大型钢筋混凝土水池

2024-06-30

大型钢筋混凝土水池（精选10篇）

大型钢筋混凝土水池篇1

摘要：通过分析某钢筋混凝土矿井水调节干化水池底板变形缝崩裂、涌水事故的原因, 提出了增设扶壁梁柱和斜撑的处理方法, 并探讨了水池的设计及施工要点, 确保了水池的质量。

关键词：钢筋混凝土水池,池壁变形,变形缝,崩裂事故,地基

由于混凝土的抗拉强度低, 延性差, 加上收缩、徐变的影响, 混凝土构配件很容易产生裂缝。这一特点在大型的钢筋混凝土薄壁水池中表现得尤为突出, 使得大型水池对于地基变形及池壁不均匀受力极为敏感。通过对某大型水池崩裂事故的分析, 本文提出了处理方案, 并且从设计与施工的角度提出一些建议。

1 工程概况

某矿井水调节干化水池, 水池总长150 m, 宽30 m, 净深6 m;长向分三格, 每格长65 m, 20 m, 65 m, 容积分别为:10 925 m3, 3 420 m3, 10 925 m3, 池壁厚度均为600 mm, 底板厚500 mm, 混凝土强度均为C30;底板以下用级配砂石换填至老土, 换填深度1.6 m, 水池的平面尺寸、变形缝位置、回填土标高见图1, 水池剖面图见图2。

2 注水试验

本工程于2013年1月完工。2013年8月水池进行注水试验, 水深5.700 m。水池注满水后出现了如下问题:

1) 池壁变形缝处漏水:其位置见图1中“■”形标记处, 水流从缝中喷射而出, 自上而下形成三角形水幕, 接近池底处水幕最宽, 约为10 cm, 图3为现场照片。

2) 水池注满水后, 图1中西侧水池“▲”形标记处池壁顶端变形过大, 向外偏移15 mm, 放水后复位。

3) 图1中“●”形标记的底板变形缝处涌水:水压较大, 底板凿开约1 m×0.8 m的方形积水坑, 并用潜水泵抽水, 如图4所示, 两台水泵 (功率75 k W, 管径100 mm) 24 h不间断抽水, 才能保证不积水, 据此估算涌水量约60 m3/h。另外, 在本格水池注满水后, 听到咔咔的崩裂声, 响声洪亮, 由变形缝处发出。

3 成因分析及解决方法

1) 池壁变形缝漏水的原因为变形缝没有按照设计要求施工。原设计的变形缝宽30 mm, 中间设橡胶止水带, 嵌缝材料为:聚乙烯棒背衬, 遇水膨胀止水条, 聚氨酯或聚硫密封膏。如图4所示为该水池的变形缝, 缝宽约2 mm (现场量测) , 中间埋设500 mm宽的橡胶止水带, 施工过程及嵌缝材料不详。如图3所示即为在变形缝边上凿开的孔, 未见嵌缝及密封材料。而且施工不规范以及变形缝两侧池壁变形不均匀都会造成橡胶止水带断裂, 从而漏水。此缝用化学灌浆法处理, 由专业的防水堵漏公司完成[1]。

2) 池壁顶端位移来源于两个方面:a.受力构件自身的变形;b.地基的变形造成结构 (构件) 的位移。现取1 m宽的池壁, 按悬臂构件计算池壁顶端的变形。工况:水深5.7 m, 水荷载按三角形分布 (池外填土荷载属于有利工况, 不考虑) ;悬臂梁在三角形分布荷载作用下梁端挠度计算公式[2]:

根据式 (1) 得到池壁顶端的变形值范围为3.9 mm~4.5 mm (混凝土弹性模量Ec取3 GPa~2.55 GPa) , 计算结果远小于池顶的实际位移15 mm, 由此推断:池顶位移主要由地基变形产生。另据现场情况, 此水池结构对称, 排水后池壁变形恢复, 而东边的水池注满水后顶部却未出现明显位移。以上分析表明西侧水池池壁顶部变形主要来自地基的不均匀弹性变形。对此, 采取增设扶壁梁柱和斜撑的方法, 将池壁水的侧压力扩散到周边土体。

3) 变形缝处涌水, 表明池底板在地下水位线以下, 地基含水率高。水池注满水后, 一方面, 地基受力变大, 局部甚至达到极限荷载 (地基承载力不均匀, 上文已述) ;另一方面, 水池南边东西两侧靠池壁各设了长约20 m, 宽约5 m, 坡度18°的机械作业坡道, 坡道为毛石混凝土砌筑, 高度0 m~6 m, 坡道荷载达到4 000 k N, 加剧了地基不均匀变形的程度;再者, 水池底板为一块59.64 m×25.74 m×0.5 m的混凝土大板, 底板施工时未留设后浇带, 造成地基的初始变形得不到调整和释放从而在结构中积累、加剧;不均匀变形造成变形缝处底板错位, 崩裂橡胶止水带, 因此听到咔咔的崩断声 (排空后检查水池未发现有混凝土损伤痕迹) 。

水池已施工完成, 再进行地基处理的难度高, 故先考虑降水, 在水池周边明挖排水, 降水完成后, 原变形缝用密封材料封堵, 池内对变形缝两侧底板加厚补强, 高配变形缝止水带, 并处理好新旧混凝土结合面, 以防渗水。池外埋设反滤排水管[3] (如图5所示) , 然后回填 (回填土必须满足压实度要求) , 用反滤排水管排出水池附近的地下水, 从而减小地下水对水池底板的影响。

4 结语

1) 综合分析这次事故, 地基的不均匀变形是造成变形缝崩裂的主要因素。使地基产生不均匀变形的原因有:a.地基处理不达标, 级配不良、压实度不足;b.漏水及雨水使得地下水位上升引起地基承载力下降;c.偏心荷载太大。故对于大型水池及类似建筑, 在设计及施工时, 对于地基因予以足够的重视;施工完成后必须及时回填, 并严格控制回填质量, 以防地表水入侵地下引起地基承载力下降;合理布局荷载。

2) 现场踏勘发现:施工单位施工管理不善, 对于水池的关键部位与关键技术无知, 大意, 甚至肆意施工, 是造成本次事故的直接原因。可见, 要想防止此类事故的发生, 规范施工管理必不可少。

3) 对于工程设计人员, 对于水池的关键技术和关键部位, 诸如地基 (处理) 方案、变形缝位置与做法、重要构造做法等, 要在设计文件中予以突出强调, 引起相关人员注意, 从源头上防患于未然。

参考文献

[1]百度百科.化学灌浆法[EB/OL].http://www.baidu.com.

[2]《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社, 1998:85.

[3]张奕薇, 张瑞兴.大型钢筋混凝土水池上浮开裂事故的处理方法[J].建筑技术, 2003, 34 (4) :279-280.

[4]张克恭, 刘松玉.土力学[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[5]上海市政工程设计研究院.矩形钢筋混凝土清水池[Z].

[6]王继山.大型混凝土水池底板渗水处理[J].建筑工人, 1994 (11) :58-59.

钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制篇2

关键词：钢筋混凝土；水池设计；裂缝控制

钢筋混凝土结构在受力状态下出现裂缝是一种普遍存在的现象，如混凝土因荷载作用下的拉应力、或是温度收缩引起的拉应力等而出现的裂缝等。一般而言，在普通的钢筋混凝土结构中要求完全避免出现裂缝，是不现实也是完全没有必要的。为了在水池结构设计中做好裂缝控制工作，有必要先对水池中易发生破坏性裂缝的各种情况作一了解。

一、水池裂缝的成因

1、荷载作用造成的裂缝

当结构在外部荷载（各种恒、活载；水、土压力；地基反力等）作用下，因受力性能不足，产生了过大变形，使裂缝发生并发展为破坏性裂缝。这种由荷载作用造成的裂缝的产生，主要是由于设计时采用的基础资料有误或是设计中考虑不周、计算疏忽等失误造成。

2、混凝土收缩造成裂缝

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到支座或原有混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。因此，水池结构中的混凝土早期收缩裂缝主要出现在裸露表面，混凝土硬化后的收缩裂缝出现在结构件的中部附近较多。

3、温度变化引起的裂缝

气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力，有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。这种裂缝一般只在混凝土表面较浅的范围内产生。

4、由于材料质量造成的裂缝

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。要避免水池结构产生破坏性裂缝，混凝土用料是否适当及材料质量能否保证，起着重要的作用。

二、水池设计中的裂缝控制

钢筋混凝土水池在非荷载下的裂缝与设计、原材料、施工等几方面息息相关，影响因素多而复杂，设计时考虑施工措施，并和施工单位密切配合，通过对设计过程和施工过程的双重控制，对水池的裂缝控制一定可以取得令人满意的效果。

1、荷载作用裂缝的控制

荷载作用裂缝的控制，即在水池设计过程中对水池各部位可能产生最大拉应力截面的裂缝进行计算分析和验算，使之满足裂缝宽度限值。完整、准确的设计基础资料是避免荷载作用裂缝的重要保障。如地下水位、土层情况均会影响水池的设计水土压力；基础持力层特性直接影响池体沉降以及变形情况等等。在存在完整、准确的设计基础资料的基础上，合理的计算模型和合理的荷载组合是确保计算结果与水池的实际受力状态一致的重要保障。在水池的设计阶段应注意以下问题：（1）合理的地基假定。基础梁和板计算过程中应选择合理的地基假定，目前常用的计算水池地基反力的假定有地基反力直线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定，但三者的计算结果误差较大。为此，在选择假定时应综合考虑假定的适用条件以及水池实际受力情况。（2）合理的支座假定。水池各板连接部位的支承条件决定了各构件的支座假定，合理的支座假定才能保证计算结果的正确。（3）正确的最不利工况组合。在进行荷载组合时对施工、试水、检修阶段的荷载较容易疏漏。（4）极端温差出现的部位及取值是否有误等。具体设计过程如下：（1）结构方案的初步确定；（2）对初定结构方案进行初步的计算分析，根据计算分析结果对初定结构方案进行调整，尽量使水池结构体系合理、结构受力明确、经济合理、安全可靠；（3）对调整后的结构方案进行详细的力学计算分析，确定最不利工况下各控制断面的内力设计控制值；（4）进行截面配筋设计，同时还有确定需要进行裂缝控制设计的构件；（5）根据构件受力性质进行抗裂度验算或对裂缝开展宽度验算。裂缝的控制可以通过调整配筋率、钢筋规格、混凝土标号、构件截面尺寸来实现。

2、混凝土收缩和温差造成裂缝的控制

控制这类裂缝首先水池结构所使用的混凝土配合比、用料的规格和级配应满足规范要求，同时混凝土灌筑和养护除应满足规范要求外还应提出符合实际情况的设计要求。对于大型水池则可设置伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施对裂缝进行控制。此类裂缝的控制首先应根据规范规定，严格掌握混凝土配比及其用料的品种规格和级配，同时，对混凝土灌筑和养护提出设计要求。另外，对大型水池可采取设伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施。下面着重讨论大型水池的裂缝控制。根据现行规范要求，现浇钢筋混凝土水池在基底为土基时，应每隔20m（地面式）或30m（地下式或有保温措施）设一道伸缩缝，当为岩基时减为15m和20m，当为装配整体式时可加长5～10m。按此构造，一般能解除中面季节温差产生的温度应力并消减混凝土收缩的影响。由于变形缝的设置需要采取严密的构造措施来保证，对节点处理、施工及材料等都有相当高的要求，其中任何一个环节的问题，都会造成较严重的后果。规范规定，当有经验时，可在混凝土中施加可靠的外加剂或設后浇带，减少其收缩变形，从而放宽伸缩缝的最大间距限制。在一些大型水池的设计中，已开始越来越多地采用掺加添加剂、增设加强带、后浇带的方法，以减少或取消伸缩缝。掺加添加剂主要是为了增强混凝土的均匀密实性能并消减混凝土自身结硬过程中的收缩变形。

3、材料质量和构造不良造成裂缝的控制

在《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》中，对水池结构所使用的混凝土强度、混凝土的抗渗等级、混凝土的抗冻等级、混凝土的水灰比、混凝土的碱含量、混凝土热工系数等作了相应的规定，在水池的设计过程中除应遵守规范要求外还应对实际项目提出更为明确、具体和严格的要求。合理可靠的构造对裂缝的控制至关重要。合理的构造措施能够使水池计算模型与其实际受力情况相一致，确保计算的准确性。对于影响到整个结构体系的问题，一定要从确定结构方案起，就考虑好相应的构造措施。理想的计算模型必须有可靠且可行的构造措施来保证，而当难以实施相应的构造措施时，应调整计算模型使之符合实际受力情况。具体注意三个方面：首先，浇筑混凝土不应使用过期水泥或由于受潮而结块的水泥，否则将由于水化不完全而降低混凝土的抗渗性和强度。其次，水灰比越大则混凝土中多余水分蒸发后形成的毛细孔也就越多，这些孔隙是造成混凝土开裂的主要原因。砂石粒径不均匀、级配不良、粗骨料粒径过大且含量过高、含泥量过高，都会降低混凝土的和易性和密实度，易使裂缝产生和发展。另外，水池混凝土中采用的外加剂也应满足一定的要求，以免影响混凝土的抗裂性。

4、温度变化引起的裂缝的控制

尽量选用低热或中热水泥；减少水泥用量；降低水灰比；改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热；改善混凝土的搅拌加工工艺；在混凝土中掺加一定量的外加剂；高温季节浇筑时采取合理控温措施；要合理安排施工工序；加强混凝土养护。

结论

综上所述，水池设计中的裂缝控制贯穿设计的整个过程。从完整准确收集相关的基础资料开始，到采用合理的结构受力体系、准确细致的分析计算、全面可靠的结构截面设计与构造措施，直至最后的复核出图，对实现设计全过程的裂缝控制都非常重要。同时，设计中也要对材料的使用和水池的施工养护提出明确要求，以避免引发裂缝。在设计中只有尽可能多地考虑到裂缝可能产生的因素，并通过各种措施消除隐患，才能最大限度地避免水池产生破坏性的裂缝。

参考文献

[1]GB50069—2002 给水排水工程构筑物结构设计规范[S].

大型钢筋混凝土水池篇3

1 工程概况

该工程每个水池长47.45m，宽22.45m，池内净高3.15m。水池底板为现浇钢筋混凝土，柱、壁、顶全部为预制装配，部分浇制，现浇底板及预制柱、梁、壁板均采用C25混凝土，抗渗等级为S6级。每块预制壁板宽1.80m，高3.20m，壁厚250mm，壁板与杯口之间及壁板间竖向接缝采用C30微膨胀混凝土灌缝(图1、2)。池壁内外及底板均用水泥砂浆抹面，顶盖的槽板上面做40mm厚细石混凝土找平层。

2 微膨胀混凝土试验

微膨胀混凝土是用微膨胀水泥配制的混凝土，微膨胀水泥是普通水泥中掺入适量的矾土水泥和生石膏，经混合均匀而成的。微膨胀混凝土在施工前首先应根据设计要求作配合比试验。

工程设计要求的微膨胀自应力控制值;预制壁板板缝为2kg/cm2(约0.2MPa)，预制壁板与底板的杯口接缝为1kg/cm2(约0.1MPa)，限制膨胀率为2/万～3/万。设计对原材料的要求：水泥和矾土水泥均应符合现行国家标准，采用32.5普通水泥，石膏采用生石膏磨细(比表面积为4000～4500cm2/g)，砂采用含泥量不大于3%的中砂或中粗砂，碎石采用粒径为5～15mm，质地坚硬、级配良好的碎石，其含泥量不大于1%。

根据设计要求，经试验作出的配合比为：

(1)微膨胀水泥配合比(单位：kg):

水泥50：矾土水泥3.74：石膏粉3.74;

(2) C30微膨胀细石混凝土配合比：

微膨胀水泥1：水0.55：中砂1.98：碎石2.65。

按现行施工规范要求，矾土水泥不得与硅酸盐水泥混合使用，而在该工程施工中，微膨胀水泥是用硅酸盐水泥加入膨胀剂矾土水泥和生石膏粉配制成的，其中硅酸盐水泥是起强度作用的强度组分，膨胀和强度既有对立的一面，又有统一的一面，膨胀是前提，强度是保证，缺一不可。只有在一定的条件下(即一定的配合比和一定的养护条件)，膨胀和强度之间可暂时统一起来，表现为膨胀增加的同时，强度也有所增加(或者强度不降低)。因此，微膨胀混凝土在施工前必须根据设计要求做好试验，在施工中要严格按照试验报告提出的配合比和养护条件去做，才能使微膨胀混凝土达到设计要求的膨胀率和强度。

3 施工方法与注意事项

3.1 准备工作

灌缝前现将杯槽凿毛，清除槽内的垃圾、表面上的水泥薄膜和松动石子或软弱混凝土层，然后冲洗干净，充分浇水湿润，但残留在混凝土表面的积水必须清除。

安装预制壁板前要把壁板接缝处的接合部位全部凿毛并冲洗干净，每块壁板安装到设计位置后，其两侧都用钢楔固定牢固。

3.2 微膨胀水泥的配制

在清扫干净的水泥地面配制微膨胀水泥, 具体做法是先将按照配合比计量好的32.5普通水泥、矾土水泥和生石膏粉拌合三遍。为了使其掺合得更均匀, 搅合以后再用细筛筛一遍, 然后装入塑料袋内, 并用磅秤随装随过秤, 按每袋50kg分装, 随即将袋上口扎紧, 存放在仓库内, 贮存期不宜超过14天。

3.3 微膨胀混凝土的配制及施工注意事项

微膨胀混凝土配制的质量，直接影响水池的抗渗性能和结构安全，所以微膨胀混凝土所用原材料必须符合设计要求，并要严格按照试验报告提出的配合比配制。

灌缝时使用插入式振动器将混凝土振捣密实，振捣时间要比普通混凝土适当加长。杯槽中固定壁板的钢楔取出后，要特别注意对钢楔坑的二次浇灌处理，以免钢楔坑处混凝土不密实，引起漏水。因为微膨胀混凝土凝固较快，所以每次搅合的微膨胀混凝土必须在30分钟内用完。

3.4 施工缝的留置与处理

壁板之间竖缝与杯槽的施工缝，留在杯槽以上10～20cm处(距底板55～65cm)，并在施工缝两面各20cm高的范围内按防水砂浆5层做法处理(图3)，以保证接缝严密不渗水。壁板之间竖缝两面的模板要一次支完，在浇灌竖缝混凝土时一次连续完成，不留施工缝。

3.5混凝土养护

在微膨胀混凝土浇捣完毕以后，待混凝土表面收水(用指甲划不出明显的划痕时)，即在两侧都盖上草袋并浇水养护，在隔3昼夜内，每隔2小时浇水一次，以后每日至少浇水6次，浇水养护的时间要保证在14天以上，要安排专人负责养护工作。

4 技术经济效果

4.1 节省模板和支模用工

由于该工程池壁采用预制装配混凝土板，仅板缝用微膨胀混凝土灌缝，所以与整体浇制混凝土大型水池相比，可节省大量模板和支模用工。该工程若采用整体浇制混凝土池壁，仅池壁的模板接触面就达1762m2，按定额计算需用木材70m2，但在板缝内浇制微膨胀混凝土，池壁模板的接触面只有190m2，把预制壁板使用的模板也计算在内，仍可节省模板80%左右，按定额计算可节省木材56m3，支模用工也可节省80%左右。而且由于壁板可以提前预制，所以施工工期大大缩短，也为文明施工创造了有利条件。

4.2 抗渗性能好

大型钢筋混凝土水池篇4

城关水电站坝址位于福建省沙溪河沙县城关上游约5km，距三明市20km。工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益。

城关水电站工程等级为三等大型，枢纽主要建筑物为三级。永久性建筑物的挡水坝，发电厂房（上游侧，泄洪闸，通船建筑物，上闸首）按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，进厂公路，升压站按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，通航建筑物属三级水工建筑物。大坝为混凝土重力坝，坝顶高程122.5m，泄洪闸布置13孔（12*12.12m），总净宽156m，堰顶高程103.8m，最大开度14.4m，弧门关闭时顶缘高程115.923m，检修闸门关闭时顶缘高程115.836m，排污孔底槛高程113.50m，排污孔工作闸门及检修闸門关闭时顶缘高程115.805m。本电站为低水头河床式，发电，航运，过木相结合综合利用工程，装机容量3×16MW，单机发电流量206.1m3/s，最大引用流量618.3m3/s，年利用小时数3625，保证出力8.9MW，设计水头8.8m，通航建筑物航道等级V级，船闸通航能力为300t。

根据城关水电站厂房工程施工要求，在厂房左岸山坡背后▽153平台上，布置一个水池，水池容量为830m³，供拌和系统生产及厂房施工用水。

主要项目是水池布置，水池结构设计，基础处理，池壁砌筑、回填等。

水池结构设计及施工主要工程量见表1-1：

表1-1 水池施工主要工程量表

2、大型软基水池结构设计

根据施工要求及征地范围情况，水池布置在厂房左岸山坡背后▽153平台上。

2.1水池结构设计

（1）水池设计为圆形，内直径为20m，高3m，采用半埋入式，埋深2m，外露1m。水池池壁为37cm红砖结构，用M10砂浆砌筑。底板为10cm厚C15垫层混凝土和20cm厚C25钢筋混凝土底板。

（2）水池距顶部向下30cm处，设置1根外Φ108mm(壁厚4mm)的溢水管。底部设置2根外Φ159mm(壁厚4.5mm)出水管，1根外Φ108mm(壁厚4mm)排空管。水池进水管布置2根外Φ108mm(壁厚4mm)的钢管，从山顶上的水管分叉接支管至水池。

（3）水池外围3m远处设置排水沟，用C15混凝土浇筑5cm厚，将水排到水池平台以外。水池外围1m远处设置2m高钢网围栏。

（4）为防止地基不均匀沉降导致混凝土开裂，在底板上配置双向Φ14限裂钢筋，间距20cm，保护层距顶部5cm。

水池结构详见下图:

水池平面布置图

2.2地基承载力验算

根据相关文件提供的地质资料，水池建设位置的地质情况为灰褐色、黄色粉砂质粘土夹碎石、块石，查得摩擦阻力系数f0为24.5～49.0KN/m2，地基土的极限承载力fu为200～300KN/m2。地基承载力验算公式如下：

F+G≤fuA+T

F——水池自重；

G——池内荷重，主要为水荷载；

fu——水池底面下持力层承载力特征值，取200 KN/m2；

A——地基受压区面积；

T——池壁总摩阻力。

钢筋混凝土自重24～25 KN/m3，计算取25 KN/m3；标准粘土砖自重18～19 KN/m3，计算取19 KN/m3。

F= 3.14×10.522 ×0.2×25+3.14（10.372-102）×3×19=3086.48KN；

G=3.14×102×3×1×9.81 =9241.02 KN；

F+G=12327.5 KN。

地基承载力fuA=200×3.14×10.522=69501.1 KN。

由数据可知F+G＜fuA+T，地基承载力可满足要求。

2.3池壁稳定验算

2.3.1池壁轴心抗拉验算

（1）池壁应力计算

池壁厚度远小于水池直径，按薄壁圆筒进行计算，计算公式如下：

（2）池壁抗拉强度计算

水池池壁属于轴心抗拉，计算公式如下：

2.3.2池壁弯曲抗拉验算

（1）池壁弯矩计算

取池壁单位长度（1m）进行受力分析，计算公式如下：

（2）池壁弯曲抗拉强度计算

计算公式如下：

3、施工方法研究

3.1施工程序

施工布置—土石方开挖、基础处理—底板混凝土浇筑及预埋管道—水池池壁砌筑、粉刷—池壁外侧回填—围栏安装及排水沟混凝土浇筑。

3.2施工布置

（1）用1m³斗容反铲从拌和系统▽104开始，到水池选址的▽153平台，修建一条蛇形长约800m，宽3m的简易施工运输道路。

（2）水池施工用风采用3m³电动空压机供风，水和电从拌和系统引到水池施工部位。

（3）在水池顶面旁布置一台0.35m³搅拌机和砂石骨料、水泥堆场。

3.3土石方开挖、基础处理

（1）首先用1m³斗容反铲将地面植被和杂物清理干净。

（2）由测量人员和施工人员根据现场清理场地情况，确定水池中心位置，并放出水池开挖开口线。

（3）用1m³斗容反铲和5t自卸车组合进行水池土方开挖，遇到石方采用手风钻，松动爆破。所挖土石方就近弃在▽153平台附近。

（4）水池开挖完后，地面用5t载重汽车碾压，周边用振动夯碾压密实。

3.4底板混凝土浇筑

（1）水池垫层混凝土，由试验室做出配合比并下发砼配料单，采用0.35m³搅拌机拌制，3m³装载机或人工推斗车转料，摊铺，平板振捣器振捣，人工用推耙抹平。

（2）水池底板钢筋，在现场用电动切断机下料，由人工转运，绑扎，焊接。

（3）底板预埋钢管和排空井结构模板采用木模板，方木内外支撑。

（4）底板预埋钢管由人工在拌和系统加工成形，在模板施工中及时准安装到位，并焊接牢固。

（5）底板混凝土采用0.35m³搅拌机拌制，1m³反铲和人工用斗车转料，摊铺，用φ50软管振捣器振捣，浇平收仓位置后由人工用铁抹子收浆抹面，混凝土浇筑完后由专人洒水养护28天。

3.5池壁砌筑

（1）为保证砖壁与底板的连接处结合好及防渗要求，在底板混凝土初凝之前，沿砖壁位置按设计要求尺寸将底板表面拉毛，同时铺砌一皮湿润的砖，嵌入混凝土内，深度2～3cm。

（2）墙体上部砌筑时，采用M10砂浆砌筑，用水把砖浇透，砂浆要满铺满挤，挤出的砂浆应及时刮平，每砌0.5m高要以圆心为准校核圆的半径尺寸。铺砖采用三顺一丁或五顺一丁方法铺设，砌体各砖层间要上下错缝、内外搭接。池壁砌筑到设计高度后，墙顶用砂浆抹面。

（3）水池内侧表面用M10砂浆抹面，厚度为3cm，分2层完成，每层抹1.5cm厚，层间用竹扫帚将表面拉毛；第3层为表面刷防水素水泥浆，随第2层压光即可。

3.6池壁外侧回填

（1）当水池砖墙砌筑每80cm高后，进行一次侧墙土方回填。

（2）土方回填料为堆积在水池旁的土石方开挖料，由3m3装载机将土石方开挖料转运到水池顶面旁，然后转运至回填区内，人工夯实。

3.7水池防护措施

（1）水池外围1m处安装2m高钢网围栏，围栏立柱基础采用C15混凝土预制，安装时，先挖预埋基础坑，再安放预制混凝土立柱，最后安装钢网围栏。

（2）为防止水池外侧被汇集的雨水浸泡、冲刷，在水池两侧及靠边坡侧，距水池外围3m远处修建排水沟，底板及侧壁浇筑C15混凝土。

4、资源配置

根据水池结构布置和施工要求，水池施工需进行机械设备和人员配置。

4.1主要机械设备配置

主要机械设备配置见下表4-1

表4-1水池施工主要机械设备配置表

4.2主要劳动力配置计划

主要劳动力配置见表4-2

表4-2主要劳动力配置见表

5、安全、质量保证措施

（1）深化安全教育，强化安全意识。所有参加施工人员在上岗进行安全教育和技术培训，坚持“预防为主,安全第一”的宗旨，安全员和特殊工种全部持证上岗，并配备相应的劳保用品和工具。

（2）参加施工的所有工作人员和作业人员，都将严格按照相应的安全操作规程和程序进行施工，严肃劳动纪律，严禁出现违章指挥与违章作业。

（3）水池施工前，一定要按要求将基础碾压密实，方可施工。每道工序必须由质检人员进行验收，合格后，再进行下道工序施工。

（4）在垫层及底板混凝土施工过程中，要注意铺料均匀，振捣密实。到达设计高度时，要保证顶面平整、光滑。

（5）砖墙砌筑前，应将砖体表面的污物清除，并用水浇透。砌筑时里口灰缝宽度不能小于5mm，池壁不得留设脚手眼和支搭脚手架。砌筑完毕后，及时进行养护。

6、结语

城关水电站厂房工程大型软基蓄水池已经修建完成，并投入使用，通过对城关水电站厂房工程大型软基蓄水池设计与施工方法的研究，为城关水电站厂房工程施工的顺利开展提供了有力的保障，同时，经过实践证明了，本次设计与施工方法研究是可行的，特别是软地基上修建大型的处理方法及水池自身承载力的验算，为以后相似工程修建提供了有价值的参考资料。

参考文献：

[1] DL/T 5144-2001，水工混凝土施工规范

[2] GB 50203-2002，砌体工程施工质量验收规范

钢筋混凝土水池设计篇5

随着社会的发展, 城市的扩大, 民用建筑、工业生产和环境保护的需要, 水池类构筑物工程建设逐年增多。而钢筋混凝土作为常见的水池结构材料, 被广范应用于工业与民用建筑的给水、污水、消防工程中。在满足工艺要求的前提下, 水池结构既要能够满足结构的正常使用要求, 又要经济合理。

1 钢筋混凝土水池分类及应用

钢筋混凝土水池有多种分类方法, 如按结构形式可分为圆形水池、矩形水池;按施工方式可分为整体式、分离式和装配式;按用途可分为水处理水池和贮水池等。钢筋混凝土水池大部分建于地下或半地下, 因为这种布置方式质量较好而且可以节省材料, 在地下温度及风化作用等荷载较小, 池壁外土压力能平衡部分或全部池壁内的水压力, 对水池结构的正常使用有利。在多种因素的作用下, 池体结构会产生裂缝 (包括池顶板、壁板、底板) , 为了使裂缝不致过大而影响水池的使用, 应按规范严格控制裂缝的宽度 (一般水池裂缝控制在0.2 mm) 。此外, 钢筋混凝土水池结构还应考虑池体的抗渗性能。

2 钢筋混凝土水池结构设计的基本规定

1) 各种结构类别、形式的水池均应进行强度计算, 可按GB50010-2010《混凝土结构设计规范》中的有关规定计算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件, 确定是否需要验算结构的稳定性。

2) 钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度验算。满足正常使用要求时, 控制裂缝开展是必要的, 对于圆形水池或矩形水池的某些部位 (例如长壁水池的角隅处) , 其受力状态多属轴拉或小偏心受拉, 整个截面处于受拉状态, 这就需要控制其裂缝出现;更多的构件将处于受弯, 大偏心受力状态, 为满足结构的耐久性要求, 需要限制混凝土的裂缝开展宽度, 防止因钢筋锈蚀而影响水池的使用年限。同时, 还要满足规范规定的混凝土抗渗, 抗冻以及钢筋保护层厚度等要求, 详见《混凝土结构设计规范》有关规定。

3) 当建筑场地的地下水位比较高时, 还应对水池进行抗浮验算。

3 钢筋混凝土水池结构的荷载

对于非地上式水池, 池壁的水平向荷载包括:池内水压力, 池外土压力 (包括地面活荷载影响和地下水位所处的位置的影响) ;垂直向荷载包括:池内水重和池外土重。荷载最不利组合可分为:池内有水、池外无土;池外有土、池内无水。

1) 池内水压力:池内水压作为水池类构筑物的主要荷载。在设计过程中, 应当偏于安全的按满水高度来计算水压, 因为使用过程中很可能由于值班人员疏忽、计量仪表失灵等造成满池。

2) 池外土压力:池外土压力可按库伦土压力理论或郎肯土压力理论确定。在设计过程中, 应考虑底面堆载或活荷载对池壁所受到的土压力的影响, 地面堆载或活荷载的取值可按照相关的规范确定。同时, 当建筑场地的地下水位较高时, 池壁所受到的压力应计入池外地下水压力的作用。此时, 池外土压力应按土的有效重度计算, 池壁所受到的池外压力为池外土压力加上地下水压力。

3) 浮力:当建筑场地的地下水位较高时, 池壁外侧除应考虑地下水的水平向压力外, 还应考虑地下水对池体的浮力。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, 又能降低工程造价双赢的目的。

4) 温、湿度作用。由于混凝土施工过程中的水化热、工业生产条件以及季节变化等使水池膨胀或收缩, 在池体中产生相应的应力, 很容易产生有害裂缝。

4 钢筋混凝土水池结构的荷载及边界条件

池体结构一般由池壁、底板和顶盖组成。选择合理的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, 应做到边界条件的假定与实际情况相符。

1) 当水池设有顶板时, 顶板可按一般的双向板来计算。当顶板长边不小于短边长度的3倍时, 可按单向板计算。

2) 当水池设有顶板时, 池壁顶端的边界条件应根据顶板与池壁的连接构造来确定。当池壁线刚度不小于5倍顶板线刚度时, 可认为池壁顶端为铰支, 否则应按弹性固定计算。当池壁长度不小于池壁高度的3倍时, 池壁可简化为沿池壁高度方向的一端铰接, 另一端固定的单向板。开敞式水池的池壁边界条件可假定为三边固定, 顶边自由, 当池壁长度不小于池壁高度的3倍时, 池壁可简化为沿池壁高度方向的悬臂板计算。比较两种边界条件假定的内力计算结果, 设置顶盖的池壁所承受的弯矩要小很多。

3) 对于池体容积小, 短跨尺寸在6m以内, 地基土质较好时, 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。当存在多格水池分格盛水时, 地基反力可按照局部均布荷载下的直线分布的原则计算。此时应分格满池最不利布置按照单向板或双向板进行静力结构计算。当池底为软土地基或板的跨度较大时, 应采取单位截条, 将构筑物内外墙作为集中力按弹性地基梁进行内力分析。此时考虑地基变形影响, 按文克尔假定或半无限弹性体假定计算, 两者均可以查表或软件计算。

5 构造措施

1) 钢筋混凝土水池, 池壁、底板厚度均不宜小于200mm。池壁、底板的受力钢筋宜选用小直径且间距较密的钢筋, 有利于控制水池裂缝的宽度。水池各部位的钢筋间距宜控制在100~250 mm范围内。为了保证水池结构的耐久性, 水池各部位构件受力钢筋的混凝土保护层最小厚度应符合GB50010-2010《混凝土结构设计规范》等相关规范的规定。足够的钢筋保护层厚度, 保证了混凝土 (钢筋与模板间) 施工振捣的质量, 对混凝土的水密性也是有利的。对于平面尺寸大于规范规定的设置伸缩缝间距的水池, 还应设置800~1 000 mm的后浇带, 以控制温度变化, 混凝土收缩等引起的应力和变形。

2) “暗梁”“暗柱”。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”。敞口水池顶端也宜配置水平向加强钢筋。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。水池池壁的拐角, 池壁与顶、底板的交接处, 宜设置腋角。腋角宽度不应小于150 mm, 并应配置构造钢筋, 一般可按受力钢筋面积的50%采用。

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摘要：根据钢筋混凝土水池结构的特点, 总结设计的方法和注意事项。

关键词：钢筋混凝土水池,结构设计,荷载组合,构造

参考文献

[1]GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].

大型钢筋混凝土水池篇6

营运的最现代集装箱船的超过9000TEU。在这一发展时期, 克服了许多伴随着船舶和螺旋桨尺度的增大所产生的设计和建造问题。对于足够的稳性、较快的航速和较低的振动等级的需求, 已经形成了为这种类型船舶所特有的船体线型。

在燃油价格上涨的压力之下———OPEC参考组合价 (ORB) 过去5年中增加了2.7倍, 而且仍在上涨 (见图1) ———一种古老的美德重新回到了船舶设计者、船东和营运者们关注的中心, 这就是:优化整个系统, 使实际环境条件下的燃油消耗降至最小。其中一个途径是采用节能装置, 另一个是优化船舶的营运方式。

巨型集装箱船, 由于它们的尺度以及特殊的运输曲线, 深受几个特殊的水动力学问题 (比如说, 螺旋桨空泡和剥蚀、舵空泡和剥蚀及参数性横摇) 的困扰。这些问题在汉堡船模试验水池 (HSVA) 题为“巨型集装箱船的挑战——水动力学述评”的论文 (PRADS 2004) 中有详细的讨论。

1 更加广泛的途径

任何尺度的集装箱船都面临的一个实际问题是:定期集装箱航线所要求的营运航速使得 (推进系统的) 功率和燃油消耗量都非常大。而且航速越快, 燃油消耗量越大。

眼下, 某些船东已经让他们的船队的营运航速低于船舶的设计航速。对于大型集装箱船来说, 这意味着把航速从25kt降低到24kt (-4%) , 结果使功率和燃油消耗量下降了13% (参见图2) 。

对于现有船舶来说, 这是切实有效的做法。但是, 对于新造船来说, 应当采选用更加广泛的节能途径。降低设计航速, 就能选用成本较低的更小的主机。如果船舶水动力学的所有方面都加以考虑的话 (例如由于较低的负载和较低的空泡剥蚀风险, 使得螺旋桨有较高的效率) , 还能取得另外一些经济效益。

另外, 应当精心规定船舶的营运曲线, 而且在船舶设计阶段就考虑这一点。现在的普遍做法是规定一个吃水作为设计吃水, 而对于最低航速或最大燃油消耗量等的全部要求都根据这个吃水来定, 完全不顾这样一个事实:在大多数情况下, 船舶在另外的吃水和航速下运行。

这就是说, 船舶在按照它很少出现的航行状况来加以优化。对于集装箱船来说, 首要选择应当是按照一定的吃水和航速范围来优化。这样一种设计, 比方说, 将具有较小的尾构架和能适应多种吃水的球鼻艏。

2 船体线型的设计

一条集装箱船的主尺度常常在概念设计阶段选定, 今后很少有重大变化。对于航速/功率和空泡性能来说, 主尺度的选择至关重要, 因为它们直接影响到船舶的阻力和尾流。

HSVA提供的一项新的服务 (QuickCheck) 能就依据大型HSVA数据库 (包括阻力、推进、尾流场、空泡和压力脉动等相关数据) 正确选择主尺度提出忠告。

目前有好几个HSVA研究项目涉及纵浮心 (LCB=longitudinal center of buoyancy) 位置研究。迄今为止, 小型集装箱船的LCB已经相对地很靠船尾。现在, 对于更加靠前的LCB位置的研究正在进行之中。出于在舱口盖上和货舱中装载更多集装箱的动机, 上层建筑和主机被移向船尾, 这就要求后部船体具有更大的浮力。结果可能导致流动的分离, 产生不良的尾流场。对于大型集装箱船来说, 开发LCB更加靠前的船体线型, 为的是改进螺旋桨的进流。

自动优化虽说不是新技术、但却是第一次在商船上大规模应用的技术, 它能够在自动优化由大量几何参数定义的船体形状的同时考虑复合目标函数关系的要求。复合目标函数关系不但包含一种或数种吃水时的最小阻力和航速的关系, 而且包含体积和稳性的关系。这样一种自动优化的结果已经由在HSVA进行的一条中型集装箱船的船模试验所证实。

船体线型优化得到了势流计算的支持, 同时, 粘性流动计算的最新发展使我们能够进行尾流场计算, 并以此为基础, 在船模试验之前预报压力。尾流场计算结果会指明是否要在船模制作开始前对船体线型做进一步的修改。

3 节能装置

节能装置的目标是从推进器的尾流 (slip stream) 中回收 (能量) 损失, 提高推进效率;或者, 改善流向推进器的水流, 使得推进器的设计效率更高。广为人知的节能装置包括:尾流均衡导管 (Schneckluth duct, “申克卢斯导管”) 、旋涡发生鳍、预涡旋舵鳍、舵球 (Costa bulbs, “柯斯塔舵球’) 、将毂鳍以及推进器扩散导流帽。

这些节能装置的组合使用, 能在船体不作任何改变的情况下将功率消耗降低5%以上。即使已在营运的船舶, 安装某些节能装置也非常有益, 但是, 这些措施的有效性, 尚待模型试验的证实。

4 舵的设计

早在2005年, 一条巨型集装箱船就装上了一只具有扭转导边 (twisted leading edge) 特征的舵并投入了营运。许多其他的集装箱船追随DSME (韩国大宇) 建造的“Savannah Express”号, 安装了贝克船舶系统 (Becker Marine System) TLKSR舵。

扭转导边舵的决定得到了HSVA大量试验的支持, 包括CFD计算, 船舶动力试验, 空泡试验和操纵试验。开发带有扭转导边的舵, 其意图是降低舵的空泡的风险及空泡造成的剥蚀, 因为巨型集装箱船的螺旋桨尾流中的流速非常快。功率消耗的降低是一种附带的好处。

在试验结果和实船观测的基础上, HSVA开始逐步形成了一种新的舵的设计概念。自2005年秋天以来, HSVA已能提供这种新的服务, 可以根据静水试验 (阻力试验、自航船模试验、和尾流场测定) 的试验结果进行一个舵的水动力学设计, 提供对于舵的几何形状和截面的粘性流动CFD分析。

导边的最佳扭转是在一种反复的过程中找到的。扭转导边能与扭转随边和/或舵球相结合。全铲形舵和半平衡舵的设计可供利用。挂舵臂也可以扭转。对于一条5000TEU的集装箱船的对比试验证明了新设计的舵的有效性。

新设计的舵是一种带扭转导边和扭转随边和舵球的半平衡舵 (见图3) , 这种舵的开发与客户共同进行, 为的是保证这种舵能被制造出来并满足全部结构要求, 而且它的性能与带有扭转导边和舵球但是截面要薄得多的全铲形舵一样。

同这条船的常规的、不带舵球的半平衡舵设计相比, 扭转舵加舵球的设计的功率消耗要低4%左右, 这相当于使航速提高了0.3kt。

5 旋涡发生鳍

现代集装箱船的设计常有上层建筑很靠后的特征, 而且或多或少地位于螺旋桨的正上方, 这恰恰是产生结构振动的主要来源。这种布置导致相对比较丰满的后体和不良的尾流场, 结果产生不可容忍的压力脉动和振动。

如果主尺度和船体形状不能改变 (这应当是首要选择) , 则旋涡发生鳍 (vortex generator fin=VGF) 就是一种减少压力脉动的有效措施。VGF安装在紧靠螺旋桨前面的船体上, 能够改善流向螺旋桨的水流。

HSVA的大型空泡水洞HYKAT所做的许多试验证明这种相对简单的措施使得压力脉动减少了大约50%。

自然, 这种效益并不是没有代价的———VGF产生的旋涡将水从外边界层输送到螺旋桨盘面上部的内边界层, 使尾流场均匀化 (见图4) 。可是, 这些旋涡包含了取自船舶的旋转能量, 预计这将使功率消耗增加约2%。

6 船舶的营运

为了保证各种装载状况下都有足够的稳性, 集装箱船有大量的压载水。压载水也可以用来影响船的纵倾。

因为现代船体线型的特点是常常具有浸沉很深的 (尤其在结构吃水时) 、非常宽的方艉, 所以, 纵倾的微小变化会使功率消耗/可达到航速发生显著的改变。

HSVA已经测得的设计吃水时最佳和最差纵倾状况之间的航速差异大概为0.3kt (=功率差异3%左右, CV8500, ±1m纵倾) 。其他类型的船舶 (比如说。渡船, 滚装船和杂货船) 对于纵倾的变化, 甚至更加敏感。

7 结论

受到燃油价格上涨和较低航速的新要求的驱动, 集装箱船的水动力学设计已经进入了又一层次的优化阶段。船东们和船舶营运者们更加注意的是超出“足够好”限度的规划船舶的优化, 新目标是“尽可能好”。

全世界的船模试验水池都在努力寻找每一条船的最佳答案, 同时考虑船舶的特殊需求和特殊边界条件。船体线型利用自动软件工具、船模试验以及 (最后, 但并非最不重要的一点是) 船模试验水池员工的丰富经验加以优化。

汉堡水池 (HSVA) , 凭借其大型试验设施 (空泡水洞HYKAT, 300m长的拖曳水池及完全现代化的控制测量系统) 正在参与和推动水动力学领域尖端技术的开发, 比如, 从螺旋桨尾流中回收损失能量的节能装置的开发和优化。

大型钢筋混凝土水池篇7

1 地下水池结构经济性设计关键点

大型地下水池结构经济性设计要尊重水池所在地的地质条件、地形特征、水文状况等。并在此基础上进行科学取材、设计, 结合水池受力特征, 水池尺寸大小等来优选合适的结构形态, 大型地下水池通常适合选择现浇混凝土水池的设计方案。

大型地下水池结构经济性设计必须建立在满足水池强度要求、抗裂性规定、稳定性、抗渗性等基础上, 其中载荷的优化组合是关键。经济性设计则要重点从池壁厚度设计、底板设计等方面出发, 优化布局、科学设计, 从整体上提高地下水池结构设计的经济性、合理性。

2 地下水池结构的经济性设计方法

2.1 水池壁厚设计

大型地下水池通常选择混凝土水池, 一般根据水池所处位置、池壁板类型等来选择水池池壁厚度, 而且要严格参照《地下工程防水技术规程》中的相关规定进行科学、合理地设计。为了达到经济性效果, 壁厚通常控制在20~50cm, 根据水池深度来具体取值, 水池深度<3m, 取小值, 相反, 深度>3m, 则取大值。当地下水池较大时, 为了控制成本要杜绝持续增加池壁厚度的方法, 例如:水池深度>6m, 则应增设梁柱支撑来减小池壁的荷载, 以此来控制池壁厚度, 减少施工成本。然而, 地下水池厚度有一个最小极限值, 不能小于20cm, 对于上方有墙体的水池, 厚度则要≧25cm, 大量的工程表明:这样的尺寸设计与把握不仅能够达到一定的经济性目的, 也能有效防止裂缝的出现, 预防水池结构变形。

2.2 水池底板设计

大型地下水池的底板一般采用整体式底板, 即做成筏板基础。

底板作为水池的底部构造, 要确保具有一定的厚度, 通常按1.2~1.5b池壁厚度来计算、选型。底板做成筏板基础, 这样才能发挥底板对地下水池地基的牢固功能, 同时也增加了水池自重和荷载能力、提高防渗漏功能, 所以无须加厚池壁, 从而满足经济性的要求。底板厚度要结合池壁厚度进行计算, 弯距分配, 底板较厚通常不会对弯矩分配带来明显的影响, 但可能对池壁带来影响, 导致池壁根部配筋的增加。

水池底板采用弹性地基板计算, 并不适合采用地基反力法。池壁顶端走道板的支撑对池壁计算模式的影响, 以及走道板本身的计算;还有水池有时也要求进行抗震计算, 例如:一些地下与地上高度比相差较大的泵房, 以及地面水池的拉弯计算及温度及壁面温差应力的计算等。水平肋梁加池内型钢混凝土拉梁, 才把厚度降到700mm, 仍配筋配到22◎100。这一系列复杂的计算, 只为确大型地下水池设计及施工的科学性和经济性。

2.3 地下水池受力钢筋保护层厚度

参照地下防水工程规程中的相关规定, 大型地下水池迎水面钢筋保护层厚度要在50mm以上, 实际的钢筋混凝土保护层最小厚度取值如下表:

应该切实参照地下水池相关规程的规定来设计钢筋保护层的厚度, 结合以往的地下水池施工经验, 保护层≦50mm, 如果质地过薄, 则无法发挥保护功效, 甚至可能随着水池施工的进展逐渐开裂。具体的保护层取值应该参照水池结构特点、设计标准等来进行, 具体标准为:迎水面设置30~40mm保护层+20mm防水砂浆层, 这样一方面可以控制水池壁的厚度, 达到经济性的目的, 另一方面也为水池施工创造了便利条件, 最重要的是防水砂浆能够有效保护水池结构主体, 达到安全防护、防水的目标。

2.4 地下水池的抗浮设计

对于地下水池抗浮设计, 一般有以下几种方法:自重抗浮, 压重抗浮, 基底配重抗浮, 打抗拔桩抗浮等。但是对于增设梁柱底板成筏, 缩小池壁厚的大型地下水池而言, 由于水池自重减小, 应选择基底配重抗浮和打抗拔桩抗浮的方法。基底配重抗浮即在水池底板下设置重混凝土, 通过底板与混凝土的连接来达到抗浮的目的。如果所需石材能就地采集, 则相当经济。打抗拔桩抗浮法对于大型地水池抗浮效果显著, 不仅可满足水池的整体抗浮需要, 还能过科学布桩解决水池的局部抗浮问题, 抗拔桩宜采用小桩密布的方法, 桩长应尽量小于在单节长度, 这样可节省造价和接桩费用, 达到节省资金的目的。

4 结语

大型地下水池结构的经济性设计要重点从底板设计、侧壁设计两大方面出发来科学布局、合理把握, 要尽量控制底板厚度、侧壁厚度, 可以通过增设梁柱的方式和方法达到这一目标, 这样才能有效提升地下水池结构经济性, 达到预期的设计目的。

参考文献

[1]刘健行.郭先瑚.苏景春.给水排水工程结构.北京:中国建筑工业出版社, 2012.

大型泵闸进出水池流态数值模拟篇8

我国目前城市供水需求量正逐渐增大,越来越庞大的给排水系统导致泵闸数量猛增。城市泵站数量的不断增多、规模不断增大需要面对城市用地紧张的问题。泵闸合建的形式可以有效地利用土地资源,同时降低运行以及管理所需要的费用成本[1]。但由于结构布置上存在不可避免的缺陷,存在回流、偏流等现象,这些水流问题就对枢纽的运行效率产生了影响[2,3,4]。因此针对水流问题探索分析,提出有效可行的改善措施,已成为目前重要的研究方向。

在泵闸结合布置设计中,根据河道形式、规模大小以及水流环境等条件,一般有:平面小对称布置,平面对称布置,立面分层布置[5]。本文中所模拟枢纽即属于平面小对称布置,将泵站与水闸分别布置于河道两侧,有利于泵站机电设备安装和管理维护。

模型试验和数值仿真计算是目前针对水利枢纽中水流流态分析的两种常用方法。模型试验结果真实可信,既可以解决实际工程问题,又能为理论分析和数值模拟提供一定的基础,是目前一种重要的研究途径。但物模试验成本较高,试验周期长,一般仅针对某个工程项目来研究,结果存在一定的局限性。数值模拟能够很好地克服上述限制,利用计算机进行多工况的数值试验,更加灵活方便,但其中一些参数的选定仍需要进一步的研究以验证。所以,物模与数模结果可以共同考虑,相互验证。

本文结合上海朱泖河泵闸工程,针对因结构布置上要满足该泵闸双向运行条件而产生的较复杂的水流问题,采用三维有限元计算手段[6,7]模拟了泵闸的运行时进出水池的水流状况,并将结果与物理模型试验相对比,验证了数值模拟结果的合理性,并进一步改进设计方案,有效地改善了水流条件。

2 工程概况

朱泖河泵闸工程采用泵站和节制闸并列布置,泵站和节制闸分别布置在西、东两侧。泵站和节制闸轴线(垂直水流方向)距离外河侧东泖河约135 m。泵站为双向泵站,功能为排涝及引水进行水资源调度。泵型为4台竖井式贯流泵,单泵流量10 m3/s,设计流量40 m3/s。泵站垂直水流方向总宽27.6 m,顺水流方向长29.0 m。工程平面布置见图1。

3 数值模拟

本文应用Fluent6.3商业软件对泵站进行稳态三维湍流流动的数值模拟,选取泵站运行引水工况(外河侧水位1.95 m,内河侧水位2.06 m,设计流量40 m3/s),采用有限体积法进行离散,离散格式设为二阶精度和二阶迎风格式,利用全隐式多重网格分离式求解技术和SIMPLE算法进行流场数值计算[8]。模型分为内河侧至泵室段与外河侧至泵室段两部分(如图2、图3)。网格形式为四面体非结构化网格,网格数约为150万。

3.1 控制方程

泵站三维湍流流动数值模拟的控制方程,包括连续性方程、动量方程及k-ε方程。

雷诺平均纳维-斯托克斯方程:

${\begin{cases} \nabla \cdot u = 0 \\ ρ \frac{d u}{d t} = ρ F - \nabla p + μ \nabla^{2} u \end{cases} (1)$

式中:ρ为流体密度;μ为流体的动力黏滞系数;u为流体的速度;F为质量力。

紊流模型的k-ε方程:

$\begin{array}{l} ρ \frac{D k}{D t} = \frac{\partial}{\partial x_{j}} (α_{k} μ_{e f f} \frac{\partial k}{\partial x_{j}}) + G_{k} - ρ ε (2) \\ ρ \frac{D ε}{D t} = \frac{\partial}{\partial x_{j}} (α_{ε} μ_{e f f} \frac{\partial ε}{\partial x_{j}}) + C_{1 ε} \frac{ε}{R} G_{k} - C_{2 ε} \frac{ε^{2}}{k} (3) \end{array}$

式中:αk,α为有效普朗特数;μeff为有效粘性系数。

3.2 边界条件

3.2.1 进口边界条件

计算流量已知,近似认为水流来流速度在整个进口断面上均匀分布,外河侧模型与内河侧模型均采用速度进口边界条件[9]。

3.2.2 出口边界条件

将外河侧模型的出口断面设置在泵的转轮前,不考虑泵对泵站流态的影响,流量已知,故而计算流场的出口采用速度出口边界条件。内河侧模型出口水流充分发展,采用自由出流边界条件。

3.2.3 自由水面

将枢纽上表面作为自由水面,不考虑水面风引起的切应力及与大气层的热交换,采用刚盖假定[10]来处理。

3.2.4 固壁边界

把除进出口和自由水面外的与水交接的界面视为固体壁面,在固壁面上相对速度为零。对紧靠固壁处应用壁面函数[11]处理其结点的紊流特性。

4 计算成果及分析

图4、图5为选取的设计引水工况下,数值模拟结果与物模试验结果的对比图。与物模试验对比发现,进出水池水流规律一致,各对应点流速值有差异,数值计算结果略微偏小,平均误差小于±10%(见表1、表2)。

鉴于数值模拟结果和物模试验结果的水流规律一致,流速值存在较小的差异,而本主要考虑泵站整体水流流态,故数值模拟结果是可信的,所选参数符合实际,用数值方法模拟泵站运行方案是可行的。

图6、图7分别为设计引水工况下内、外河侧的数值模拟流线。水流从外河侧平顺流入,至泵站前左侧水流沿侧墙平顺进入泵站进水池,右侧在闸前逐步收缩,绕泵闸分隔墙头进入泵站近闸机组进水池,近闸机组进水池进口处流速分布左大右小;内河侧泵站出流左侧沿侧墙平顺流入内河,右侧水流图突扩,在水闸侧形成回流区,由于泵站出流宽度明显大于水闸出尾宽度且出流流速较低,闸后回流区长度较短。

从数值模拟结果可以看出,设计方案枢纽总体布置在泵站运行工况下水流流态稳定,没有过多的漩涡存在。但由于泵闸导流隔墙会使水流经墙端绕流,导致泵闸前存在一定范围的回流区,影响靠近水闸段机组进流流量分布的均匀性,应当采取适当工程措施来削弱绕流现象。

5 改进方案

由于泵站引水时受绕流影响,近闸机组进水池流速分布不均。现拟延长进水池,调整现有机组间分隔墩来均化水泵流道进口的流速分布。延长泵闸隔墙,并在与隔墙前端齐平的位置设置3个导流墩,具体布置形式见图8。

图9为数值计算得到的修改后的进水池水流流线图,从图中可以看到,导流墩对闸前河道来流收缩绕泵闸隔墙头部进入前池的绕流进行分割,并强迫其转向沿导流墩方向流向进水池,虽然近闸侧仍存在回流区,但经导流墩后,进水池前的空间调整,进水池流速分布(如图10)较原方案更为均匀,说明该修改方案是可行的。

6 结语

(1)本文利用Fluent6.3商业软件对大型双向泵闸枢纽进行设计运行工况下的三维稳态数值模拟,与物模试验对比,数模结果较准确地模拟了泵站实际运行的水流流态。

(2)针对泵闸枢纽运行时进水池出现的绕流现象提出改进

措施,并通过数值模拟方法验证了该措施的可行性。

(3)利用数值模拟的方法可以方便地对泵站物理模型试验给予参考和评价,并可为其后的水力优化设计提供帮助。

参考文献

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后张预应力混凝土水池类结构设计篇9

关键词：预应力；水池；结构设计

中图分类号： TB21文献标识码：A文章编号：1674-0432（2010）-12-0335-2

0 引言

适用性：預应力水池可以浇注成任何形状以适应于场地及工艺的需要。

经济性：预应力钢绞线（抗拉强度设计值为1860Mpa）比普通钢筋（抗拉强度设计值为235Mpa）强度高很多。因此，预应力水池的底板、池壁和顶板可以设计的很薄。而且可以取消全钢水池高额的周期性防腐费用。

防水性：预应力水池取消了温度伸缩缝、施工缝。特别是取消了底板中缝（渗漏很普遍）并对底板施加预应力，可最大限度地提高水池的防水性能，彻底避免水池的渗漏问题。

长期耐久性：预应力可避免混凝土的收缩裂缝，因此可保护普通钢筋。同时，由于有粘结和无粘结钢绞线都有钢管或高密度聚乙烯塑料管等不透水材料包裹，因此，预应力钢绞线被腐蚀是不可能发生的。

施工周期短：预应力水池底板没有温度伸缩缝，因此可一次浇注完毕。一般100mm×100m的水池底板可在24小时内完成混凝土浇注。池壁可分段或一次浇注完毕，顶板可一次浇注完毕。因此，预应力水池比普通水池施工速度快。

正是由于预应力水池的上述特点，它在全世界越来越受到广泛的赞誉，特别是一些有远见的业主和工程师都愿意用后张预应力技术来解决水池渗漏这一世界难题。本篇文章给出的多个新颖的预应力水池结构是由美国克罗拉多州丹佛市Jorgensen&Close结构工程设计公司设计的。该结构设计公司一直是世界范围内预应力水池结构设计的领导者。

1 圆形水池

近一段时期，预应力水池只应用于圆形水池中。从1964年起Jorgensen & Close 结构工程设计公司在世界五个国家共设计过125个预应力圆形水池，容积从10万到1亿加仑。这些预应力圆形水池主要用于清水池、沉淀池和消化池。

2 带圆角的矩形清水池

Jorgensen&Close结构工程设计公司为俄亥俄州、哥伦布市的Hap Cremean净水厂设计了6个预应力水清水池，其总容积超过4800万加仑。原来设想用圆形预应力水池，这是当时普遍采用的。但后来发现没有足够的场地来建造圆形的水池，只能采用矩形水池。经过仔细研究Jorgensen&Close结构工程设计公司提出了矩形水池加圆角的预应力水清水池方案。这样，带圆角的矩形预应力水池的施工就象圆形水池一样容易。根据带圆角的矩形预应力水池这一有划时代意义的概念，原来预想的两个圆形水池被设计成了5个带圆角的矩形预应力水池，很好地适用了该水厂狭小的场地。详见图1，图中显示的是4个带圆角的矩形预应力水池不同施工阶段的情况。图2显示的是中国大连市79m×29m×6.9m带圆角矩形预应力清水池的施工情况。

3 敞口矩形预应力水池

后张预应力混凝土特别适用于大型敞口矩形污水处理水池，如：曝气池、反应池、SBR池等。这样的预应力水池的平面尺寸已超过100m×100m以上。此外，Jorgensen&Close结构工程设计公司与中国市政工程东北设计研究院设计的预应力水池采用整体设计施工技术，没有施工缝，没有温度伸缩缝或后浇带。预应力混凝土水池不产生裂缝，主要靠对底板、池壁所采取的特殊滑动措施和不同阶段的预先张拉技术。图3显示的是中国哈尔滨市116.0m×61.2m×7.0m矩形预应力曝气池的施工情况。

4 结语

总之，预应力混凝土可以适合于各种水池。预应力水池比传统水池更经济，特别是相对于具有高额防腐涂料的钢结构水池。预应力钢绞线独有的三面防水可以彻底保证钢材不被腐蚀。由于预应力水池取消了施工缝、温度伸缩缝，而且混凝土底板、池壁始终受压，因此，可以最大限度地提高池体的耐久性，使预应力水池的抗渗性得到充分的保证。

钢筋混凝土水池结构检测研究篇10

钢筋混凝土水池结构应用于盛水构筑物, 常见于市政水处理设施 (自来水厂及污水厂的水处理构筑物) 、工业及民用储水构筑物。钢筋混凝土水池常年处于易腐蚀环境中, 尤其是污水处理工程中的钢筋混凝土水池更是与腐蚀性液体直接接触。这就造成了钢筋混凝土水池容易出现被腐蚀的情况, 降低了钢筋混凝土水池的使用寿命。较早建成的污水处理构筑物中的钢筋混凝土水池被腐蚀的情况更加严重。要鉴定被腐蚀或者使用年限较长的钢筋混凝土水池是否能够继续正常使用, 就需要对该类钢筋混凝土水池进行检测。

2 检测内容

《工业建筑可靠性鉴定标准》中规定, 检测应包括地基基础、上部结构及围护结构的检测[1]。对钢筋混凝土水池而言, 由于其没有围护结构, 故检测只包括地基基础及上部结构的检测。对地基基础的检测主要包括:沉降量、上部结构倾斜、扭曲和裂损情况。对上部结构的检测主要包括:结构整体性;结构材料性能;结构缺陷、损伤和腐蚀;结构变形等。另外, 《混凝土结构工程施工质量验收规范》中也对钢筋分项工程及混凝土分项工程的质量验收做了规定。

相关规范中规定, 对一般钢筋混凝土水池进行设计的过程中, 应进行以下项目的计算:

1) 地基承载力计算。

2) 抗浮计算。

3) 水池正常使用极限状态及承载力极限状态计算。

根据以上规范所规定的内容, 我们可以总结出钢筋混凝土水池结构检测的检测项目:

1) 资料检查。对已有地质勘察报告、设计文件、材料质量文件、工程验收文件进行检查。

2) 外观检查。对钢筋混凝土水池池体进行外观检查, 检查其结构尺寸、是否存在蜂窝麻面、混凝土脱落、露筋空洞、机械损伤、裂缝、止水带破损等情况。

3) 材料性能检查。对混凝土碳化深度、混凝土强度、钢筋强度、钢筋配筋率等进行检查。

4) 地基检查。必要时对钢筋混凝土水池所作用的地基进行取样, 检测其土质构成及承载力。

5) 承载力校核。分别校核最不利工况下地基承载力、钢筋混凝土水池抗浮能力、钢筋混凝土水池主体结构的正常使用极限状态和承载力极限状态是否满足规范要求。对于某些形式的钢筋混凝土水池, 如挡水墙式、扶壁式的钢筋混凝土水池, 还需校核壁板的抗倾覆能力和抗滑移能力[2]。

3 检测方法

3.1 资料检查

资料检查要求通过已有资料的检查, 了解原设计的合理性、原设计中各参数的取值、施工质量的优劣、建筑材料是否符合设计要求。

其中需要检查的已有资料主要有:地质勘察报告、桩基检验报告、结构施工图、结构计算书、工程质量验收报告、钢筋质量报告、混凝土质量报告、止水带质量报告等。

其中需要了解的设计参数主要有:地基土质情况 (是否有湿陷性黄土等不利地质情况) 、地基土承载力、地下水位、最不利工况下的荷载取值、钢筋等级、混凝土标号等。

3.2 外观检查

可通过肉眼对蜂窝麻面、混凝土脱落、露筋空洞、机械损伤、止水带破损等情况进行检查。

对于钢筋混凝土水池主体结构倾斜可通过经纬仪进行检查。对于水池主体结构的变形挠度可通过经纬仪或者千分表进行检查。电子经纬仪的精度可以达到2″, 千分表的精度可达到0.01 mm, 能够满足检测对于精度的要求。

对于水池主体结构裂缝的观测, 可以通过肉眼观测。当裂缝较小时, 可以通过裂缝观测仪进行观测。裂缝观测仪的裂缝测量范围是0 mm~6 mm, 测量精度是0.01 mm, 能够满足检测对于精度的要求。

需要指出的是, 主体结构倾斜、裂缝、变形的检查都应在水池结构处于最不利荷载作用下进行检测。

3.3 材料性能检查

对于混凝土标号的检查, 目前一般通过取芯或混凝土回弹仪进行检查。

混凝土取芯是指在混凝土结构中取直径为100 mm的标准芯试块进行抗压试验, 以确定混凝土强度。进行混凝土取芯时, 应符合《钻芯法检测混凝土强度技术规程》。

对于钢筋配筋率的检查可以采用多功能钢筋监测仪进行检查。该工具还可以检查钢筋的锈蚀率。

3.4 地基检查

一般情况, 建成时间较长的水池通过检查水池池壁的倾斜程度、水池的沉降量来判断地基承载力是否符合要求。

若水池建成时间较短, 或者水池沉降量、倾斜程度不符合规范要求, 我们还要通过类似地质勘察的方法对地基土进行取样, 通过试验来确定地基土实际的地基承载力。

3.5 承载力校核

采用静载试验的方法, 对钢筋混凝土水池施加最不利荷载, 测量加载后水池 (主要是池壁) 主要控制点的位移、应变。通过计算软件计算水池结构的内力, 根据相关规范要求结合试验所得数据进行分析, 来验算结构承载力。

一般情况下, 水池的静载试验是通过满水试验实现的。满水试验时, 注水应分三次进行, 且每次注水的水量不应超过设计水量的1/3。

池壁应变的测量一般采用应变计进行。应变计的位置一般在池壁底部、中部、水池角隅处, 因为这几处一般是钢筋混凝土水池配筋的控制位置。

钢筋混凝土水池内力分析的主要步骤有:

1) 根据应变计测得的应变, 通过Δσ=E·Δε计算出所测构件的应力。

2) 通过有限元软件 (ANSYS、迈达斯等) 计算出构件应力。

3) 通过实测应力与计算应力的比较, 来分析承载力状况。实测应力的变化趋势应与计算应力的变化趋势相符, 这才能表明试验的模拟情况较为真实。若实测应力的变化趋势与计算应力的变化趋势不相符, 则试验失效。在趋势相似的情况下, 若试验应力小于计算应力, 则表明结构承载力有富余量, 结构偏安全。若试验应力大于计算应力, 则结构承载能力达不到设计要求, 结构偏不安全。

另外, 结构内力的分析还可利用较为简便的弯矩计算工具 (如理正结构工具箱) 通过对比结构弯矩来校核承载力。软件计算的构件弯矩记为M1, 试验测得的弯矩记为M2。若M2<M1, 则结构偏安全, 若M2>M1, 则结构偏不安全。

M2的计算公式如下:

其中:

其中, E为钢筋混凝土的等效弹性模量, E= (E1I1+E2I2) /I;E1为混凝土弹性模量;I1为混凝土截面惯性矩;E2为钢筋弹性模量;I2为钢筋截面惯性矩;I为钢筋混凝土截面惯性矩。

另外E的计算还可由E=B/I计算得出。其中B为钢筋混凝土构件刚度, 其计算公式可参见相关规范。

4 检测实例

江苏某工业水厂建成8年后一直未运营, 现需开始运营, 为保证结构的安全性, 对其结构安全性进行检测。水厂采用混凝→沉淀→过滤的传统工艺, 主要盛水构筑物有混凝沉淀池、滤池、清水池、输水泵房。

通过资料检查, 核对了水厂的地质勘察报告、设计文件、竣工资料、质量报告, 未发现明显瑕疵, 原设计符合规范要求。通过外观检测, 未发现构筑物主体结构有明显倾斜、蜂窝麻面、机械损伤、露筋及止水带破损等情况。

通过混凝土回弹, 混凝土强度符合设计要求, 混凝土强度为C30。通过钢筋检测仪检测, 钢筋配筋率符合要求, 并且未发现被腐蚀。

通过满水试验过程中的裂缝观测, 池体裂缝宽度小于0.15 mm, 符合规范要求。满水试验后, 池体无明显倾斜, 变形。通过对比现状池顶标高与设计标高, 池体沉降量符合规范要求。

通过验算, 本水厂各构筑物地基承载力、抗浮能力符合规范要求。

本水厂滤池池壁高5 m, 长30 m, 厚0.4 m, 池内常水位4.5 m, 可按照挡水墙考虑。其满水试验主要检测控制点为池壁根部、常水位中部池壁。此两点所测弯矩M2及计算所得弯矩M1如表1所示。