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【摘 要】 本文从结构专业的角度谈谈钢筋混凝土水池设计所涉及的一些问题：结构类型的合理确定、地下水位的合理确定、材料、最大裂缝宽度的验算、伸缩缝和施工缝（后浇带）。
【关键词】 水池;结构类型;地下水位;材料;裂缝宽度;伸缩缝;施工缝（后浇带）
工业建筑的设计中会经常遇到给水排水工程钢筋混凝土水池，而且，随着我国城市产业功能不断强化，城镇公共服务和居住功能逐渐增强，城市基础设施一体化建设逐步推进，水池类构筑物工程的建设正在增多。其实，水池的结构计算理论还是比较繁琐的，初学者可能会翻阅很多资料找头绪，有时即便比葫芦画瓢把水池计算、设计完了，还有很多概念不清晰。本人也是经历了这样一个过程，下面本人从结构专业的角度谈谈钢筋混凝土水池设计所涉及的一些问题。
一、结构类型的合理确定
水池按结构类型分：敞口水池，有盖水池，无梁板式水池，多格水池，双层水池，带斗底水池，装配式水池。水池采用哪种结构类型合理呢？在水池设计过程中，水池的平面，立面尺寸大小，会由工艺专业或水道专业给建筑结构专业提资，同时他们会提供水池的一些开洞条件和穿管条件。结构专业设计人员简化计算的时候，一般可以不考虑开小洞（直径或边长≤1000mm洞口）的情况，但在结构模板图上要把预埋套管和开洞情况表达清楚。而且，结构专业设计人员要了解工艺专业或水道专业设计要求，以便确定合理的结构类型。例如敞口水池和有盖水池（顶盖跨度较大时可设池内支柱）的结构计算简图不同，经过初步计算，在相同设计条件下，敞口水池比有盖水池所耗用的钢筋混凝土量多，工程造价高，那么建议工艺专业或水道专业采用有盖水池的合理类型，这样做的前提条件是必须满足工艺专业或水道专业的要求。又例如顶盖跨度较大，池内设支柱的有盖水池，常用的结构形式是无梁板式水池，这类结构一般采用等间距柱网，柱距4m左右，支柱一般采用有帽顶板柱帽，国家建筑标准设计图集《矩形钢筋混凝土蓄水池》（05S804）中，带支柱水池的支柱采用的就是无梁楼板柱帽。无梁楼板上不适宜任意开直径或边长>1000mm的洞口，但是若工艺专业或水道专业必须要求在水池的顶盖上开这么大的洞口，为满足工艺专业或水道专业的要求，采用无梁板式水池是不合理的，在这种情况下，采用梁板式顶盖的水池较合理，在顶盖的孔洞边加设边梁，以用来承担洞口边荷载。又如，现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角及顶、底板的交接处，宜设置腋角，腋角构造要求一般规定不宜小于150mm，腋角内配置斜筋的直径与池壁受力筋相同，间距宜为池壁受力筋间距的两倍。但是当水池较深时，池壁按挡水（土）墙设计，池壁和底板的交接处腋角（挡土墙时此部位叫墙踵）按结构计算要求尺寸较大，而水道专业不允许加大腋角尺寸，结构专业设计人员可采取在池壁外侧设置垂直向扶壁，若有必要，还可增加水平向肋梁等措施，来保证结构的安全可靠，前提是尽量满足水道专业的工艺要求。总之，结构专业设计人员，不仅应熟悉本专业相关规范，应正确理解规范的含义及意图，而且应与工艺专业或水道专业等上游专业加强沟通，紧密联系，使水池的结构类型更安全可靠、合理经济。
二、地下水位的合理确定
水池的设计与地下水位的标高密切相关。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误以及抗浮不够等工程问题时有发生。值得注意的是，有些工程地质勘察报告所提供的地下水位未能从地方水文资料分析得出，而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，所提供的地下水位高程将无法被设计取用，或导致结构计算的失误。工程地质勘察报告一般要提供几个水位，其中2个对设计来说是必要的水位，一个是历年来地下水的最高水位，一般设计地下构件如地下水池，要使用这个水位，来计算池壁外侧受到的水压力。另外一个是抗浮水位，抗浮水位顾名思义是地下水的浮力对建筑物较大，而地上层数少的竖向荷载小的低矮建筑物，为了防止建筑物施工完成后活荷载未施加时，在水浮力的作用下，“漂浮起来”的设计水位。当水池承受地下水时（含上层滯水）浮力时，应进行抗浮稳定验算。这时设计人员应要求勘察单位提供明确的抗浮水位。抗浮水位一般要比历年来地下水的最高水位低一些，有时则会低很多，一般的勘察报告，对抗浮水位不明确提出，大部分情况都是让设计人员照搬历年来地下水的最高水位。可想而知，抗浮水位提的越高，结构设计就要采取加大压重或者多设置抗拔桩等方法，来“压住”这高水头产生的浮力，这必然增加工程量，加大投资。所以设计人员要根据工程经验，具体分析勘察报告中可能不合理的水位，及时同勘察单位沟通，互相协商配合，最终要求勘察单位提供真实、科学、合理的抗浮水位数据，作为设计的正确依据。
三、材料
1、水池混凝土强度等级
水池受力构件的混凝土强度筹级不应低于C25;垫层混凝土不应低于C10。预应力水池的混凝土强度等级不应低于C30。当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不应低于C40。
2、水池混凝土抗渗等级
水池混凝土的密实牲应满足抗渗要求，不作其他抗渗处理。混凝土的抗渗等级，根据最大作用水头与混凝土厚度的比值确定，见下表：
最大作用水头与混凝土厚度的比值 抗渗等级
<10 S4
10—30 S6
>30 S8
注：抗渗等级Si的定义系指龄期为28d的混凝土试件，施加Ix0.1MPA水压后满足不渗水指标。
一般情况下采用S6即可满足工程要求。
3、水池混凝土抗冻等级
当水池外露时，混凝土应具有良好的抗冻性能，抗冻等级按下表采用：
地区大气温度 抗冻等级
最冷月平均气温在-3～-10℃的地区 F150
最冷月平均气温低于-10℃的地区 F200
注：抗冻等级Fi的定义系指龄期为28d的混凝土试件，在进行相应要求冻融循环总次数i次作用，其强度降低不大于25%，重量损失不超过5%。最冷月平均气温在《民用建筑热工设计规范》（GB50176-1993）中查取。 基本上除东北、西北和华北的大部分地区外，其他地区均不需要考虑混凝土抗冻要求。
四、最大裂缝宽度的验算
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138：2002）（以下简称《水池规程》）第5.3.4条，钢筋混凝土水池结构构件的最大裂缝宽度不应大于下列规定的限值ωmax：清水池、给水水质净化处理构筑物0.25mm;污水处理构筑物0.20mm。水池结构构件按承载能力极限状态进行强度计算，按计算结果选配出钢筋直径和间距，然后按正常使用极限状态验算，当水池结构构件处于受弯、大偏心受压或大偏心受拉时，取作用效应的准永久组合，验算最大裂缝宽度，控制裂缝宽度不能超限。对于控制裂缝宽度较严格、一般不出现裂缝的池壁，按最大裂缝宽度限值ωmax=0.20mm来取，很多种情况下池壁配筋直径和间距都不是以强度计算来控制，而是以裂缝超限来控制的。根据同时满足强度计算和最大裂缝宽度的设计条件，有时池壁配筋在底部的间距很密，池壁和底板的交接处腋角一般要配置斜筋，这样就导致池壁底端钢筋布置多，施工难度大，从而无法保证施工质量。所以，从抗裂角度讲，在保证施工可操作性、工程质量安全的前提下，尽可能采用小直径密间距的配筋，同时兼顾经济的原则，配筋直径和间距应适宜。
五、伸缩缝和施工缝（后浇带）
1、伸缩缝的设置要求
《水池规程》第7.1.3条，矩形钢筋混凝土水池的长度、宽度较大时，应设置适应温度变化的伸缩缝。伸缩缝的间距可按表7.1.3采用。理论上，影响伸缩缝的间距的因素很多，主要的有水泥品种和用量、水灰比、构件的体积或厚度、混凝土的入模温度及环境温度、工程地点的季节温差及湿差、模板种类及养护方式、钢筋品种及构件的含筋率、构件发生体积变化时所受的约束及构件允许的裂缝宽度等。这些因素中任何一个因素的变化均可对设缝的间距产生影响，因而根据具体情况对规范的规定值作适当的调整是完全合理的。《水池规程》第7.1.3条注2，当在混凝土中加掺合料或设置混凝土后浇带以减少收缩变形时，伸缩缝间距可根据经验确定，也是基于这样的考虑。
一般情况下，在伸缩缝的设缝处，结构的连续性可能受到一定程度的影响，甚至结构完全中断，因此，伸缩缝设置位置的选择，要考虑其对结构的不利影响。特别是使结构连续性完全中断的缝，由缝的分隔而形成的各结构单元应结构合理、形体规整且施工方便。在可能的情况下，设置缝应尽可能合并，一缝多功能，以减少缝的数量。同时，设置缝的走向应合理，以保证缝的功能作用。伸缩缝在构筑物的顶板、侧壁及底板上必须贯通并在一个垂直面上。另外，设置缝应满足水密性的要求，对于水密性要求特别严格的缝，除了原有的埋入式或外贴式止水片外，可考虑增设可更换的止水片。值得注意的是，由于伸缩缝施工比较困难，而且橡胶止水带的耐久性比较差，往往会导致渗漏，所以设计人员都不大愿意设置伸缩缝。
2、施工缝（后浇带）的设计要点
施工缝处，先后两期分期浇筑的混凝土间的结合要比一次浇筑的混凝土要差一些，因此，施工缝是结构上的一个薄弱环节。在可能的情况下，应避免设置施工缝或减少施工缝的数量。施工缝应设在构件上受力较小的部位，特别是剪力较小的部位。施工缝的位置应在施工图中明确表示。水平梁板系统的施工缝，当浇筑沿次梁方向推进时，宜留在次梁跨度中间的1/3范围内;当浇筑沿主梁方向推进时，宜留在主梁跨度中间的1/3范围内。无梁板的施工缝，宜设于柱帽的底端，而不宜设置在柱帽与平板间。池内支柱的施工缝宜设在柱底或柱顶。壁柱的水平施工缝不宜直接设在与底板的交接处而应离开底板顶面一定的高度（一般不宜小于300mm）;在有孔洞的地方，施工缝也应与孔洞边缘保持一定的距离（一般也不宜小于300mm）。施工缝应与构件的轴线或表面垂直，可为平缝或企口缝，但不应留坡槎。
后浇带是施工缝的一种特殊形式，它的特点是在两侧的一期混凝土之间浇筑二期混凝土，因而存在二处施工缝。为了两期混凝土间的连接更为紧密，不因后浇混凝土的收缩而在连接处产生裂缝，后浇带中的混凝土，一般均应采用补偿收缩混凝土，其强度等级不应低于两侧先浇的混凝土。先期混凝土表面的处理同施工缝。后浇带的间距，可根据设计或施工的需要决定。后浇带的宽度可取为700—1000mm。后浇带中，先后两期混凝土间的接缝可做成平直缝，结构主筋不宜在缝中断开，当必须断开时，搭接长度应不小于45倍主筋直径，并应按设计要求加设附加钢筋。后浇带中的混凝土，应待两侧混凝土龄期达到42d后方可浇筑。值得注意的是，可以考虑用后浇带缓解温度效应，但要明白后浇带不能完全替代伸缩缝。
以上是本人对于水池设计的一些感受。在水池设计中，设计人员一方面应结合项目具体情况，以规范为依据，用较少的工程投资建设优良工程，另一方面对施工单位未按规范进行施工甚至偷工减料所造成的渗漏裂缝情况，也应有所了解，不断积累设计经验，以便以后的设计，更安全可靠、合理经济、施工方便。
参考文献：
1.《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138：2002）中国工程建设标准化协会标准，2003年3月1日
2.国家建筑标准设计图集《矩形钢筋混凝土蓄水池》（05S804），中国计划出版社
3.《给水排水工程结构设计手册》（第二版），中国建筑工业出版社
【关键词】 水池;结构类型;地下水位;材料;裂缝宽度;伸缩缝;施工缝（后浇带）
工业建筑的设计中会经常遇到给水排水工程钢筋混凝土水池，而且，随着我国城市产业功能不断强化，城镇公共服务和居住功能逐渐增强，城市基础设施一体化建设逐步推进，水池类构筑物工程的建设正在增多。其实，水池的结构计算理论还是比较繁琐的，初学者可能会翻阅很多资料找头绪，有时即便比葫芦画瓢把水池计算、设计完了，还有很多概念不清晰。本人也是经历了这样一个过程，下面本人从结构专业的角度谈谈钢筋混凝土水池设计所涉及的一些问题。
一、结构类型的合理确定
水池按结构类型分：敞口水池，有盖水池，无梁板式水池，多格水池，双层水池，带斗底水池，装配式水池。水池采用哪种结构类型合理呢？在水池设计过程中，水池的平面，立面尺寸大小，会由工艺专业或水道专业给建筑结构专业提资，同时他们会提供水池的一些开洞条件和穿管条件。结构专业设计人员简化计算的时候，一般可以不考虑开小洞（直径或边长≤1000mm洞口）的情况，但在结构模板图上要把预埋套管和开洞情况表达清楚。而且，结构专业设计人员要了解工艺专业或水道专业设计要求，以便确定合理的结构类型。例如敞口水池和有盖水池（顶盖跨度较大时可设池内支柱）的结构计算简图不同，经过初步计算，在相同设计条件下，敞口水池比有盖水池所耗用的钢筋混凝土量多，工程造价高，那么建议工艺专业或水道专业采用有盖水池的合理类型，这样做的前提条件是必须满足工艺专业或水道专业的要求。又例如顶盖跨度较大，池内设支柱的有盖水池，常用的结构形式是无梁板式水池，这类结构一般采用等间距柱网，柱距4m左右，支柱一般采用有帽顶板柱帽，国家建筑标准设计图集《矩形钢筋混凝土蓄水池》（05S804）中，带支柱水池的支柱采用的就是无梁楼板柱帽。无梁楼板上不适宜任意开直径或边长>1000mm的洞口，但是若工艺专业或水道专业必须要求在水池的顶盖上开这么大的洞口，为满足工艺专业或水道专业的要求，采用无梁板式水池是不合理的，在这种情况下，采用梁板式顶盖的水池较合理，在顶盖的孔洞边加设边梁，以用来承担洞口边荷载。又如，现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角及顶、底板的交接处，宜设置腋角，腋角构造要求一般规定不宜小于150mm，腋角内配置斜筋的直径与池壁受力筋相同，间距宜为池壁受力筋间距的两倍。但是当水池较深时，池壁按挡水（土）墙设计，池壁和底板的交接处腋角（挡土墙时此部位叫墙踵）按结构计算要求尺寸较大，而水道专业不允许加大腋角尺寸，结构专业设计人员可采取在池壁外侧设置垂直向扶壁，若有必要，还可增加水平向肋梁等措施，来保证结构的安全可靠，前提是尽量满足水道专业的工艺要求。总之，结构专业设计人员，不仅应熟悉本专业相关规范，应正确理解规范的含义及意图，而且应与工艺专业或水道专业等上游专业加强沟通，紧密联系，使水池的结构类型更安全可靠、合理经济。
二、地下水位的合理确定
水池的设计与地下水位的标高密切相关。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误以及抗浮不够等工程问题时有发生。值得注意的是，有些工程地质勘察报告所提供的地下水位未能从地方水文资料分析得出，而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，所提供的地下水位高程将无法被设计取用，或导致结构计算的失误。工程地质勘察报告一般要提供几个水位，其中2个对设计来说是必要的水位，一个是历年来地下水的最高水位，一般设计地下构件如地下水池，要使用这个水位，来计算池壁外侧受到的水压力。另外一个是抗浮水位，抗浮水位顾名思义是地下水的浮力对建筑物较大，而地上层数少的竖向荷载小的低矮建筑物，为了防止建筑物施工完成后活荷载未施加时，在水浮力的作用下，“漂浮起来”的设计水位。当水池承受地下水时（含上层滯水）浮力时，应进行抗浮稳定验算。这时设计人员应要求勘察单位提供明确的抗浮水位。抗浮水位一般要比历年来地下水的最高水位低一些，有时则会低很多，一般的勘察报告，对抗浮水位不明确提出，大部分情况都是让设计人员照搬历年来地下水的最高水位。可想而知，抗浮水位提的越高，结构设计就要采取加大压重或者多设置抗拔桩等方法，来“压住”这高水头产生的浮力，这必然增加工程量，加大投资。所以设计人员要根据工程经验，具体分析勘察报告中可能不合理的水位，及时同勘察单位沟通，互相协商配合，最终要求勘察单位提供真实、科学、合理的抗浮水位数据，作为设计的正确依据。
三、材料
1、水池混凝土强度等级
水池受力构件的混凝土强度筹级不应低于C25;垫层混凝土不应低于C10。预应力水池的混凝土强度等级不应低于C30。当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不应低于C40。
2、水池混凝土抗渗等级
水池混凝土的密实牲应满足抗渗要求，不作其他抗渗处理。混凝土的抗渗等级，根据最大作用水头与混凝土厚度的比值确定，见下表：
最大作用水头与混凝土厚度的比值 抗渗等级
<10 S4
10—30 S6
>30 S8
注：抗渗等级Si的定义系指龄期为28d的混凝土试件，施加Ix0.1MPA水压后满足不渗水指标。
一般情况下采用S6即可满足工程要求。
3、水池混凝土抗冻等级
当水池外露时，混凝土应具有良好的抗冻性能，抗冻等级按下表采用：
地区大气温度 抗冻等级
最冷月平均气温在-3～-10℃的地区 F150
最冷月平均气温低于-10℃的地区 F200
注：抗冻等级Fi的定义系指龄期为28d的混凝土试件，在进行相应要求冻融循环总次数i次作用，其强度降低不大于25%，重量损失不超过5%。最冷月平均气温在《民用建筑热工设计规范》（GB50176-1993）中查取。 基本上除东北、西北和华北的大部分地区外，其他地区均不需要考虑混凝土抗冻要求。
四、最大裂缝宽度的验算
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138：2002）（以下简称《水池规程》）第5.3.4条，钢筋混凝土水池结构构件的最大裂缝宽度不应大于下列规定的限值ωmax：清水池、给水水质净化处理构筑物0.25mm;污水处理构筑物0.20mm。水池结构构件按承载能力极限状态进行强度计算，按计算结果选配出钢筋直径和间距，然后按正常使用极限状态验算，当水池结构构件处于受弯、大偏心受压或大偏心受拉时，取作用效应的准永久组合，验算最大裂缝宽度，控制裂缝宽度不能超限。对于控制裂缝宽度较严格、一般不出现裂缝的池壁，按最大裂缝宽度限值ωmax=0.20mm来取，很多种情况下池壁配筋直径和间距都不是以强度计算来控制，而是以裂缝超限来控制的。根据同时满足强度计算和最大裂缝宽度的设计条件，有时池壁配筋在底部的间距很密，池壁和底板的交接处腋角一般要配置斜筋，这样就导致池壁底端钢筋布置多，施工难度大，从而无法保证施工质量。所以，从抗裂角度讲，在保证施工可操作性、工程质量安全的前提下，尽可能采用小直径密间距的配筋，同时兼顾经济的原则，配筋直径和间距应适宜。
五、伸缩缝和施工缝（后浇带）
1、伸缩缝的设置要求
《水池规程》第7.1.3条，矩形钢筋混凝土水池的长度、宽度较大时，应设置适应温度变化的伸缩缝。伸缩缝的间距可按表7.1.3采用。理论上，影响伸缩缝的间距的因素很多，主要的有水泥品种和用量、水灰比、构件的体积或厚度、混凝土的入模温度及环境温度、工程地点的季节温差及湿差、模板种类及养护方式、钢筋品种及构件的含筋率、构件发生体积变化时所受的约束及构件允许的裂缝宽度等。这些因素中任何一个因素的变化均可对设缝的间距产生影响，因而根据具体情况对规范的规定值作适当的调整是完全合理的。《水池规程》第7.1.3条注2，当在混凝土中加掺合料或设置混凝土后浇带以减少收缩变形时，伸缩缝间距可根据经验确定，也是基于这样的考虑。
一般情况下，在伸缩缝的设缝处，结构的连续性可能受到一定程度的影响，甚至结构完全中断，因此，伸缩缝设置位置的选择，要考虑其对结构的不利影响。特别是使结构连续性完全中断的缝，由缝的分隔而形成的各结构单元应结构合理、形体规整且施工方便。在可能的情况下，设置缝应尽可能合并，一缝多功能，以减少缝的数量。同时，设置缝的走向应合理，以保证缝的功能作用。伸缩缝在构筑物的顶板、侧壁及底板上必须贯通并在一个垂直面上。另外，设置缝应满足水密性的要求，对于水密性要求特别严格的缝，除了原有的埋入式或外贴式止水片外，可考虑增设可更换的止水片。值得注意的是，由于伸缩缝施工比较困难，而且橡胶止水带的耐久性比较差，往往会导致渗漏，所以设计人员都不大愿意设置伸缩缝。
2、施工缝（后浇带）的设计要点
施工缝处，先后两期分期浇筑的混凝土间的结合要比一次浇筑的混凝土要差一些，因此，施工缝是结构上的一个薄弱环节。在可能的情况下，应避免设置施工缝或减少施工缝的数量。施工缝应设在构件上受力较小的部位，特别是剪力较小的部位。施工缝的位置应在施工图中明确表示。水平梁板系统的施工缝，当浇筑沿次梁方向推进时，宜留在次梁跨度中间的1/3范围内;当浇筑沿主梁方向推进时，宜留在主梁跨度中间的1/3范围内。无梁板的施工缝，宜设于柱帽的底端，而不宜设置在柱帽与平板间。池内支柱的施工缝宜设在柱底或柱顶。壁柱的水平施工缝不宜直接设在与底板的交接处而应离开底板顶面一定的高度（一般不宜小于300mm）;在有孔洞的地方，施工缝也应与孔洞边缘保持一定的距离（一般也不宜小于300mm）。施工缝应与构件的轴线或表面垂直，可为平缝或企口缝，但不应留坡槎。
后浇带是施工缝的一种特殊形式，它的特点是在两侧的一期混凝土之间浇筑二期混凝土，因而存在二处施工缝。为了两期混凝土间的连接更为紧密，不因后浇混凝土的收缩而在连接处产生裂缝，后浇带中的混凝土，一般均应采用补偿收缩混凝土，其强度等级不应低于两侧先浇的混凝土。先期混凝土表面的处理同施工缝。后浇带的间距，可根据设计或施工的需要决定。后浇带的宽度可取为700—1000mm。后浇带中，先后两期混凝土间的接缝可做成平直缝，结构主筋不宜在缝中断开，当必须断开时，搭接长度应不小于45倍主筋直径，并应按设计要求加设附加钢筋。后浇带中的混凝土，应待两侧混凝土龄期达到42d后方可浇筑。值得注意的是，可以考虑用后浇带缓解温度效应，但要明白后浇带不能完全替代伸缩缝。
以上是本人对于水池设计的一些感受。在水池设计中，设计人员一方面应结合项目具体情况，以规范为依据，用较少的工程投资建设优良工程，另一方面对施工单位未按规范进行施工甚至偷工减料所造成的渗漏裂缝情况，也应有所了解，不断积累设计经验，以便以后的设计，更安全可靠、合理经济、施工方便。
参考文献：
1.《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138：2002）中国工程建设标准化协会标准，2003年3月1日
2.国家建筑标准设计图集《矩形钢筋混凝土蓄水池》（05S804），中国计划出版社
3.《给水排水工程结构设计手册》（第二版），中国建筑工业出版社