑物的設計，如果沒有事先經過全盤正確的概念設計，以后的計算模式再準確、計算再精確、配筋再合理，也不可能是一個經濟、合理的優秀設計項目。
根據最新的地震區域劃分和規定，當地的設防烈度為6 度（局部地區7 度）。住宅設計無論是多層磚混或和框架剪力墻結構，都不同于以往的靜力設計，必須從抗震的角度，采用二階段設計來實現三個水準的設防要求。為此，結構設計人員必須及早介入建筑結構的概念設計，否則，將會導致建筑結構設計的不合理，給以后的結構設計帶來難度。為在建筑物的方案設計階段正確把握建筑結構的概念設計，應對不同形式的住宅建筑，掌握各自概念設計中容易疏忽的要點：
1.1 對一般多層砌住宅結構， 應按《建筑抗震設計規范》（G B 5 0 01 1 -2 0 10 ） 要求做到：
優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系：縱橫墻的布置宜均勻對稱，沿平面內宜對齊，沿豎向應上下連續；樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處； 不應采用無錨固的鋼筋砼預制挑檐。
1.2 對鋼筋砼多、高層結構住宅，力求做到：結構布置應盡量采用規則結構。對復雜結構，可以設置防震縫，把它分割成各自規則的結構單元，結構布置以少設縫為宜，一旦設縫，則應使防震縫的設置與伸縮縫、沉降縫相統一；且防震縫寬度應滿足規范要求，否則地震發生時兩側結構構件會發生碰撞而破壞。
2 預防由于地基沉降或不均勻沉降引起的構件開裂或破壞
預防或減少不均勻沉降的危害，可以從建筑措施、結構措施、地基和基礎措施方面加以控制。諸如：避免采用建筑平面形狀復雜、陰角多的平面布置；避免立面體形變化過大；
將體形復雜、荷載和高低差異大的建筑物分成若干個單元；
加強上部結構和基礎的剛度；同一建筑物盡量采用同一種基礎形式并埋置于同一土層中等一系列措施。
應該引起重視的是： 對高層建筑來說，由于需要一定的埋置深度，從經濟的角度考慮，基礎一般采用樁箱或樁筏結合的形式，此時應保證箱體的整體剛度，群樁布置的形心應與上部結構重心相吻合。當土層有較大起伏時，應使同一建筑結構下的樁端位于同一土層中，并應考慮可能產生的液化影響。而對多層建筑而言，從經濟角度考慮，一般不采用長樁的方案，但對某些地區的軟土覆蓋層厚度較大，一般都需要采用地基處理來達到控制建筑物沉降量的目的。常用的軟土地基處理方法較多，但在選擇地基處理方案前，必須認真研究上部結構和地基兩方面的特點及建筑物周圍環境情況，并根據工程設計要求，確定地基處理范圍和處理后要求達到的技術指標，以及各種處理方法的適用性，同時綜合考慮處理方案的成熟程度及以往工程經驗，進行多方案比較，最終選定安全適用、經濟合理的處理方案。地基經處理后，還必須滿足規范所規定的強度和變形要求。
3 板面設置溫度應力筋問題
《混凝土結構設計規范》第9.1.8條規定在溫度收縮應力較大的現澆板區域內，鋼筋間距宜取為150～200mm，并應在板的未配筋表面布置溫度收縮鋼筋，板的上下表面沿縱橫兩個方向的配筋率均不宜小于0.1%。什么區域屬于溫度收縮應力較大的區域？本人認為對于規則較短的建筑物我們可以在各樓面邊跨及屋面層設置相應的溫度應力鋼筋，而對于超長結構，則建議在超長結構的長向均應設置雙層鋼筋。其余部位則可因人而異，功能重要的區域設置。
4 衛生間荷載取值問題
在圖紙審查中有人提出，對于有分隔蹲廁的衛生間活載應按《全國民用建筑工程設計技術措施結構》中規定的8kN/m2 值進行設計，本人認為不妥。如今的衛生間隔板在建筑設計中都是采用木質板、塑料板或復合板，而非以前的預制水磨石板或磚砌體，因而只考慮蹲坑的重量就可以了。蹲坑一般抬高150mm，采用1：6水泥焦渣墊層（容重為14 kN/m3），墊層荷載為0.15x14=2.1 kN/m2，該荷載為局部荷載，又非全開間荷載，且應按恒載考慮。結構設計時可按原樓面恒載加上該部分抬高所增加的荷載就可以了，活載仍舊按《建筑結構荷載規范》第4.1.1條中規定的2.0 kN/m2計取，這樣比較合理。
5 不上人屋頂活載取值問題
平時會經常遇到不上人屋頂因落水管堵塞而積滿水，又沒人疏通，這積水荷載也不能忽視。如不上人屋頂女兒墻高700mm，若積滿水，荷載為0.7x10=7kN/m2。而按《建筑結構荷載規范》第4.3.1條中規定不上人屋面活載取值僅為0.5 kN/m2。可見實際產生的荷載與設計規定的荷載相差較大。結構設計若按7 kN/m2 考慮，那又給業主帶來很大的浪費。為此，本人建議建筑設計人員在不上人屋頂女兒墻根部50mm 處增設泄水管，萬一落水管堵塞，能及時排除屋面的積水。若能采取上述措施，按荷載規范要求，不上人屋面活載仍按0.5 kN/m2設計。對上翻邊雨篷也可采取上述措施以確保結構設計不考慮積水荷載。
6 鋼筋砼水池保護層問題
《混凝土結構設計規范》第8.2.1條規定，板、墻在二a類環境的最外層鋼筋保護層厚度為20mm，《給水排水工程構筑物結構設計規范》第6.1.3條規定與水、土接觸或高濕度保護層厚度為30mm，與污水接觸位35 mm，《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》第7.1.2條規定與此相同，而《地下工程防水技術規范》第4.1.6條規定防水混凝土結構迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm。本人以為鋼筋砼水池砼保護層應按《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》進行設計，而地下室等重要的建筑物則要按《地下工程防水技術規范》設計。
7 后澆帶問題
《混凝土結構設計規范》第8.1.1條中規定現澆鋼筋混凝土框架結構伸縮縫最大間距為55m，而8.1.3條則規定當采取后澆帶分段施工、專門的預加應力措施或采取能減小混凝土溫度變化或收縮的措施，伸縮縫間距可適當增大。這兩條使我們在實際設計過程中較難把握。采取后澆帶分段施工后究竟應控制房屋長度多少而不至于產生裂縫等不良現象呢？本人認為這取決于各地區的溫差和施工條件以及采取的措施等等因素。在結構設計中必須對梁柱配筋進行概念上的調整，規范也規定當增大伸縮縫間距時尚應考慮溫度變化及混凝土收縮對結構的影響。首先是長向板鋼筋應雙層設置，并適當加強中部區域的梁板配筋，中部區域溫度應力顯然是比較大的。當框架結構超過70m 時，本人認為必須采取特殊的措施才能不設置伸縮縫，譬如說采用預加應力，摻入抗裂外加劑等等。如果對超長結構，不能有效的分析清楚受力情況，本人建議還是應按規范要求設置伸縮縫，畢竟建筑上設縫只要處理得當還是不影響美觀的。
【摘要】：在給水排水工程中，鋼筋混凝土水池得到了廣泛的應用。鋼筋混凝土水池產生結構裂縫是在工程實踐中經常遇到的問題，本文通過對某水池工程池底、柱子和頂板出現裂縫情況進行現場檢測鑒定，綜合分析裂縫產生的原因，并提出合理有效可行的處理方案，可供類似工程參考。
【關鍵詞】：水池、裂縫、鑒定、處理
1 工程概況
某水池工程為全埋式水池，原設計池頂覆土厚800mm，水池長寬均為24m，池內凈高為4m。水池底板和池壁均厚30mm，頂板厚200mm。水池混凝土采用抗滲標號為S6，混凝土設計強度等級為C30。該工程基本竣工并回填且予以驗收后，發現該水池池底凸起并出現裂縫，同時在柱子及頂板上發現裂縫現象。
2 現場檢測
2.1初步調查情況
該水池工程施工采用大開挖，四周采用明溝降水，設計時沒有地質資料，設計地基承載力按150kPa考慮。水池工程北側距離該水池2.6m有一毛石水池，池頂高于該水池1.0m。據反映，該工程基本竣工并回填且予以驗收后，因廠內未使用毛石水池，毛石水池內的水位較高，經測量相應位置，可知當時水位至少要高于新建水池池頂覆土，同時，毛石水池滲漏現象非常嚴重。現場勘察時新建混凝土水池上部覆土厚為300mm，未達到設計要求的800mm。
2.2 裂縫情況
據反映當時水池底板凸起高度約200mm，裂縫寬度較大。現場勘察時，水池四周已進行降水處理，不能明顯看出水池底部凸起的情況，裂縫現象不是非常明顯，但能發現部分裂縫處有冒水的現象。板底裂縫整體上是中間向上凸起而四周邊緣呈環形的狀態。
水池頂板裂縫以4×E軸為中心，可以判斷出水池底浮力產生的作用以中部靠北側最為明顯。頂板底部水頭壓力以北側往南逐漸減輕。
柱子裂縫最嚴重的為5×F和5×E軸柱，柱頂部混凝土被擠酥，鋼筋鼓起，裂縫呈X形。
2.3 混凝土強度
現場采用回彈法抽樣檢測構件混凝土抗壓強度，按批抽樣檢測14個構件，采用DBJ14-026-2004[1]中山東省回彈曲線得到混凝土強度推定值為30.6MPa，達到設計強度等級C30要求。
3 裂縫原因分析
根據現場勘測，水池池底凸起、柱子和頂板產生裂縫時，北側毛石水池水位較高，新建混凝土水池池頂上部覆土厚為300mm，未達到設計要求的800mm，同時上部覆土有積水。根據實際覆土和水位情況驗算[2]，新建水池當池外水位高于池頂而池內無水時，其抗浮承載力不滿足相關規范要求[3] [4]。
經綜合分析認為，水池池底凸起、柱子和頂板產生裂縫的原因主要是由于該水池北側毛石水池水位較高且滲漏較為嚴重，而新建水池抗浮承載力不足引起的。
4 處理方案
對該水池工程采用以下方法進行處理：
1.對有裂縫的池頂采用壓力灌漿法進行封閉。
2.先將原水池底板頂部鑿毛，然后在底板上做400mm厚混凝土現澆板，采用防滲等級S6、強度等級C30的混凝土，現澆板采用2層雙向 16@150鋼筋，鋼筋端部用植筋膠錨入池壁內，錨固深度200mm。現澆板上鋪600mm厚的C20素混凝土。
3.對柱子進行加大截面處理，截面加大為邊長為500mm的方柱，主筋采用12 20，鋼筋頂部植入板頂，植入深度200mm，底部鋼筋生根于后加的混凝土板上。箍筋采用8@100mm。施工時應注意將柱子和頂板表面鑿毛，以利新舊混凝土的結合。
4.應嚴格限制北側毛石水池的水位，嚴禁超過新建混凝土水池頂部高程。
加固處理應按照GB50367-2006[5]執行。為保證施工質量，加固處理應由有專項資質的專業隊伍施工。
5 結語
該工程按加固處理方案實施后，取得了良好的社會效益和經濟效益。鋼筋混凝土水池產生結構裂縫是在工程實踐中經常遇到的問題，本文通過對某水池工程池底、柱子和頂板出現裂縫情況進行現場檢測和鑒定，綜合分析裂縫產生的原因，提出了合理有效可行的處理方案，可供類似工程參考。
參考文獻
[1] DBJ14-026-2004, 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程[S]. 山東：山東省建筑科學研究院建筑結構研究所, 2004.
[2] GB50009-2001(2006版), 建筑結構荷載規范[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2002.
[3] CECS138:2002, 給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程[S]. 北京: 中國工程建設標準化協會, 2003.
[4] GB50010-2010, 混凝土結構設計規范[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2010.
關鍵詞:污水 , 處理 ,抗浮 ,設計 , 錨固
引言
目前,在抗浮設計上,主要采用抗與放的方法。所謂抗,即是配重抗浮.錨固抗浮:所謂放,即是降水抗浮和設觀察井抗浮。具體采用哪一種方法,尚應根據工程的具體情況而定,同時還應著重考慮對工程造價的影響。
1.污水處理池的設計
從國內外城市污水處理廠建設的發展歷史來看,在人口密集的大中城市,大型集中污水處理廠是污水處理廠建設的主體,我國大中城市都建設了一些大中型骨干污水處理廠,對于控制水環境污染發揮了重要作用。
在污水處理廠的結構設計中,污水處理池的設計是最主要的設計內容,污水處理池的設計內容包括池體本身的設計和池體的抗浮設計。一般情況下,小型水池因為其池壁相距較近, 再加上底板向外突出部分上部的土重和壁板與土的摩擦力(為安全考慮規范未計入),抗浮安全系數很容易滿足規范要求,可不做專門的抗浮設計。但由于污水處理廠中主要的污水處理池具有底板面積大,池體較深,埋深較大等特點,如遇較大降雨或地下水位猛漲情況,若抗浮設計不合理則有可能出現池體整體上浮,池體開裂,相連管道變形等現象,嚴重影響污水處理廠的正常運行。在抗浮設計上,降水抗浮和設觀察井抗浮多用于污水處理池的施工抗浮,污水處理池運行時的抗浮設計多采用配重抗浮和錨固抗浮。下面簡述污水處理池運行時的抗浮設計方案。
2.配重抗浮
砼的缺點之一是自重大,但事物均有兩面性,抗浮時自重越大越有利。配重抗浮一般有三種方法,一是在底板上部設低等級砼或毛石混凝土壓重:二是設較厚的鋼筋砼底板;三是在底板下部設低等級砼掛重。一.二種方法的優點是簡單可靠,當構筑物的自身重度與浮力相差不大時,應盡量采用配重抗浮,對工程造價的影響小,投產后亦沒有管理成本。但構筑物的自身重度與浮力相差較大時,本方法將會增加工程量使土建造價提高,原因是配重部分要扣除浮力,導致配重部分的厚度增大;較大的埋深也將增加挖方量和排水費用,同時也會增大基底壓力,引起較大的地基變形。如采用底板上設低等級砼或毛石混凝土壓重的方法,將會使壁板的計算長度H加大,而壁板根部的彎矩值與H是平方關系,這樣會使壁板根部的彎矩值增長較快,彎矩值較大時,板厚和配筋也會相應增大;如采用較厚的鋼筋砼底板的方法,其工程量與設低等級砼壓重相差不多,壁板的彎矩值雖小,但底板的鋼筋用量會有些許增加;如采用底板下設砼掛重的方法,壁板的彎矩值小,底板的鋼筋用量也不會增加,但底板和掛重部分砼須用鋼筋連接,施工比較麻煩,當地下水對鋼筋和砼具有侵蝕性時,設砼掛重的方法須謹慎。
3.錨固抗浮方法
主要形式通常為錨桿(抗浮樁在作用機理上也屬于這一類),通常在水池結構自重抵抗浮力相差較大的情況下采用。相比配重法和抗浮樁,它較多地受制于場地地層特性和水池結構特征。地層均勻,但厚度過大或過小,或錨固條件不理想,錨桿良好的抗拔特性發揮就既不充分也不經濟;水池結構埋深較淺或平面尺寸較小,錨桿的抗拔作用和其優越性體現也就不明顯。由于普通抗浮用錨桿一般可按理想的抗拉構件進行設計,其斷面尺寸小,長細比大,具有較大的柔性,因而一般可忽略其受壓狀態,錨桿長度則可根據地層條件在設計和施工階段作自由調整。
3.1錨桿
錨桿是在底板和其下土層之間的拉桿, 當底板下有堅硬土層且深度不大時,設錨桿不失為一種即簡便又經濟的方法;近年來,在飽和軟粘土地基中,也有采用錨技術的,也有采用短錨加擴人頭技術的。錨桿的直徑一般為l50~180mm。錨桿抗浮有三個問題需要注意,一是受力問題,當構筑物內無水時,錨桿處于受拉狀念,當構筑物滿水時, 錨桿又處于受壓狀態, 錨桿的底端類似于樁端, 錨桿在反復托壓狀態下的工作性能有待進一步的實驗研究;二是施工問題,錨桿的施工需有專門的機械,施工前要進行試驗,同時,較細的錨桿在施工時有一定的難度,如何控制鋼筋偏移,如何使灌漿飽滿.如何避免斷桿等都是施工難題,尤其是錨桿較長時,不如配重抗浮來得簡便。三是適用性,當地下水對鋼筋有侵蝕性時, 細錨桿的耐久性問題不易解決,這將在一定程度上限制其適用性。
3.2抗拔樁
抗拔樁利用樁側摩阻力和自身重度來抵抗浮力,樁型可采用灌注樁或預制樁,樁徑一般為400mm,也可采用方樁,樁距和樁長應通過計算確定,樁距不宜過大,否則會增加底板厚度,樁端最好能伸入相對較硬的土層。抗拔樁也有拉壓受力問題,但其施工較簡單,耐久性亦比錨桿容易得到保證。
4.抗浮采用抗拔樁或抗拔錨桿應注意的問題
4.1整體平衡問題
對于采用抗拔樁或抗浮錨桿進行抗浮時首先應滿足整體平衡的要求,并驗算巖士體的整體飽和重量,浮托力平衡時的最小巖土厚度,此厚度一般只能作為抗浮構件的自由段。例如,某污水處理廠日處理量5.0×104t,污水處理廠中的主要構筑物生化池.二沉池埋深較深,需采取抗浮措施。污水處理廠位于縣城東南新區,緊臨河道,自然地面標高較縣城地面及河岸低。地質報告所示,污水廠的自然地坪標高約為13.30m,根據工藝流程的需要,確定設計地坪標高為14.00m,地下水和場地土對建筑材料無腐蝕性,因此要考慮其進行抗浮時滿足整體平衡的要求。
4.2對抗浮構件應有可靠的防腐保護措施
對抗拔樁可按規范驗算樁身裂縫寬度,其最大裂縫寬度不得超過0.2 mm: 目前對于永久構件抗拔錨桿的抗腐蝕問題一直不能得到很好的解決,但可以加大鋼筋的截面尺寸并增加鋼筋數量,根據有關試驗資料,鋼筋在正常地下水質作用下的銹蝕速度大約為2mm/50年。另外錨頭或抗拔樁樁頂鋼筋與結構底板應有可靠的連接,當采用預制樁作為抗拔樁時,應保留其豎向鋼筋或在樁芯插筋并根據抗拔錨固長度將其錨人結構底板中。
4.3抗拔錨變形量問題
對于抗拔構件目前常采用抗拔樁和抗拔錨桿,從實際實施的情況看,一般抗拔錨桿的變形較大,造成地基與水池底板脫空,并且鋼絞線錨桿的變形量大于鋼筋錨桿的變形量,應引起重視。因此建議最好采用抗拔樁,尤其是有擴大頭的抗拔樁。
結束語
污水處理廠地下水對地下結構的浮力作用應引起足夠的重視,曾發生過多起地下結構整體浮起或水池等結構開裂的事故,地下工程的抗浮設計是結構設計的重要組成部分。應根據工程結構特點.地質條件.施工環境等因素,選擇抗浮措施。在設計過程中,選擇合理的設計參數,重視地區經驗做好構造處理,使工程的抗浮設計更加合理可靠。
參考文獻
[1]林本海.劉玉樹.筏板基礎選型和設計方法的研討.建筑結構,2009.12)
[2]《建筑地基處理技術規范》(JGJ97- 2002)
[3]《建筑地基基礎設計規范》(GB5O007—2010)
[4]《建筑邊坡工程技術規范》 (GB5O33O~2O11)
[5]《建筑樁基技術規范》(JGJ 94- 2008)
關鍵詞 循環供水系統收集系統循環水處理系統自動雨淋系統補水系統中圖分類號：F037 文獻標識碼：A
工程概述
根據業主要求，配合道路專業，本專業在指定路段做模擬雨淋路段的循環供水系統的設計。
設計依據和設計規范
1、《沈陽市公安局交警支隊考場建設工程施工圖設計委托書》
2、沈陽市規劃院提供的場地周邊規劃紅線圖
3、沈陽市勘測院提供的1:500電子地形圖
4、建設單位提供的增、改建項目內容
5、中華人民共和國公共安全行業標準《機動車駕駛人考試場地及其設施設置規范-第1部分：設計設置》（征求意見稿）
6、公共安全行業標準《機動車駕駛人考試場地及其設施設置規范》編制說明（征求意見稿）
7、沈陽市勘測院提供的地質勘察報告
8、《沈陽市公安局交警支隊考場建設工程-道路施工圖》——沈陽市市政工程設計研究院
9、《建筑給水排水制圖標準》GB/T 50106-2010
10、《室外排水設計規范[2011年版]》GB 50014－2006
11、《給水排水工程管道結構設計規范》GB/50332-2002
12、《給水排水管道工程施工及驗收規范》GB50268-2008
13、《給水排水構筑物工程施工驗收規范》GB50141-2008
14、測量手簿——沈陽市市政工程設計研究院
15、業主及規劃部門相關意見。
工程現狀
工程用地總體地勢呈北高南低。現狀無給排水設施，所有設備均為新建工程。
設計內容
循環雨淋系統設計
本次設計雨淋循環系統包括考場用自動雨淋系統、循環水處理系統和補水系統。
1、工藝流程：雨水（包括雨淋水和雨水）收集沉淀池沉淀循環水處理設備過濾模擬雨淋系統。
2、雨水（包括雨淋水和雨水）收集系統：
截水溝平面位置：在模擬濕滑路面起點處設置兩道300x250mm混凝土截水溝收集路面雨水。
截水溝縱斷設計：i≥0.3%坡向沉淀池。截水溝做法詳見國標圖集07J306-P22、J3。
排水管管徑采用DN300。
3、沉淀池：有效容積為16m3/h，L=6.6m，B=3.0m。構造詳見施工圖紙。池體配筋參見國標圖集08SS704-18~38（有覆土、有地下水4#）。
池內設有潛水泵為循環水處理系統中的過濾水箱供水。
（1）放空井：沉淀池內設有DN200放空管。入冬之前、池內設備檢修或池體清掏時需將池內廢水放空至放空井，然后用臨時泵排出至附近雨水井。放空井采用Φ1000圓形磚砌檢查井，參見06MS201-3-P11、22。
（2）溢流口：沉淀池內設有D=0.2m溢流管，溢流管出水口為八字式管道出水口（漿砌塊石）做法詳見國標圖集06MS201-9-P5。出水口下游底板做法參見本設計泄水槽構造圖（一）中做法。
（3）潛水泵控制要求、方式和顯示：沉淀池內設有一臺Q=16m3/h，H=7.5m潛水泵，三級負荷。控制箱由水泵廠家配套提供。控制箱顯示泵的啟、停、低報警水位、故障狀態信號、和揚水管的壓力信號。水泵啟、停由過度水箱中的浮球根據水箱中水位控制。以水箱底高程為±0.00m，啟泵水位：1.0m（相對高程）；停泵水位：1.6m（相對高程）。水泵低水位報警由沉淀池中的浮球根據池中低報警水位控制，當達到低報警水位時自動停泵。
4、循環水處理系統：采用成套廢水過濾設備，主要包括過度水箱沉淀、氣罐曝氣、罐體過濾、清水箱儲水等工藝，處理量需滿足Q=7.0m3/h,處理后水質需達到城市雜用水中洗車用水水質標準（詳見《城市污水再生利用城市雜用水水質》GB/T 18920-2002)。
（1）曝氣：工藝中曝氣材料為空氣，氣源由廠家配套提供。
（2）濾料：過濾材料為級配石英砂，由廠家配套提供。
（3）設備材質：設備箱體材料均采用不銹鋼HS-304。
（4）反沖洗：過濾設備定期反沖洗，但需在雨淋系統不工作時，反沖洗水源來自清水箱。
（5）泄水井：入冬之前或設備維修時需將設備內廢水放空，設備內水放空至設備間外YA1泄水井。泄水井采用Φ1000圓形磚砌檢查井，參見06MS201-3-P11、22。
中水處理系統配套控制箱由中標廠家配套提供及指導安裝。水處理工藝參見施工圖紙。本設計工藝流程可根據中標廠家工藝調整。待與設計溝通滿足設計要求后，方可施工。
5、考場用自動雨淋系統：
（1） 本雨淋系統模擬局地短歷時強降水：1h降水量不小于20mm。
（2）單個噴頭噴水能力：流量1.389 L/min，壓力0.3MPa。（1MPa是十公斤水（常溫清水），100米水柱）
作用面積：350m2。
（3）本系統采用濕式系統。考試時，噴頭動作。雨淋系統用水由清水箱提供，通過Q=7m3/h(Q=0.02*7*50=7)、 H=40m（H=H1凈提升高度+H2最不利點沿程損失+H3最不利點局部水頭損失+H，安全水頭）干式多級離心泵提升至系統。離心泵就地手動控制啟停。
（4）雨淋系統管材采用鋼管，管道工作壓力1.0MPa。
（5）系統泄水：入冬之前或系統維修時需將系統內廢水放空，通過閥門井FA1和FA2內DN50立式閘閥將系統內水放空至設備間外YA1和YA2泄水井。
閥門井采用地面操作磚砌圓形立式閘閥井，參見0707MS101-2-P14~23。
泄水井采用Φ1000圓形磚砌檢查井，參見06MS201-3-P11、22。
（6）鋼制管道防腐：鋼管在進行內、外防腐前，應將表面的油污及鐵銹等去除，焊縫不得有焊渣、毛刺。鋼管表面的預處理必須滿足《涂裝前鋼材表面預處理規范》（SYJ4007-86）的要求，處理程度Sa2-21/2級，設計采用機械拋光法除銹。
管道外防腐：凡污水廠內明露的鋼管、鋼管件外壁，均刷一道底漆，三道調和漆，顏色由建設單位統一規定；浸入水中的鋼管、管件均一道底漆，兩道調和漆，顏色為乳白色；埋地鋼管，無論大管或小管均做環氧煤瀝青防腐，加強級做法，既底漆-面漆-玻璃布-面漆-面漆做法，干膜厚度≥0.4mm。
管道內防腐：采用無毒環氧樹脂，底漆兩道，面漆兩道，干膜厚度≥0.2mm。
6、補水系統：
（1）管道線位：補水管道線位詳見施工圖紙。
（2）管道設計：補水管道管徑為DN50，管道起點為場區東南辦公樓處市政給水管網，終點為沉淀池。其作用是為沉淀池補充水源。
（3）管道縱斷設計：給水管道覆土H≥1.8m，i≥0.3%。
（4）管材：本次設計給水管道管材采用PE100管材及同材質管件。施工中應嚴格按《給水排水工程管道施工及驗收規范》及有關規定實行。
管材的技術要求：
A、其環向彎曲剛度不宜小于8kN/m2，管道覆土大于5米其環向彎曲剛度不宜小于12.5kN/m2。
B、管道內、外壁防腐能力強，要安全運行50年。
C、管徑豎向的直徑變形率不得大于5%
D、管材粗糙系數≤0.01
（5）管道基礎及接口： 200mm厚砂墊層基礎。管道接口采用熱熔承插連接，當與金屬管件連接時采用法蘭連接。
（6）管道工作壓力0.6MPa，管道試驗壓力按《給水排水工程管道施工及驗收規范》及當地質檢監督部門的相關規定執行。
（7）閥門：
水表井GA1中管道上的控制閥門選用立式閘閥（帶閥梃，地面式操作）。同時配套安裝伸縮節以方便檢修，水表采用LXS旋翼型水表，閥門、伸縮節等附屬設備主體材質采用球墨鑄鐵，工作壓力按1.0MPa選用，管道上各種管件的法蘭螺栓孔要求與閥門設備法蘭相應配套。
閥門井GA4中管道上的控制閥門選用AMX型DN50多功能水力控制閘閥，功率0.37KW。
（8）閥門井和水表井：
水表井GA1采用磚砌圓形水表井（DN15-40），詳見07MS101-2-P40。
閥門井GA4采用地面操作磚砌圓形立式閘閥井，參見0707MS101-2-P14~23。
上述井室、井筒內外壁均要求采用1：2水泥砂漿抹面，厚度20mm。
閥門井和水表井井蓋材質由建設方確定，在機動車道上的井蓋荷載按《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)公路一級標準車輛荷載設計。
（9）多功能水力控制閘閥控制要求、方式和顯示：補水系統設置多功能水力控制閘閥，閥門啟閉由沉淀池內的浮球根據池內水位控制。控制箱顯示閥門的啟、閉、故障狀態信號。
設計要點及工程注意事項
1、本設計中管道長度、高程以米計，管徑以毫米計；雨水管道高程均為管底高程；管道樁號為方便施工定位。
2、管道應敷設在地基承載力特征值fak≥130kPa的原狀土地基或經處理后回填密實的地基上。溝槽開挖后，如遇淤泥等軟土時，應采用換填等地基加固處理措施，即將管道及檢查井基礎底下1.0m范圍內的淤泥土清除，回填級配砂礫并夯實。處理后的地基承載力經檢測達到fak≥130kPa后方可進行管道及檢查井施工。當溝槽開挖深度超過6m時，應采取相應的溝槽支護措施。
3、如當年修建道路，設在道路紅線內部的管道溝槽回填水撼砂至道路結構層，其余部分采用原土回填；如當年不修建道路或管道位于綠化帶內，溝槽回填水撼砂至管道外頂以上0.5m，其余部分采用原土回填。
4、回填土要緊密分層夯實，當排水管道采用砂石基礎時，如管材為鋼筋混凝土承插口管，則溝槽回填土密實度要求詳見國家建筑標準圖集《混凝土排水管道基礎及接口》06MS201—1 P7圖2。
關鍵詞：超長池體；有害裂縫；施工縫；選材；抗滲性能
Abstract: This paper discusses effective measures to prevent cracks in the long pool structure from the three aspects of material selection, construction and post-protection. Through examples introduced how construction joints leaving in the long pool structure, jump pouring fine tendons clouds "program of the wall reinforcement, preventing harmful cracks of the cell body, improve the impermeability of the pool the quality and appearance.Key words: long cell body; harmful cracks; construction joints; selection; impermeability
中圖分類號：TU74 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）04-0020-02
工程概況
河北省邯鄲市永年縣污水處理廠工程，日處理城市污水3萬噸，做為永年縣環保局的重要建設項目，對治理永年縣的水環境污染，改善區域性生態環境將發揮著重要的作用。該廠區建設重點工程為生化一體池1座，采用現澆鋼筋混凝土結構，不設變形縫。內壁尺寸長110米，寬50米，高4.6米，池壁厚度450mm。由于這類結構截面尺寸大，溫度變化和收縮變形產生的變形應力大，易出現有害裂縫，有害裂縫的產生不但會影響結構的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕、降低混凝土的耐久性和抗滲能力，直接影響水池的適用性和耐久性，因此對結構裂縫的預防施工技術成為超長池體結構施工中保證工程質量的關鍵所在。
裂縫原因分析
2.1 水池鋼筋間距偏大。
2.2 混凝土標號較高，早期強度增長過快，水泥用量較大，水化熱較高。
2.3 混凝土粗骨料粒徑較小，骨料級配中粉狀物含量較大。
2.4 外加劑穩定性及與混凝土原材料拌合后的反應。
2.5 砂、石含泥量較大。
2.6 混凝土養護不及時，不均勻，養護工作不到位。
3、水池裂縫預防措施
3.1選材方面措施
采用降低水泥用量的方法，來降低混凝土的絕對溫升值，使混凝土澆筑后的內外溫差和降溫速度降低，也可降低保溫養護的費用。優先采用水化熱低的礦渣硅酸鹽水泥，C30抗滲混凝土，水泥用量不超過380kg/m3。
所用的水泥已通過水化熱測定，水泥7d的水化熱不大于250kJ／kg，符合國家現行標準。采用5～40mm顆粒級配石子(含泥量小于1.5%)，采用中砂(含泥量小于2%)。摻合料主要是粉煤灰，摻加量為水泥用量的15％，降低水化熱約15％。
3.2水池基礎底板澆筑
由于水池基礎底板厚度大，如何降低水泥水化熱帶來的溫差及混凝土收縮作用，成為底板裂縫預防和控制的難題。查閱相關資料后，明確了大體積混凝土施工和大面積混凝土施工的特點及差異，分析了設置后澆帶對施工進度和工程質量帶來的影響。在該工程中，基礎底板澆筑，采用“分塊施工，跳倉澆筑”的施工方法，即底板分為12個施工塊（段），每塊（段）基礎底板澆注尺寸設為：長30米，寬20米，塊體澆筑時間間隔控制在7—10天，塊（段）間設置橡膠膨脹止水條，避免滲漏。“分塊施工，跳倉澆筑”的目的是在施工期間短距離釋放應力的辦法應付較大溫差，解決超長結構混凝土的有害裂縫，提高施工質量。
3.2具體施工方法
3.2.1混凝土澆筑時間間隔：
根據工地的勞動力安排和鋼筋綁扎、施工進度及天氣情況，底板澆筑時間間隔控制在7-10d。從8月21日第1次開始澆筑底板混凝土到最后一次澆筑結束是9月17日。詳見底板跳倉澆筑示意圖。
圖1 基礎底板跳倉澆筑示意圖
表1 底板跳倉混凝土澆筑時間表
底板分塊（段）之間采用普通施工縫處理方法，施工縫每側設密孔鐵絲網，防止混凝土流入另外一側。底板鋼筋按正常的地下室鋼筋綁扎方法施工，不作斷開處理，施工縫內設BW遇水膨脹止水條。安裝止水條時，施工縫周邊浮渣清掃干凈，在澆筑另一塊底板前用鋼釘將止水條釘設在施工縫中部，在混凝土澆筑前保持止水條的干燥，確保止水條正常作用，即在被混凝土包裹狀態下，遇水膨脹、封堵、阻隔地下水的浸入，達到抗滲漏的效果。
3.2.2混凝土澆筑溫度的監測
在混凝土養護過程中對底板混凝土內外溫差、環境溫度等進行監測，前15天每2小時測溫1次，以后每4小時1次。
12個底板分塊共設置55個測溫點，間距10米，預埋600mm長測溫管，用DN20鐵管制作，底部用鐵板封堵，埋入混凝土內550mm，低于底板頂標50mm。
3.3改進池壁鋼筋配筋方式
由于該生化一體池工程為地上式矩形無頂蓋水池，混凝土池壁除滿足結構應力外，還承受因水泥水化熱引起的溫度應力及控制裂縫的開展，這些豎向裂縫的產生，會降低結構的整體性和剛度。因此在水池結構設計中，池壁鋼筋采用細筋密布，間距50×50mm，在滿足承載力的前提下，水平方向的最小配筋率不小于0.25%。為預防在池壁頂部開裂，在頂部每側放置2根HRB335Φ16的水平鋼筋，池壁鋼筋網片拉筋，采用HPB235、Φ6鋼筋、“梅花形”布置，確保迎水面50mm的鋼保厚度。
3.4池壁豎向施工縫設置橡膠止水帶
在超長池體結構施工中，由于不能連續澆筑，在池壁豎向部位需留施工縫，根據設計計算和施工經驗，豎向施工縫間距15—20米。
通過在這些縫處中埋式橡膠止水帶的施工技術來預防和控制水池的滲漏問題。橡膠止水帶是具有高彈性和壓縮變形特點的彈性材料，隨結構不均勻沉降而展現出適當的延展性，不會因自然溫度差異產生較大的熱脹冷縮而導致材料裂縫出現，從而起到有效堅固密封，防滲漏作用。
在池壁豎向施工縫處采用免拆模板快易收口網，利用其在澆注混凝土后，接口處形成粗糙結合面，確保了新舊混凝土結合成牢固整體，極大提高了接縫質量和接縫處的抗滲漏性能。
3.5池壁水平施工縫留成企口縫并埋設鋼板止水帶
池壁結構尺寸較長，混凝土不能一次性澆筑完成，故需要留設水平施工縫。施工縫的位置留設在結構受剪力較小且便于施工的部位，對于水池池壁的水平施工縫，留在高出板面300mm處成企口形式，同時埋設鋼板止水帶，止水帶的一半在施工縫下層混凝土中，另一半澆筑在上層混凝土中。
止水帶采用300mm寬、3mm厚鍍鋅鋼板，充分利用鍍鋅鋼板的抗腐蝕、使用壽命長的優點。將施工縫處已澆筑的砼頂面鑿毛，壓力水沖去松散石子和軟弱的混凝土層，先鋪一層25mm厚同標號的水泥砂漿，再澆筑新混凝土。混凝土振搗密實，不得出現漏振、振搗不密實的情況發生，混凝土澆筑成型后立即用棉氈、塑料薄膜進行覆蓋嚴密養護。
施工縫成企口形式并增設鋼板止水帶的施工方法，主要是通過延長滲水路線解決水壓力作用下的滲水問題，極大提高了水池池壁的外觀質量和抗滲性能。
4、池壁管道預埋套管、穿墻螺栓等細部構造的技術措施
4.1預埋套管
由于生化一體池水池結構變形、管道伸縮量較大，穿墻管道采用套管式防水法。預埋套管在澆筑混凝土之前進行預埋，套管長度均為450mm，與池壁厚度相等。在預埋套管穿過混凝土池壁結構處，套管上滿焊100mm寬金屬止水環，安裝穿墻管道時，先將管道穿過預埋套管，臨時固定，然后一端以封口鋼板將套管及穿墻管焊牢，再從另一端將套管與穿墻管之間的縫隙以防水材料填滿后，再將封口鋼板封堵嚴密。
4.2穿墻螺栓處理
在池壁混凝土施工中的穿墻螺栓處，滲水機率較大，經過理論計算，決定增加75×75mm的止水片。根據混凝土的終凝時間和強度發展，池壁側模在混凝土澆搗3天以后拆除，以防止止水螺栓處混凝土的松動。采用微膨脹水泥漿分兩次修補穿墻螺栓洞，先將洞口清理干凈，再分兩次將洞補掉，第一次為洞深的2/3，間隔12小時后，再進行第二次修補，以防止砂漿出現收縮裂縫。
5、效果驗證
本工程水池混凝土施工，改變了通常的后澆帶做法，底板采用“分塊施工，跳倉澆筑”的施工方法，整個水池在竣工后沒有出現任何引起滲漏的有害裂縫。按照《給水排水管道工程施工及驗收規范》要求，經24小時蓄水試驗后，施工縫處并未出現滲漏現象，施工質量達到了預期效果。
6、結語
裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低水池的抗滲能力，影響水池的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕。本工程對超長池體結構的裂縫經認真研究、區別對待，采用合理的方法進行處理，取得了預期的效果，完全達到設計要求，保證了構筑物安全使用，且符合環保要求，可大力推廣。
參考文獻：
[1] 國家標準：《給水排水工程構筑物結構設計規范》 ( GB50069—2002)
[2] 協會標準：《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規范》(CECS 138 :2002)
[3] 國家標準：《混凝土結構設計規范》(GB50010—2010)
【關鍵詞】鋼筋混凝水池；地下水位；荷載及荷載組合；伸縮縫；后澆帶
隨著我國經濟建設的快速發展和綜合國力的增強，尤其是石油化工行業的不斷發展擴大，人們的生活、工業生產和環境保護的需要，水池類構筑物工程的建設逐年增多。
鋼筋混凝水池是工業與民用建筑中一種常見的構筑物，被廣范應用于工業與民用建筑的給水、污水、消防工程中。鋼筋混凝土矩形水池作為特種結構，被廣范應用于工業與民用建筑的給水、消防、排污工程中。鋼筋混凝土矩形水池（以下簡稱水池）池體結構一般由池壁、底板和頂蓋（是否封閉加蓋由工藝需要決定）所組成。水池按有無頂蓋，可分為無頂蓋的開敞式池、有頂蓋的封閉式池和帶走道板的半封閉池；按安置方式，可分為地上式、半地上式、地下式。本文就結構專業的角度對水池設計所涉及的一些新問題，進行了簡要的論述。
一、設計地下水位的合理確定
水池的設計和地下水位的標高密切相關。由于地下水位未掌握好而引起結構選型錯誤及抗浮不夠等工程事故時有發生。根據現行國家設計規范，地下水位應根據地方水文資料，考慮可能出現的最高地下水位。一般設計均取用水文資料的最高地下水位。尤其值得注意的是，有些工程地質勘察報告所提供的地下水位未能從地方水文資料分析得出，而僅反映勘測期間的地下水位情況。假如詳勘在當地枯水期進行，所提供的地下水位標高將無法被設計取用，或導致結構計算的失誤。所以設計人員應具體了解當地的水文情況，對未滿足設計要求的地質勘察報告要求予以補充。要求考慮當地有無暴雨、臺風的影響，是否會出現由于地表水不能及時排除而引起地下水位提高。結構設計人員應結合對地下水位和地質情況的了解，和水工藝設計人員一起決定水池的基底標高，綜合工藝流程要求、土建造價、運營成本、投產年限等諸多因素，制定出設計方案。
二、荷載及荷載組合
1.各種荷載。
水壓。這里指池內水壓，是水池的主要荷載之一。水壓力應按設計水位的靜水壓力計算，但現在一般將水池按滿水來計算水壓力。這是因為：一方面很可能存在誤操作而造成滿池時可保證結構的安全；另一方面今后工藝上有可能挖掘潛力而超過原設計水位。
土壓力。池外有填土的水池，土對池壁的側壓力通常用朗肯理論計算土的主動壓力。但土的側壓力變化因素很多，如回填土的密實度、粘結力、內摩擦角等。實踐證明，用朗肯理論計算主動土壓力偏于安全。土的各參數可按巖土勘察報告所提供的實際數值取用。但在初步設計或缺乏資料時，土的內摩擦角可取30，土的重度可取18。當地面無堆載時，地面活荷載可按1.5～2.0kN/m2考慮。
地下水壓力。地下水壓對水池底板的托浮力是威脅水池底板安全的一種主要荷載，設計時應予以重視。為了抵消地下水對底板的影響，在用無梁板作為底板時，其最經濟有效的辦法是以池底浮土來平衡，而采用增加結構自重的方法是不經濟的。當地下水位低于池底而不考慮地下水壓時，需采取措施排除地表滯水。
溫、濕度荷載。由于混凝土硬化過程中產生的水化熱、工藝要求以及季節變化等，造成池壁產生膨脹和收縮。當變形受到約束時，在池體中產生相應的溫度或濕度應力。溫度應力和濕度應力是導致混凝土池壁產生裂縫的主要原因，對于冬夏季或早晚溫、濕差大的地區，溫、濕度荷載計算是不可忽略的。由于環境的影響，造成結構物產生溫度或濕度的變化，從而引起結構物體積變化，當這種體積變化受到約束時，就會產生應力。通常將溫度差及濕度差稱之為溫、濕度荷載。
2.荷載組合
水池設計中通常考慮以下3種荷載組合：
①池內水壓+ 自重（對應工況為：池內有水，池外無土）。這是水池結構設計的基本組合。
②池外土壓+ 自重（對應工況為：池內無水，池外有土）。這是指池外有覆土的水池，當有地下水時還應包括地下水壓，這種組合是水池荷載的基本組合之一，當水池建成后運營前以及水池放空期間均屬此種荷載組合情況。
③池內水壓+ 自重+ 冬季溫差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當壁面冬季溫差的絕對值大于夏季壁面濕差（化為等效溫差）的絕對值時，這種情況是最不利的組合。
④池內水壓+ 自重+ 濕差。綜合溫差、濕差和水壓的共同作用，當夏季壁面濕差（化為等效溫差） 的絕對值大于冬季壁面溫差的絕對值時，這種情況是最不利的組合。
根據上述幾種情況可知：第①組合為地上式水池的必需組合，第①、②組合是半地上式水池和地下式水池的必需組合，第③、④組合用于冬夏季或早晚溫、濕差大的地區，并且沒采區任何保溫措施的水池。
三、水池內力計算中值得注意的問題
水池的內力計算主要包括池壁內力計算和底板內力計算。不同邊界條件和地基反力模型的選取，對水池的內力計算結果有很大的影響，下面分別談一談池壁和底板內力計算的方法及其中應注意的問題。
1. 池壁的邊界條件假定和內力計算
1.1 池壁的邊界條件假定及應用：
①開敞式水池池壁的邊界條件可假定為三邊固接、頂邊自由的板。
②有頂蓋的封閉式水池池壁，視其與頂板的連接情況，池壁的邊界條件可假定為三邊固接、頂邊鉸接（或彈性支承）的板。當池壁與頂板整體連接，且池壁線剛度為頂板線剛度的5倍以上時，可假設池壁頂端為鉸接，否則為彈性支承。
2 底板內力計算
2.1 地基反力的分布規律及底板內力計算的常用方法
在地基反力作用下，池底可視為簡支于池壁上，池壁間距對池底反力分布有影響，當池壁間距小至使兩鄰池壁剛性角重疊時，變形與反力比較均勻，不計彎矩。當池壁間距增大，變形與反力的不均勻分布愈加顯著，甚至可能出現跨中反向撓曲引起與地基脫開現象，反力向池壁下集中，前者可以按地基反力為線性分布進行計算，而后者彎矩的變化已不可忽視。
實際工程中，常采用靜力平衡法或考慮池底與地基相互作用的內力分析方法來計算水池底板內力。當使用靜力平衡法計算時，假定地基反力按線性分布，只要求滿足靜力平衡條件，忽略變形協調條件，所以計算結果是相當近似的，此法適用于計算池型小、容積小的小型水池，是一種適宜手工計算的簡便方法。當使用考慮池底與地基相互作用的內力分析方法時，地基反力模型一般采用Winkler彈性地基模型 （Winkler彈性地基模型假設，地基表面某點的沉降與其他點的壓力無關，把地基土體劃分成許多豎直的土柱，每條土柱可用一根獨立的彈簧來代替，如果在 這種彈簧體系上施加荷載，則每根彈簧所受的壓力與該彈簧的變形成正比），這種模型主要是以模擬天然地基土在荷載作用下實際應力一應變關系從而比較準確地解決變形協調關系，得到接近于實際的反力分布和變形規律，但在求解過程中采用了數學解析法和數值計算法，計算繁瑣，必需借助計算機進行數值計算。近年來，一些專家借助于計算機分析，給出了適合手算的Winkler彈性地基上矩形水池的計算用表，為設計人員用此法進行手工計算帶來了方便。
四、結語
本文分別從地下水位的合理確定、荷載及荷載組合、內力計算中值得注意的問題、伸縮縫和后澆帶的設置四個方面，談了水池結構設計時應該注意的細節問題。綜上所述，只有選取合理的結構方案，假定邊界條件時應盡量與實際情況相符合，應用正確的結構計算簡圖和計算公式，并結合水池這種特種結構的構造特點，才能把鋼筋混凝土矩形水池設計得更加可靠和經濟
參考文獻：
[1]《給水排水工程構筑物結構設計規范》 GB50069-2002 中國建筑工業出版社 2002.
[2]《給水排水工程混凝土構筑物變形縫設計規程》 CECS117：2000 中國工程建設標準化協會標準 北京 2000.
[3]《補償收縮混凝土應用技術規程》 JGJ/T178-2009 中國建筑工業出版社 2009.
[4]《混凝土外加劑應用技術規范》 GB50119-2003 中國建筑工業出版社 2003.
【關鍵詞】定向鉆穿越和頂管隧道穿越
一、工程概況：
按照武漢市政府對全市供水建設提出的“水廠布局大調整、制水工藝大提升、供水管道大改造”的總體要求，將蔡甸區供水納入全市供水戰略調整保障范疇。為解決蔡甸區供水安全問題，將建設漢口地區向蔡甸地區供水的管道，實現漢口供水系統向蔡甸區供水。
本工程為整個項目的過漢江段。主要內容為：兩條DN800鋼管自漢江北側翻堤入襄河堤內江灘，由北側江灘穿越漢江后進入南側江灘，最終翻越南側襄河堤進入蔡甸區，單根管道長約1200米，管道壁厚14mm。
二、管道過江方案比較及設計：
根據《給水排水工程管道結構設計規范》（GB50332-2002）3.3.4條款，確定本穿越工程等級為大型，設計洪水頻率為1%。
管道通過河流方式根據不同的地質條件和自然地理條件，通常有跨越和穿越兩種方式。采用跨越方式，雖有后期維護方便的優點，但存在施工難度大、投資高、工期長和管線易受人為破壞等缺點。本工程地層分布較穩定，兩岸場地平坦、開闊，交通方便，適宜采用穿越方式，故本工程不推薦跨越方式。
穿越方式通常有定向鉆穿越、開挖穿越、頂管法穿越、盾構法隧道穿越。對于開挖穿越，可采用主河道帶水開挖的方式進行，兩岸大堤采用開挖方式通過，技術上可行的。因漢江屬通航河道，航運較繁忙，且兩岸均建有防洪大堤，開挖施工對航運影響較大，同時開挖大堤不利于防洪，環境破壞大，故本設計不予推薦。
本工程地質情況較適宜定向鉆穿越，且穿越長度約700m能夠一次穿越河床。穿越兩岸地形開闊、平坦，有定向鉆施工和回拖場地，定向鉆穿越方案可行。同時，本工程穿越處地層也適宜頂管法和盾構法隧道穿越，但盾構法隧道穿越與定向鉆和頂管穿越方式相比施工工藝復雜、造價高、施工周期長，故不推薦盾構法穿越。
綜上分析，本工程僅對定向鉆穿越和頂管隧道穿越兩種方案進行方案比選。
1、頂管隧道、穿越方案：
根據本工程防洪評價報告同時考慮采砂的影響，確定混凝土管管頂高程為0.00m，故頂進混凝土管管頂最小埋深取21.17m，頂管隧道擬在粉質黏土和細砂層中進行穿越。
牽引管工程投資2800萬元，頂管工程投資3100萬元。
兩種施工方案相對比，牽引管施工投資相對較省，通過多次現場踏勘，現場條件基本滿足牽引管施工對場地的要求。
頂管方案由于穿越漢江距離較長，需要設置中繼節等設施，施工工程量和投資相對較大，此外，頂管方案兩段的管道連接部位深度較大，后續運行管理維護相對較復雜。
通過上述比較可以看出，定向鉆穿越方案在管道運營安全、環境保護、技術可行性、對河道的影響、工程造價等方面都占有明顯優勢，故本工程推薦采用定向鉆穿越方案。
2、定向鉆穿越方案設計
（1）入、出土點選擇
穿越位置南北兩岸堤內外均為旱地，場地地形平坦開闊。南岸相對北岸空曠且滿足管道組焊及整體回拖場地要求，故選擇南岸為入土點，北岸為出土點。
（2）穿越地層選擇
根據穿越規范，定向鉆穿越管頂埋深應大于設計沖刷線以下1.0m，本工程防洪評價報告提供的主河槽百年一遇沖止高程為5.7m，故主河槽穿越管道管頂標高應低于-1.0m。綜合考慮以上因素及入出土角、曲率半徑等要求，選擇穿越管道管頂標高為-2.0m，位于主河槽設計沖刷線下8.0m，管道主要從④細砂層中通過。
（3）穿越曲線設計
穿越設計曲線的入、出土點位置與角度選擇首先考慮大堤的安全，其次是考慮盡量減少定向鉆穿越長度。為保證定向鉆施工中兩岸大堤安全，管道穿越大堤時必須保證一定的覆土厚度。
入土點選擇在距北岸大堤外側堤腳120m 處，出土角為10°，出土點選擇在距南岸大堤外側堤腳120m 處，入土角為10°。穿越管段的曲率半徑為1500D（D 為穿越管段外徑），定向鉆水平穿越長度為700m。
（4）穿越段鋼管壁厚確定
根據穿江管道建設環境，管道腐蝕速率按0.05mm/a計，則管道運行50年所需腐蝕量為2.5mm，另考慮1.5mm腐蝕余量，則管道按腐蝕因素考慮厚度為4.0mm。管道運行過程最大工作內壓約0.7MPa，按照管道抗內壓強度計算，壁厚為10mm，則穿江管道設計壁厚為14mm故穿江段管道擬采用D820x14mm加厚鋼管。
（5）防腐
鋼管的內防腐主要有水泥砂漿內防腐層及液體環氧涂料內防腐層兩種。外防腐主要有石油瀝青涂料外防腐層、環氧煤瀝青涂料外防腐層、環氧樹脂玻璃鋼外防腐層及3PE防腐層等。
a.內防腐措施比選
鋼管口徑大于等于500mm時，一般采用水泥砂漿內防腐層；鋼管口徑小于500mm時，一般采用液體環氧涂料內防腐層。本工程輸水管道口徑較大，適合采用水泥砂漿內防腐層。但由于穿江段管道采用牽引管施工措施，管道焊接長度較長，實施過程對管道擾動及彎曲影響大，易造成水泥砂漿內防腐層的脫落，故本工程漢口段鋼管采用水泥砂漿內防腐層，穿江段鋼管采用液體環氧涂料內防腐層。
b.外防腐措施
本工程漢口段鋼管采用開槽施工方案實施，建議采用環氧煤瀝青涂料加強級外防腐層（四油一布）。3PE外防腐層具有耐腐蝕性能好，外壁阻力小的特點，在天然氣和石油管道工程，尤其是非開挖施工管段中應用較為廣泛。
本工程穿江段鋼管采用非開挖定向鉆牽引管方案實施，建設條件與天然氣、石油管道施工條件相似，故暫推薦采用3PE外防腐層。
（6）鋼管陰極保護措施
鋼管陰極防護選擇陰極保護電流密度為i=0.60Ma/m2。犧牲陽極采用MGAZ1型鎂合金陽極，陽極重量14Kg，壽命30年，本工程輸水管道設計使用壽命不低于50年，故管道設計使用年限內需考慮更換一次陰極保護措施。
本工程過江管道受現狀實際條件限制，工程施工難度大，采用的定向鉆穿越方案在管道運營安全、環境保護、技術可行性、對河道的影響、工程造價等方面都占有明顯優勢，對管道過江（河）方案有較大的工程實例借鑒意義。
參考文獻：
[1]《給水排水工程頂管技術規程》 CECS 246：2008；
項目名稱
構件編號
日
期
設
計
校
對
審
核
執行規范:
《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2010), 本文簡稱《混凝土規范》
《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007-2011), 本文簡稱《地基規范》
《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2012), 本文簡稱《荷載規范》
《給水排水工程構筑物結構設計規范》(GB 50069-2002), 本文簡稱《給排水結構規范》
《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》(CECS 138-2002), 本文簡稱《水池結構規程》
鋼筋：d - HPB300; D - HRB335; E - HRB400; F - RRB400; G - HRB500; P - HRBF335; Q - HRBF400; R - HRBF500
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1 基本資料
1.1 幾何信息
水池類型: 無頂蓋 半地上
長度L=11.127m, 寬度B=23.727m, 高度H=2.289m, 底板底標高=-1.450m
池底厚h3=250mm, 池壁厚t1=200mm,底板外挑長度t2=400mm
注：地面標高為±0.000。
(平面圖) (剖面圖)
1.2 土水信息
土天然重度18.00 kN/m3 , 土飽和重度20.00kN/m3, 土內摩擦角30度
地基承載力特征值fak=100.0kPa, 寬度修正系數ηb=0.00, 埋深修正系數ηd=1.00
地下水位標高-0.500m,池內水深1.200m, 池內水重度10.00kN/m3,
浮托力折減系數1.00, 抗浮安全系數Kf=1.05
1.3 荷載信息
活荷載: 地面10.00kN/m2, 組合值系數0.90
恒荷載分項系數: 水池自重1.20, 其它1.27
活荷載分項系數: 地下水壓1.27, 其它1.27
活載調整系數: 其它1.00
活荷載準永久值系數: 頂板0.40, 地面0.40, 地下水1.00, 溫濕度1.00
考慮溫濕度作用: 池內外溫差10.0度, 內力折減系數0.65, 砼線膨脹系數1.00(10-5/°C)
1.4 鋼筋砼信息
混凝土: 等級C30, 重度25.00kN/m3, 泊松比0.20
縱筋保護層厚度(mm): 池壁(內35,外35), 底板(上35,下35)
鋼筋級別: HRB400, 裂縫寬度限值: 0.20mm, 配筋調整系數: 1.00
構造配筋采用 混凝土規范GB50010-2010
2 計算內容
(1) 地基承載力驗算
(2) 抗浮驗算
(3) 荷載計算
(4) 內力(考慮溫度作用)計算
(5) 配筋計算
(6) 裂縫驗算
(7) 混凝土工程量計算
3 計算過程及結果
單位說明: 彎矩:kN.m/m 鋼筋面積:mm2 裂縫寬度:mm
計算說明：雙向板計算按查表
恒荷載:水池結構自重,土的豎向及側向壓力,內部盛水壓力.
活荷載:頂板活荷載,地面活荷載,地下水壓力,溫濕度變化作用.
裂縫寬度計算按長期效應的準永久組合.
3.1 地基承載力驗算
3.1.1 基底壓力計算
(1)水池自重Gc計算
池壁自重G2=702.44kN
底板自重G3=1828.27kN
水池結構自重Gc=G2+G3=2530.71 kN
(2)池內水重Gw計算
池內水重Gw=3002.62 kN
(3)覆土重量計算
池頂覆土重量Gt1= 0 kN
池頂地下水重量Gs1= 0 kN
底板外挑覆土重量Gt2= 456.36 kN
底板外挑地下水重量Gs2= 199.66 kN
基底以上的覆蓋土總重量Gt = Gt1 + Gt2 = 456.36 kN
基底以上的地下水總重量Gs = Gs1 + Gs2 = 199.66 kN
(4)活荷載作用Gh
地面活荷載作用力Gh2= 285.23 kN
活荷載作用力總和Gh=Gh2=285.23 kN
(5)基底壓力Pk
基底面積: A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=11.927×24.527 = 292.52 m2
基底壓強: Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A
=(2530.71+3002.62+456.36+199.66+285.23)/292.523= 22.13 kN/m2
3.1.2 修正地基承載力
(1)計算基礎底面以上土的加權平均重度rm
rm=[0.950×(20.00-10)+0.500×18.00]/1.450
= 12.76 kN/m3
(2)計算基礎底面以下土的重度r
考慮地下水作用，取浮重度，r=20.00-10=10.00kN/m3
(3)根據《地基規范》的要求，修正地基承載力:
fa = fak + ηb γ(b - 3) + ηdγm(d - 0.5)
= 100.00+0.00×10.00×(6.000-3)+1.00×12.76×(1.450-0.5)
= 112.12 kPa
3.1.3 結論: Pk=22.13 < fa=112.12 kPa, 地基承載力滿足要求。
3.2 抗浮驗算
抗浮力Gk=Gc+Gt+Gs=2530.71+456.36+199.66= 3186.73 kN
浮力F=(11.127+2×0.400)×(23.727+2×0.400)×0.950×10.0×1.00
=2778.97 kN
Gk/F=3186.73/2778.97=1.15 > Kf=1.05, 抗浮滿足要求。
3.3 荷載計算
3.3.1 池壁荷載計算:
(1)池外荷載:
主動土壓力系數Ka= 0.33
側向土壓力荷載組合(kN/m2):
部位(標高)
土壓力標準值
水壓力標準值
活載標準值
基本組合
準永久組合
池壁頂端(0.839)
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
地面(0.000)
0.00
0.00
3.33
3.81
1.33
地下水位處(-0.500)
3.00
0.00
3.33
7.62
4.33
底板頂面(-1.200)
5.33
7.00
3.33
19.47
13.67
(2)池內底部水壓力: 標準值= 12.00 kN/m2, 基本組合設計值= 15.24 kN/m2
3.3.2 底板荷載計算(池內無水，池外填土):
水池結構自重標準值Gc= 2530.71kN
基礎底面以上土重標準值Gt= 456.36kN
基礎底面以上水重標準值Gs= 199.66kN
基礎底面以上活載標準值Gh= 285.23kN
水池底板以上全部豎向壓力基本組合:
Qb = (2530.71×1.20+456.36×1.27+199.66×1.27+285.23×1.27×0.90×1.00)/292.523
= 14.34kN/m2
水池底板以上全部豎向壓力準永久組合:
Qbe = (2530.71+456.36+199.66×1.00+10.00×28.523×0.40)/292.523
= 11.28kN/m2
板底均布凈反力基本組合:
Q = 14.34-0.250×25.00×1.20
= 6.84 kN/m2
板底均布凈反力準永久組合:
Qe = 11.28-0.250×25.00
= 5.03 kN/m2
3.4 內力,配筋及裂縫計算
彎矩正負號規則:
池壁:內側受拉為正,外側受拉為負
底板:上側受拉為正,下側受拉為負
荷載組合方式:
1.池外土壓力作用(池內無水，池外填土)
2.池內水壓力作用(池內有水，池外無土)
3.池壁溫濕度作用(池內外溫差=池內溫度-池外溫度)
(1)L側池壁內力:
計算跨度: Lx= 10.927 m, Ly= 2.039 m , 三邊固定,頂邊自由
池壁類型: 淺池壁,其它荷載作用下,按豎向單向板計算
溫濕度應力按雙向板計算
池外土壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m): 基本組合:-8.42, 準永久組合:-5.91
池內水壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m): 基本組合:6.59, 準永久組合:5.19
基本組合作用彎矩表(kN.m/m)
部位
池外土壓力
池內水壓力
溫濕度作用
基本組合
內側-水平跨中
0.00
-
-
0.00
水平邊緣
-
6.59
-
2.28
豎直跨中
0.00
-
-
-3.22
豎直上邊緣
-
-0.00
-
0.00
豎直下邊緣
-
10.56
-
3.66
外側-水平跨中
-
-0.00
-8.60
-8.60
水平邊緣
-8.42
-
-7.86
-12.55
豎直跨中
-
-0.00
-3.22
-3.90
豎直上邊緣
0.00
-
-0.00
-0.00
豎直下邊緣
-13.49
-
-4.91
-11.41
準永久組合作用彎矩表(kN.m/m)
部位
池外土壓力
池內水壓力
溫濕度作用
準永久組合
內側-水平跨中
0.00
-
-
0.00
水平邊緣
-
5.19
-
1.80
豎直跨中
0.00
-
-
-2.82
豎直上邊緣
-
-0.00
-
0.00
豎直下邊緣
-
8.31
-
2.88
外側-水平跨中
-
-0.00
-7.53
-7.53
水平邊緣
-5.91
-
-6.88
-9.54
豎直跨中
-
-0.00
-2.82
-3.06
豎直上邊緣
0.00
-
-0.00
-0.00
豎直下邊緣
-9.47
-
-4.30
-8.22
(2)B側池壁內力:
計算跨度: Lx= 23.527 m, Ly= 2.039 m , 三邊固定,頂邊自由
池壁類型: 淺池壁,其它荷載作用下,按豎向單向板計算
溫濕度應力按雙向板計算
池外土壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m): 基本組合:-8.42, 準永久組合:-5.91
池內水壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m): 基本組合:6.59, 準永久組合:5.19
基本組合作用彎矩表(kN.m/m)
部位
池外土壓力
池內水壓力
溫濕度作用
基本組合
內側-水平跨中
0.00
-
-
0.00
水平邊緣
-
6.59
-
2.28
豎直跨中
0.00
-
-
-3.22
豎直上邊緣
-
-0.00
-
0.00
豎直下邊緣
-
10.56
-
3.66
外側-水平跨中
-
-0.00
-8.60
-8.60
水平邊緣
-8.42
-
-7.86
-12.55
豎直跨中
-
-0.00
-3.22
-3.90
豎直上邊緣
0.00
-
-0.00
-0.00
豎直下邊緣
-13.49
-
-4.91
-11.41
準永久組合作用彎矩表(kN.m/m)
部位
池外土壓力
池內水壓力
溫濕度作用
準永久組合
內側-水平跨中
0.00
-
-
0.00
水平邊緣
-
5.19
-
1.80
豎直跨中
0.00
-
-
-2.82
豎直上邊緣
-
-0.00
-
0.00
豎直下邊緣
-
8.31
-
2.88
外側-水平跨中
-
-0.00
-7.53
-7.53
水平邊緣
-5.91
-
-6.88
-9.54
豎直跨中
-
-0.00
-2.82
-3.06
豎直上邊緣
0.00
-
-0.00
-0.00
豎直下邊緣
-9.47
-
-4.30
-8.22
(3)底板內力:
計算跨度:Lx= 10.927m, Ly= 23.527m , 四邊固定
按單向板計算.
1.池外填土,池內無水時,荷載組合作用彎矩表(kN.m/m)
部位
基本組合
準永久組合
上側-L向跨中
0.00
0.00
B向跨中
33.26
24.47
下側-L向邊緣
-45.42
-33.41
B向邊緣
-66.53
-48.93
(4)配筋及裂縫:
配筋計算方法:按單筋受彎構件計算板受拉鋼筋.
裂縫計算根據《給排水結構規范》附錄A公式計算.
按基本組合彎矩計算配筋,按準永久組合彎矩計算裂縫,結果如下:
①L側池壁配筋及裂縫表(彎矩:kN.m/m, 面積:mm2/m, 裂縫:mm)
部位
彎矩
計算面積
實配鋼筋
實配面積
裂縫寬度
內側-水平跨中
0.00
400
E12@150
754
0.00
水平邊緣
2.28
400
E12@150
754
0.01
豎直跨中
-3.22
400
E12@150
754
0.02
豎直上邊緣
0.00
400
E12@150
754
0.00
豎直下邊緣
3.66
400
E12@150
754
0.02
外側-水平跨中
-8.60
400
E12@150
754
0.04
水平邊緣
-12.55
400
E12@150
754
0.05
豎直跨中
-3.90
400
E12@150
754
0.02
豎直上邊緣
-0.00
400
E12@150
754
0.00
豎直下邊緣
-11.41
400
E12@150
754
0.04
②B側池壁配筋及裂縫表(彎矩:kN.m/m, 面積:mm2/m, 裂縫:mm)
部位
彎矩
計算面積
實配鋼筋
實配面積
裂縫寬度
內側-水平跨中
0.00
400
E12@150
754
0.00
水平邊緣
2.28
400
E12@150
754
0.01
豎直跨中
-3.22
400
E12@150
754
0.02
豎直上邊緣
0.00
400
E12@150
754
0.00
豎直下邊緣
3.66
400
E12@150
754
0.02
外側-水平跨中
-8.60
400
E12@150
754
0.04
水平邊緣
-12.55
400
E12@150
754
0.05
豎直跨中
-3.90
400
E12@150
754
0.02
豎直上邊緣
-0.00
400
E12@150
754
0.00
豎直下邊緣
-11.41
400
E12@150
754
0.04
③底板配筋及裂縫表(彎矩:kN.m/m, 面積:mm2/m, 裂縫:mm)
部位
彎矩
計算面積
實配鋼筋
實配面積
裂縫寬度
上側-L向跨中
0.00
500
E12@150
754
0.00
B向跨中
33.26
500
E12@150
754
0.12
L向邊緣
0.00
500
E12@150
754
0.00
B向邊緣
0.00
500
E12@150
754
0.00
下側-L向跨中
0.00
500
E12@150
754
0.00
B向跨中
0.00
500
E12@150
754
0.00
L向邊緣
-45.42
624
E12@150
754
0.17
B向邊緣
-66.53
932
E14@150
1026
0.19
裂縫驗算均滿足.
3.5 混凝土工程量計算:
(1)池壁: [(L-t1)+(B-t1)]×2×t1×h2
= [(11.127-0.200)+(23.727-0.200)]×2×0.200×2.039 = 28.10 m3
(2)底板: (L+2×t2)×(B+2×t2)×h3
= (11.127+2×0.400)×(23.727+2×0.400)×0.250 = 73.13 m3
(3)池外表面積: (L+2×t2)×(B+2×t2)×2+(2×B+2×L)×(H-h3)-(L-2×t1)×(b-2×t1)+(2×B+2×L+8×t2)×h3
= (11.127+2×0.400)×(23.727+2×0.400)×2+(2×23.727+2×11.127)×(2.289-0.250)-(11.127-2×0.200)×(23.727-2×0.200)+(2×23.727+2×11.127+8×0.400)×0.250
= 495.17 m2
(3)池內表面積: (L-2×t1)×(B-2×t1)×2+(L+B-4×t1)×2×(H-h3)
= (11.127-2×0.200)×(23.727-2×0.200)×2+(11.127+23.727-4×0.200)×2×(2.289-0.250)
= 639.29 m2
(4)水池混凝土總方量 = 28.10+73.13 = 101.23 m3
-----------------------------------------------------------------------
