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時間：2023-08-09 09:20:31
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Abstract: water supply and drainage engineering structure durability for the protection of substation in sewage discharge is very important, therefore, this article through to the transformer substation engineering structure durability design were analyzed, including construction materials, construction quality and the use of the environment, structure and service life of several put forward related suggestions.
Key words: water supply and drainage engineering; substation; durability; analysis; suggestions
中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A文章編號：
引言
變電站排水工程主要包括污水排水管道及檢查井等，一般都是使用鋼筋混凝土材料進行設(shè)計。
變電站排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計存在的問題
1.設(shè)計理念落后
目前，在各個行業(yè)中都普遍存在著設(shè)計人員對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計意識不強的現(xiàn)象。耐久性和強度作為混凝土的兩大基本特性，但是，大部分設(shè)計人員由于對混凝土耐久重要性的認識不強，導致其過分注重其裂縫及承載力的設(shè)計，也就是說將混凝土的強度設(shè)計作為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。設(shè)計中的表現(xiàn)尚且如此，更何談在實際施工中采取有關(guān)措施提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。同時，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在我國眾多使用混凝土就夠的行業(yè)，設(shè)計普遍達不到預期的效果，正是由于設(shè)計人員在設(shè)計中對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性意識不強，從而導致了混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命大大的減低，這種現(xiàn)象尤其表現(xiàn)在外部環(huán)境比較惡劣的地區(qū)。
排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范存在的問題
目前，有關(guān)給排水工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的主要規(guī)范中，有的沒有對混凝土耐久性設(shè)計規(guī)范進行考慮，有的雖然提及了，但不是很明確，甚至有的規(guī)范中對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的要求不盡相同，就有關(guān)的主要規(guī)范中的這些問題來看，除了無法給設(shè)計人員提供依據(jù)且造成其無所適從之外，更說明了研究人員對此仍缺乏深入的定量分析。
給變電站排水工程耐久性設(shè)計的建議
做好變電站排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，首先，設(shè)計人員應(yīng)當在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時對其結(jié)構(gòu)耐久性和強度兩方面的重視程度都要保持均衡，而且要根據(jù)不同的環(huán)境對設(shè)計進行改善，深刻理解混凝土結(jié)構(gòu)耐久性對于排水工程乃至我國各類工程發(fā)展的重要作用。
1.有關(guān)結(jié)構(gòu)的使用年限
目前，混凝土在各個行業(yè)中應(yīng)經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，但是，在其近百年的使用過程中，尚沒有關(guān)于其建筑物在無修狀態(tài)下的使用年限的規(guī)定。根據(jù)我國相關(guān)規(guī)范的要求，混凝土結(jié)構(gòu)在無修狀態(tài)下的使用年限都在50~100年左右，因此，本文建議變電站排水工程設(shè)計的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性應(yīng)當保持在50~100年。而且，排水工程的混凝土結(jié)構(gòu)長期處于污水浸泡及地質(zhì)環(huán)境的影響下，因而，電力系統(tǒng)負責人在該變電站排水工程建設(shè)前，應(yīng)當在與承包者談判時，要求其最少保證變電站排水工程結(jié)構(gòu)耐久性為50年。
有關(guān)環(huán)境的類別
變電站排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計人員應(yīng)當對變電站所排污水及地質(zhì)環(huán)境進行了解，并且將了解的結(jié)果和有關(guān)的規(guī)范標準進行比對，同時從混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和強度兩方面出發(fā)，對變電站排水工程結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計。尤其是對變電站的污水水質(zhì)情況要進行充分的了解，包括污水中可能出現(xiàn)的各種腐蝕性化合物及元素對混凝土結(jié)構(gòu)造成的危害，以保證排水工程耐久性和強度為核心，保證變電站排水工程能夠在無修狀態(tài)下滿足設(shè)計的使用年限。
變電站排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計中混凝土材料及其構(gòu)造的要求
包括混凝土材料的抗?jié)B等級和強度等級、抗凍等級及最小水泥用量、最大含堿量及最大水膠比、最大氯離子含量等都是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的要求。然而這些要求在相關(guān)的規(guī)范中的要求都比較簡單甚至不全，因此，設(shè)計人員應(yīng)當通過實際施工要求結(jié)合多方面的規(guī)范進行設(shè)計。包括伸縮縫的設(shè)置和裂縫控制寬度、最小配筋率和鋼筋錨固劑連接、鋼筋分布規(guī)定和鋼筋保護層厚度等一些其他別的規(guī)定都是混凝土構(gòu)造的要求。雖然部分規(guī)范中對于這些給出了具體的要求，但是其中對環(huán)境因素的影響沒有進行要求。因此本文建議設(shè)計人員在滿足變電站混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進行設(shè)計時，應(yīng)當參考《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》，其中對于混凝土構(gòu)造的規(guī)定要求，在適用變電站排水工程實際使用方面有比較充分的考慮，能夠有效的幫助設(shè)計人員進行排水工程結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計。
變電站排水工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性關(guān)于施工質(zhì)量的建議
排水工程施工包括材料質(zhì)量和施工質(zhì)量兩個方面，首先，變電站排水工程混凝土結(jié)構(gòu)施工單位應(yīng)當對材料進行嚴格的檢測，保證混凝土材料滿足施工及使用要求。在混凝土結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)當保證混凝土結(jié)構(gòu)表層的均勻性和密實性，而且應(yīng)當進行良好的養(yǎng)護，同時，保證準確的對混凝土表層厚度進行施工，還包括混凝土后澆筑帶及各類構(gòu)造縫的澆筑質(zhì)量。需要指出的是，在冬季進行排水工程混凝土結(jié)構(gòu)進行養(yǎng)護，會對其結(jié)構(gòu)耐久性造成一定的影響。但是，在目前有關(guān)給排水工程施工質(zhì)量的規(guī)范中對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性沒有特殊的要求。因此本文建議施工技術(shù)人員可同時參考《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》和中國土木工程學會標準《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》中的有關(guān)規(guī)定要求，以便為更好地進行變電站排水工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的施工。
總結(jié)
排水工程是變電站整個工程項目中重要的一部分，其結(jié)構(gòu)的強度和耐久性對于變電站的正常運轉(zhuǎn)都起到關(guān)鍵的作用。對于目前排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計耐久性方面存在的缺陷，包括相關(guān)規(guī)范中對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的不明確等現(xiàn)象，都是制約排水工程發(fā)展的重要因素，可以看出，排水工程整個行業(yè)的發(fā)展仍需各個階層人員的進一步努力。
Abstract: this article from the reinforced concrete crack width, the calculation with the basic theory, based on the concrete structure design rules "(GBS0010-2002) and the water supply and drainage engineering structures structure design rules" (GB50069-2002) concrete crack width in the comparison of the calculation method, this paper explains the above standard in the place of the similarities and differences of crack width, and combined with engineering example, the results calculated the analysis and comparison, water and wastewater engineering to explore the reinforced concrete structure crack width, the calculation model.
Keywords: reinforced concrete structure;crack width; calculation
中圖分類號：TU37文獻標識碼：A 文章編號：
給水排水工程中的各種構(gòu)筑物，使用時主要處于盛水或潮濕的環(huán)境下，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中防滲、防漏和耐久性是必須考慮的重要因素。為了確保結(jié)構(gòu)具備良好的防滲、防漏性能，滿足設(shè)計要求的耐久性，《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對在正常使用極限狀態(tài)下鋼筋混凝土構(gòu)筑物構(gòu)件的最大裂縫寬度限值做了嚴格的規(guī)定。最大裂縫寬度的計算就成為給水排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要的一個內(nèi)容。隨著新修訂的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)和《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50069—2002)的頒布實施，兩規(guī)范均對鋼筋混凝土構(gòu)件最大裂縫寬度計算模式進行了修訂，本文將從鋼筋混凝土裂縫寬度計算基本理論人手，對兩種規(guī)范裂縫寬度驗算模式進行比較，并結(jié)合具體的工程算例對計算結(jié)果進行比較分析，來探討給水排水工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度計算模式。
1裂縫寬度計算理論
1．1裂縫開展機制
由于混凝土抗拉強度很低，受拉性能較差，所以在荷載作用下極易開裂。由于受彎構(gòu)件下部受拉鋼筋與周圍混凝土的受力情況類同軸心受拉構(gòu)件，現(xiàn)以軸心受拉構(gòu)件為例來研究裂縫開展機制。
最初混凝土受拉后，裂縫的形成是隨機的。構(gòu)件受力后，混凝土中拉應(yīng)力超過幾處薄弱截面混凝土的抗拉強度后就開裂，于是在裂縫處混凝土和鋼筋之間產(chǎn)生滑移，混凝土應(yīng)力為零，全部外力均由鋼筋承受。在裂縫之間的混凝土仍能承受拉應(yīng)力。這些拉應(yīng)力是通過混凝土的黏結(jié)力從裂縫截面處的鋼筋傳遞過去的。裂縫間的黏結(jié)應(yīng)力分布情況及其大小就決定了裂縫之間鋼筋和混凝土拉應(yīng)力的分布。當外荷載繼續(xù)增大時，在初始裂縫之間還可能形成新的裂縫，但裂縫間距只能縮短到一定限度為止。
1．2平均裂縫寬度計算
裂縫寬度是裂縫出現(xiàn)后，在兩條裂縫之間受拉鋼筋與相同水平處受拉混凝土伸長值的差值。因此，平均裂縫寬度即為該裂縫間鋼筋平均伸長值與混凝土平均伸長值的差值，即
（1）
式中——平均裂縫寬度；
——縱向受拉鋼筋截面重心水平處鋼筋平均應(yīng)變，；
——裂縫處鋼筋的應(yīng)變；
——裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)；
縱向受拉鋼筋截面重心水平處混凝土平均應(yīng)變；
——裂縫處受拉鋼筋的應(yīng)力；
——鋼筋的彈性模量；
——混凝土自身伸長對裂縫寬度的影響系數(shù)，。
短期荷載作用下的最大裂縫寬度可由平均裂縫寬度乘以擴大系數(shù)求得，即
（2）
當考慮長期影響時，可再乘以長期影響擴大系數(shù)，即
（3）
1．3平均裂縫間距計算
假定兩條初始裂縫位于截面A及C處，間距為，沿AB長度如能通過黏結(jié)力從鋼筋中傳遞足夠拉力到混凝土，使B處混凝土拉應(yīng)力超過抗拉強度，則新裂縫在B處形成?？捎孟率奖硎?/p>
(4)
——有效受拉混凝土截面面積；
——混凝土開裂強度實測值；
——最小裂縫間距；
S——受拉鋼筋橫截面總周長；
——平均黏結(jié)應(yīng)力。
從式(4)可知，當≥時，在B處會形成新裂縫，反之在B處不會形成新裂縫，說明裂縫間距在及之間變動，平均間距約為。
如果鋼筋直徑相同，，式中As是鋼筋面積，d是鋼筋直徑，再用按混凝土受拉有效面積計算的配筋率代入（4），可得
（5）
試驗表明，混凝土黏結(jié)強度大致與混凝土抗拉強度成正比。因此可取寧為常數(shù)，于是可得
(6)
式中是——經(jīng)驗系數(shù)。
在推導式(6)時，假定在即將出現(xiàn)裂縫的截面處，受拉區(qū)混凝土的拉應(yīng)力是均勻的，然而實際的拉應(yīng)力分布并不均勻。由于混凝土和鋼筋的握裹，鋼筋對受拉張緊的混凝土的回縮起著約束作用，離鋼筋越遠約束作用越小。因此，隨著保護層厚度的增大，外表混凝土較靠近鋼筋內(nèi)芯混凝土所受的約束作用將越小。當出現(xiàn)第一條裂縫后，只有離開該裂縫較遠處的外表混凝土拉應(yīng)力才能增大到混凝土的抗拉強度，這時才可能出現(xiàn)第二條裂縫，亦即裂縫的間距和混凝土保護層的厚度有關(guān)。因此，在確定平均裂縫寬度時，必須考慮保護層厚度的影響。如果再計及鋼筋表面特征因素u后，式(6)可變?yōu)?/p>
（7）
式中c——混凝土凈保護層厚度；
k2——經(jīng)驗系數(shù)；
——與縱向鋼筋表面特征有關(guān)的系數(shù)。
2兩種規(guī)范裂縫寬度計算公式的比較
2.1《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)的算法
鋼筋混凝土受拉、受壓、受彎構(gòu)件，按荷載效應(yīng)的標準組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度按下式計算：
（8）
（9）
（10）
2．2《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50069—2002)的算法
受彎、大偏心受拉或受壓構(gòu)件的最大裂縫寬度，按下式計算：
（11）
建筑小區(qū)室外給排水工程設(shè)計處于建筑給排水和市政給排水設(shè)計領(lǐng)域的連接帶，容易被工程設(shè)計人員輕視，設(shè)計出來的產(chǎn)品質(zhì)量和適用度往往不是很好。同時，建筑小區(qū)的室外給排水工程設(shè)計所牽涉的規(guī)范和規(guī)程卻是最多的，既有建筑給排水設(shè)計方面的規(guī)范，又有市政給排水設(shè)計方面的規(guī)范，所涉及和考慮的知識面很廣，是鍛煉和考察一位給排水設(shè)計人員的知識面的最佳途徑之一。小區(qū)室外給排水設(shè)計的質(zhì)量，直接影響到小區(qū)今后的管理、維護和使用，而且會對小區(qū)的環(huán)境和衛(wèi)生質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。
1 小區(qū)室外給排水工程設(shè)計相關(guān)規(guī)范
首先，給排水工程的設(shè)計應(yīng)嚴格執(zhí)行相應(yīng)的國家現(xiàn)行規(guī)范，雖然目前現(xiàn)行的專門針對小區(qū)給排水系統(tǒng)的規(guī)范較少，但牽涉到的建筑和市政各自專業(yè)方面的規(guī)范較多，主要有《住宅小區(qū)給水排水設(shè)計規(guī)范》、《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》、《人民防空工程防火設(shè)計規(guī)范》、《室外給水設(shè)計規(guī)范》、《室外排水設(shè)計規(guī)范》、《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》和《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》、《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等。除此而外還應(yīng)在設(shè)計中參考和執(zhí)行針對工程材料和一些設(shè)計標準方面的現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程。
2 充分收集一切和給排水相關(guān)的小區(qū)環(huán)境情況
第一，了解一些當?shù)氐膶嶋H情況和供排水部門的政策法規(guī)，如給排水工程規(guī)劃情況、污水處理廠設(shè)置情況、氣候條件和設(shè)計暴雨強度公式，地質(zhì)基本情況，對化糞池、隔油池的設(shè)置要求，排水體制是雨污合流還是分流，供水運行情況，供水部門對水費計量方式的要求等等。
第二，了解設(shè)計小區(qū)地塊周邊市政管網(wǎng)供水方式是支狀供水還是環(huán)網(wǎng)供水，供水水壓如何，小區(qū)周邊市政供排水接駁口預留情況，包括市政給排水管接駁口的位置、管徑和標高，周邊是否有江河等自然水體，達到水體排放要求的雨水可直接排放到自然水體。
第三，了解小區(qū)內(nèi)各棟單體建筑的功能和用水量情況及各單體建筑的給排水設(shè)計圖紙，對整個小區(qū)各單體建筑之間的生活和消防供水系統(tǒng)的相互關(guān)系和系統(tǒng)分區(qū)要深入了解，對排水設(shè)計及處理要求也要了解。
第四，了解小區(qū)內(nèi)地下室和其它大型地下構(gòu)筑物設(shè)置情況，熟悉道路和景觀綠化配置情況，對其它各專業(yè)管線（如強電、弱電、燃氣等）設(shè)計圖紙和布置等情況要掌握。
3. 給排水系統(tǒng)設(shè)計的整體性和施工可行性
3.1 給排水系統(tǒng)的平均流量和峰值流量
在流量評估的時候，要分別計算小區(qū)的商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、綠化區(qū)等各個功能區(qū)的用水需求，包括平均用水量，單位時間（天、小時）峰值用水量，還要考慮到消防用水的需求量，得到小區(qū)用水需求總量，再結(jié)合成本預算和小區(qū)發(fā)展規(guī)劃，預留足夠的余量，就可以得到小區(qū)的給水系統(tǒng)流量需求。小區(qū)排水系統(tǒng)的流量一般設(shè)計為給水系統(tǒng)流量的百分之八十五。
3.2 小區(qū)入室管道的接口設(shè)計需求
在進行室外給排水系統(tǒng)設(shè)計時，必須充分考慮小區(qū)入室管道的接口需求，綜合小區(qū)各功能區(qū)的區(qū)域劃分及用水需求特點，合理布署室外給排水系統(tǒng)主管道在小區(qū)的分布，并規(guī)劃出合理的入室管道接口。
3.3 系統(tǒng)整體性
由于建設(shè)程序和小區(qū)建設(shè)流程，室外給排水設(shè)計往往是在單體建筑建成后才進行，設(shè)計人員在單體設(shè)計時由于各種原因，往往不注意單體設(shè)計與室外給排水設(shè)計的有機結(jié)合，在作室外給排水設(shè)計時才發(fā)現(xiàn)布管困難等問題，不得不采用一些違反規(guī)范的補救措施，在增加了工程的造價之外，還容易給小區(qū)建筑帶來一些缺陷和潛在的使用隱患。
在單體給排水設(shè)計時，出戶管預留位置和方向要有利于室外給排水設(shè)置與周邊市政管網(wǎng)情況的結(jié)合。如果有大型地下室上面作為交通通道或廣場時，盡量避免管線在其上面通過，特別是排水管。若確實無法避免，則在單體設(shè)計時就要保證地下室上面的覆土厚度可以滿足管線布設(shè)和地面雨水組織排放。其它專業(yè)管線出戶位置和預想室外設(shè)置位置在單體設(shè)計時就要和給排水專業(yè)管線錯開，以免各專業(yè)管線擠壓在同一位置或一狹小空間內(nèi)不利施工，甚至無法實施。在考慮室內(nèi)消防管網(wǎng)系統(tǒng)的水泵結(jié)合器的接出位置時要與室外總平結(jié)合，水泵結(jié)合器最好能設(shè)置在路口等明顯易于取用的地方。若有條件，各專業(yè)管線檢查井蓋最好設(shè)置在綠地里和人流交通視線死角，而不要或盡量減少設(shè)置在道路、廣場和交通主要通道上，這樣有利于美觀和施工，且井蓋的減少有利于道路和廣場等硬地面的經(jīng)久耐用。
4 管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃注意事項
小區(qū)給排水及綜合管網(wǎng)的規(guī)劃應(yīng)重點從以下幾個方面實施：
4.1 小區(qū)綜合管網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)計
全線敷設(shè)并實行全封閉管理。干、支線分支明確，干線管溝輸送，而支線直埋敷設(shè)。局部平面塞管部位設(shè)管溝過渡。綜合管溝設(shè)計特別適用于管網(wǎng)設(shè)計，是解決小區(qū)管網(wǎng)規(guī)劃問題的特殊手段。
4.2 做好小區(qū)綜合管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計過程中的質(zhì)量監(jiān)控
這一方面的質(zhì)量監(jiān)控主要包括平面上各管線的管位設(shè)置與分布、豎向上各管線的布局設(shè)計。對管溝斷面的設(shè)計要考慮管溝與外部管道相連接，并兼顧排水管橫向穿溝是否會影響溝內(nèi)管道斷面的布置，還應(yīng)考慮適當?shù)臄U容空間。
4.3 對土建施工質(zhì)量的監(jiān)督
地基軟硬不一時，采取措施對地基做相應(yīng)的處理。在變截面處應(yīng)對基礎(chǔ)進行加固處理，防止不均勻沉降。在地基上因軟土導致基坑放坡大時，應(yīng)采取相應(yīng)措施進行有效的護坡，以免影響周圍施工。
5 環(huán)保和節(jié)能
小區(qū)給排水設(shè)計應(yīng)盡量利用已有資源，減少造價，并盡量采用科技創(chuàng)新、節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品。消防水池盡量與景觀水景水池結(jié)合，若自然水體水質(zhì)和一年四季水位均滿足消防要求，則可利用自然水體。合理規(guī)劃各壓力設(shè)備和蓄水設(shè)備的位置，最大限度地利用自然壓力，實現(xiàn)盡可能多的供水需求。盡量利用周邊已建道路上的市政消火栓，減少室外消防管網(wǎng)敷設(shè)長度和消火栓數(shù)量。根據(jù)市網(wǎng)供水壓力情況，低樓層盡量利用市網(wǎng)壓力直接供水，若條件允許，經(jīng)當?shù)毓┧块T同意，高樓層也可采用管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備組件供水，以充分利用市網(wǎng)余壓，以利節(jié)能。熱水供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)充分利用太陽能這一綠色能源，根據(jù)當?shù)貧夂驐l件和工程造價選用合適的太陽能熱水系統(tǒng)。
6 結(jié)束語
建筑小區(qū)給排水工程設(shè)計雖然存在相互配合的專業(yè)和工種多，設(shè)計時間緊、前期資料不全等方面的困難，但設(shè)計工作還是要遵循做細做精的原則，盡量收集有關(guān)資料，做好前期與各專業(yè)和各工種設(shè)計人員的溝通，按照國家現(xiàn)行規(guī)范，使建筑小區(qū)給排水工程設(shè)計達到既滿足功能使用又經(jīng)濟節(jié)能的理想效果。
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[2]陳彤.淺議小區(qū)給排水及綜合管網(wǎng)設(shè)計[J].廈門科技，2003（1）： 46-48.
中圖分類號：TV文獻標識碼： A
隨著我國經(jīng)濟發(fā)展,國家對環(huán)境保護的日益重視,各地污水處理工程逐年增多。作為配套的土建結(jié)構(gòu)專業(yè)如何優(yōu)化設(shè)計,在滿足給排水工藝要求的前提下,既保證水池構(gòu)筑物今后的正常生產(chǎn)使用,又降低工程造價,是設(shè)計、施工人員面臨的共同任務(wù)。下面就設(shè)計中經(jīng)常遇到的一些水池構(gòu)筑物的問題,提出筆者的一些看法
1.設(shè)計地下水位的合理確定
水池構(gòu)筑物的設(shè)計與地下水位的標高密切相關(guān)。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯誤及抗浮不夠等工程事故也時有發(fā)生。地下水位不僅與土建設(shè)計有關(guān)，與水工藝設(shè)計也有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)行國家設(shè)計規(guī)范，地下水位應(yīng)根據(jù)地方水文資料，考慮可能出現(xiàn)的最高地下水位。一般設(shè)計均取用水文資料的最高地下水位。在50年設(shè)計基準期內(nèi)，一般水工構(gòu)筑物地下水可變作用的取用按“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準”原則確定，并不考慮罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地質(zhì)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。如果詳勘在當?shù)乜菟谶M行，所提供的地下水位標高將無法被設(shè)計取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)的失誤。設(shè)計人員應(yīng)詳實了解工程所在地的水文情況，對未滿足設(shè)計要求的地質(zhì)勘察報告要求予以補充。要求考慮當?shù)赜袩o暴雨、臺風影響，會否出現(xiàn)由于地表水不能及時排除而引起的地下水位提高。水工藝設(shè)計人員，應(yīng)結(jié)合對地下水位及地質(zhì)情況的了解，與土建設(shè)計人員一起決定各構(gòu)筑物的基底標高，綜合工藝流程要求、土建造價、運營成本、投產(chǎn)年限諸多因素，制定總體方案及各構(gòu)筑物方案，以求經(jīng)濟合理。例如當?shù)叵滤惠^高或地質(zhì)剖面有流沙層時，水工藝設(shè)計者應(yīng)考慮是否可適當抬高基底標高，減少浮力對結(jié)構(gòu)影響及避開流沙層。
2.構(gòu)筑物設(shè)置伸縮縫及后澆縫
2.1構(gòu)筑物伸縮縫及后澆帶的設(shè)置
根據(jù)設(shè)計規(guī)范，矩形構(gòu)筑物最大伸縮縫間距一般為20～30m。近年來,一方面水工藝要求設(shè)計的水池構(gòu)筑物長度已遠超過規(guī)范間距，另一方面隨著建筑材料、施工方法的改進，又為超長水池構(gòu)筑物不設(shè)縫、少設(shè)縫提供了可能。
(1)伸縮縫的設(shè)置[2]。一般水池類構(gòu)筑物設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)強度、裂縫開展寬度、抗浮等計算，一般均按規(guī)范要求考慮較好，但由于溫度、變形以及不均勻沉降引起開裂，在工程中常常遇到。大多出現(xiàn)裂縫的工程實例表明，設(shè)計對溫度、混凝土收縮變形等因素影響考慮欠缺是問題的主要原因:①水池類構(gòu)筑物并非必須保證不開裂,對設(shè)計人員來講重要的是做好裂縫的控制。一方面設(shè)計人員要事先對可能的不利因素及其影響予以預防，另一方面在施工過程中萬一發(fā)生較大裂縫也要有處理方法及技術(shù)措施，確保工程交付驗收及投產(chǎn)后的安全生產(chǎn)及運行需要。一般說來，影響裂縫的主要因素是溫差及混凝土的收縮，溫度越高越易開裂，裂縫的數(shù)量及寬度也越大；混凝土收縮越快也帶來同樣后果。②加強對允許伸縮縫間距的計算。從設(shè)計方案來講，設(shè)計盡可能采用無縫設(shè)計以滿足施工的連續(xù)性及減少施工難度。針對地基軟硬及溫差大小，選擇伸縮縫的間距。一般水池壁厚≤500mm時,設(shè)計不考慮水池熱的影響,主要考慮施工階段的最不利溫差和混凝土收縮產(chǎn)生的當量溫差,保證由于綜合溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力與混凝上相應(yīng)齡期的極限抗拉強度之比值符合安全要求，按此條件復核設(shè)計假定的伸縮縫間距是否滿足。
(2)后澆帶的做法。當設(shè)計較長矩形水池時,設(shè)計可采用后澆帶施工方法來減少混凝土收縮產(chǎn)生的當量溫差及不利溫差。后澆帶的設(shè)置可避免部分不利的施工前階段溫差及混凝土前期收縮產(chǎn)生的當量溫差,從而增大了構(gòu)筑物伸縮縫的允許間距?？紤]施工的難度,建議設(shè)計在后澆帶墊層混凝土上設(shè)置凹槽,這樣方便后期后澆帶的清理,雜物等可棄置于四槽,沖洗也方便。筆者在金川集團有限公司含重金屬離子污水處理站擴能改造工程的一級混合反應(yīng)沉淀池結(jié)構(gòu)設(shè)計中因水池結(jié)構(gòu)超長，采用了設(shè)置后澆帶的做法，并在混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶中摻入微膨脹劑UEA，依靠加強帶混凝土較大的膨脹應(yīng)變，補償兩側(cè)混凝土的溫差應(yīng)變及混凝土的收縮，使混凝土收縮當量溫差≤0，達到設(shè)計要求。
2.2 后澆縫的做法
當設(shè)計較長矩形水池時，設(shè)計可采用后澆縫或UEA加強帶等施工方法來減少混凝土收縮產(chǎn)生的當量溫差及不利溫差。后澆縫的設(shè)置可避免部分不利的施工前階段溫差及混凝土前期收縮產(chǎn)生的當量溫差，從而增大了構(gòu)筑物伸縮縫的允許間距?？紤]施工的難度，建議設(shè)計在后澆帶墊層混凝土上設(shè)置凹槽，這樣方便后期后澆帶的清理，雜物等可棄置于四槽，沖洗也方便。當設(shè)計采用UEA加強帶做法時，依靠加強帶混凝土較大的膨脹應(yīng)變，補償兩側(cè)混凝土的溫差應(yīng)變。設(shè)計可通過對UEA摻量的調(diào)配，補償混凝土的收縮，使混凝土收縮當量溫差≤0，同樣達到增大伸縮縫的允許間距目的。
3土建與給排水、設(shè)計與施工間的配合
在水池構(gòu)筑物設(shè)計中，給排水設(shè)計人員要了解土建一些設(shè)計要求，例如對較大水池壁與壁之間、壁板與底板之間的構(gòu)造加腋（八字角）要求。如工藝不允許加腋,應(yīng)向結(jié)構(gòu)設(shè)計人員講明。另一方面土建設(shè)計人員應(yīng)盡量滿足工藝要求,對較小水池可不加腋。設(shè)計應(yīng)以設(shè)計規(guī)范為依據(jù),專業(yè)之間互相配合,對一些構(gòu)造措施應(yīng)區(qū)別情況靈活掌握。設(shè)計人員還要了解施工,了解施工中新材料、新技術(shù)、新方法,了解施工順序,施工對設(shè)計的要求,使設(shè)計切合施工、方便施工。水池施工為便于支模及澆筑混凝土,一般在離池底及加腋以上300～500mm處留置施工縫,在此范圍盡量避免設(shè)計有予留洞、予埋管、懸挑梁板等。
4.土建與水工藝、設(shè)計與施工間的配合
在水池類水工構(gòu)筑物設(shè)計中，水工藝設(shè)計人員要了解土建一些設(shè)計要求，例如對較大水池壁與壁之間、壁板與底板之間的構(gòu)造加腋（八字角）要求。如水工藝不允許加腋，應(yīng)向土建設(shè)計人員講明。另一方面土建設(shè)計人員應(yīng)盡量滿足水工藝要求，對較小水池可不加腋。設(shè)計應(yīng)以設(shè)計規(guī)范為依據(jù)，專業(yè)之間互相配合，對一些構(gòu)造措施應(yīng)區(qū)別情況靈活掌握。
設(shè)計與施工息息相關(guān)。設(shè)計在中已考慮施工諸多因素，比如水灰比、用水量、混凝土養(yǎng)護天數(shù)、后澆帶間隔天數(shù)等等，這些設(shè)計條件必須要求施工逐一落實。而要做好這些又要求設(shè)計人員要了解施工，了解施工中新材料、新技術(shù)、新方法，了解施工順序，施工對設(shè)計的要求，使設(shè)計切合施工、方便施工。水池施工為便于支模及澆筑混凝土，一般在離池底及加腋以上300～500mm處留置施工縫，設(shè)計人員應(yīng)考慮施工要求，在此范圍避免設(shè)計有子留洞、予埋管、懸挑梁板等。
參考文獻：
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引言
鋼筋混凝土矩形水池作為常見的特種結(jié)構(gòu)類型，被廣范應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的給水、消防、排污工程中。在實際的工程設(shè)計中，應(yīng)充分對所設(shè)計誰吃的環(huán)境以及結(jié)構(gòu)特點進行分析，保證今后的正常生產(chǎn)使用，又降低工程造價。
鋼筋混凝土矩形水池一般由池壁、池底板和池頂蓋組成。
1.水池結(jié)構(gòu)設(shè)計假定
1.1 水池使用材料
在水工構(gòu)筑物的設(shè)計工程中,應(yīng)首先確定該水池的結(jié)構(gòu)類型,一般情況下半地下式及地下矩形水池,建議采用鋼筋混凝土材料。
貯水或水處理構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物的混凝土強度等級不應(yīng)低于C25;3.0.3.鋼筋混凝土構(gòu)筑物的抗?jié)B,宜以混凝土本身的密實性滿足抗?jié)B要求?；炷恋目箖龅燃墤?yīng)進行試驗確定。
貯水或水處理構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物的混凝土，其含堿量最大限制應(yīng)符合《混凝土堿含量限值標準》CECS53的規(guī)定，不得采用氯鹽作為防凍、旱強的摻和料。受侵蝕介質(zhì)影響的混凝土，應(yīng)根據(jù)侵蝕性質(zhì)選用。
2.水池結(jié)構(gòu)分析
2.1 水池荷載分類及選用
2.1.1 池頂荷載
有頂蓋的水池，應(yīng)計算作用于池頂板上的豎向荷載，包括頂板自重、防水層重、覆土重、雪荷載和活荷載。雪荷載和活荷載不同時考慮。
當?shù)孛鏌o堆載時，地面活荷載可按1.5~2.0KN/m2考慮。
2.1.2 池壁荷載
作用在池壁上的荷載可分為池內(nèi)水壓力、池外土壓力和地下水壓力。
池內(nèi)水壓一般偏安全地按滿池來計算水壓。對于地下式或半地下式水池，土對池壁有側(cè)壓力，側(cè)壓力通常用朗肯主動土壓力理論計算。
2.1.3 溫、濕度變形應(yīng)力
由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的水化熱、工藝特殊要求以及季節(jié)變化等，造成池壁產(chǎn)生膨脹或收縮。當變形受到約束時，在池體中產(chǎn)生相應(yīng)的的溫度和濕度變形應(yīng)力，很容易產(chǎn)生有害裂縫。在水池結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要采取下列措施來消除或控制溫差、濕差造成的不利影響：
1）設(shè)置伸縮縫或者后澆帶，以減少對溫度或者濕度變形的約束；
2）配置適量的構(gòu)造鋼筋，以抵抗可能出現(xiàn)的溫度或濕度應(yīng)力；
3）通過計算來確定溫度或濕度造成的內(nèi)力，在承載力和抗裂計算中加以考慮。
2.2 荷載組合
水池設(shè)計中通?？紤]以下3種荷載組合：
池內(nèi)水壓+自重(對應(yīng)工況為：池內(nèi)有水，池外無土)，
第①組合為地上式水池的必需組合；
②池外土壓+自重(對應(yīng)工況為：池內(nèi)無水，池外有土)，第②組合是半地上式水池和地下式水池的必需組合；
③池內(nèi)水壓+自重+溫、濕度變形應(yīng)力；
第③組合用于冬夏季或早晚溫、濕差大的地區(qū)，并且沒采區(qū)任何保溫措施的水池。
水池結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計要求主要是裂縫控制。當荷載效應(yīng)為軸心受拉或小偏心受拉時，其裂縫控制應(yīng)按不允許開裂考慮，此時，凡承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，必須考慮的各種荷載組合，在抗裂計算時都要考慮；當荷載效應(yīng)為受彎、大偏心受壓或大偏心受拉時，裂縫控制按限制最大裂縫寬度考慮，此時，只考慮使用使用階段的荷載組合，但可不計入活荷載短期作用的影響，即最大裂縫寬度應(yīng)按荷載效應(yīng)的準永久組合值計算。
3.水池內(nèi)力計算
水池的內(nèi)力計算主要包括池壁內(nèi)力計算和底板內(nèi)力計算。不同邊界條件和地基反力模型的選取，對水池的內(nèi)力計算結(jié)果有很大的影響。
3.1 池壁的邊界條件假定和內(nèi)力計算
3.1.1 池壁與頂板
a.對于敞口水池池壁和頂板為預制擱置且無連接措施時，池壁頂端視為自由端；
b.當預制板與池壁頂端設(shè)有抗剪鋼筋連接或池壁與頂板整體澆筑，僅配置抗剪鋼筋時，連接應(yīng)視為鉸接；
c.當池壁與頂板整體澆筑，并配置連續(xù)鋼筋時，池壁與頂板節(jié)點應(yīng)視為彈性固定，而當池壁與頂板整澆，且池壁的線剛度與頂板線剛度比值大于5時，頂板相對于池壁來說可視為鉸接。
3.1.2 池壁與底板
a.當池壁底端為獨立基礎(chǔ)時，池壁底端可視為固定支承；
b.對于非獨立的基礎(chǔ)，當池底板外挑長度大于池壁厚度及底板厚度時，池壁底端也可視為固定支承；
c.當?shù)装遢^薄或挑出長度較小，而地基較弱時，宜按彈性固定計算。
3.1.3 池壁與池壁
矩形水池相鄰池壁間的連接應(yīng)按彈性固定考慮。
3.2 抗浮穩(wěn)定計算
當水池地面標高在地下水位以下，或位于地表滯水層內(nèi)又無排除上層滯水措施時，地下水或者地表滯水就會對水池產(chǎn)生浮力。當水池處于空池狀態(tài)時就有被浮托起來或池底板和頂板被浮力頂裂的危險，此時應(yīng)對水池進行抗浮穩(wěn)定性驗算。
封閉式水池的抗浮穩(wěn)定性不夠時，可以用增加池頂覆土厚度的辦法來解決。開敞式水池的抗浮穩(wěn)定性不夠時，則采用增加水池自重，將底板懸伸出池壁以外，并在上邊壓土。凡采用覆土抗浮的水池，在施工階段尚未覆土之前，應(yīng)采取降低地下水位的措施。
4.構(gòu)造措施
水池計算不僅要滿足水池的強度、穩(wěn)定和裂縫寬度要求，還要采用構(gòu)造措施，加強結(jié)構(gòu)的整體剛度，增強其防水、抗?jié)B和耐凍性能。構(gòu)造措施如下：
a.混凝土水池的受力壁板與底板厚度不宜小于20cm。
b.混凝土水池各部件的受力鋼筋宜采用小直徑鋼筋，每米寬度不宜小于4根，且不宜超過10根。
c.現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池池壁的拐角與頂、底板的交接處，為增強連接處的抗裂性，宜設(shè)45°腋角，并在腋角內(nèi)配附加筋與受力筋相同，間距宜為受力筋間距的兩倍。
d.敞開式水池往往在池壁頂部先開裂，池壁頂端宜設(shè)置暗梁，高度不得小于池壁厚度；在池壁的轉(zhuǎn)角和內(nèi)隔墻與外池壁交接處宜設(shè)置暗柱，池壁太長，也可以每隔一段距離設(shè)置暗柱。
e.鋼筋混凝土水池池內(nèi)外表面抹防水砂漿面層。
f.在水池露出地面四周設(shè)散水坡，防止地面水滲入引起地基不均勻沉降。
5.結(jié)語
綜上所述，只有全面了解水池各構(gòu)件的組成及聯(lián)系，才能更好的對其進行簡化，選取合理的結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)用正確的結(jié)構(gòu)計算簡圖和計算公式，并結(jié)合水池這種特種結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點，才能把鋼筋混凝土矩形水池設(shè)計得更加可靠和經(jīng)濟。
參考文獻
中圖分類號：TU37 文獻標識碼： A
鋼筋混凝土水池廣泛應(yīng)用于水處理工程中，是市政給水排水工程以及污水處理中的重要構(gòu)筑物。目前我國的水池絕大部分是鋼筋混凝土水池，水池的容積由工藝確定，幾十立方米到近萬立方米不等。其形狀根據(jù)使用要求、建筑場地條件、材料的供應(yīng)及施工技術(shù)、結(jié)構(gòu)受力和地質(zhì)狀況等因素綜合考慮而定。常用的鋼筋混凝土水池有球殼、錐殼、圓柱殼、矩形、正方形，單格池、多格池，有蓋池、敞口池，地上池、地下池等。而矩形鋼筋混凝土水池應(yīng)用最為廣泛，這里簡單談一下現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形水池的設(shè)計和施工驗收中的幾點問題。
1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池材料選用
1.1 混凝土
1.1.1 《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》(CECS 138：2002)中規(guī)定：水池受力構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C25，墊層混凝土不應(yīng)低于C10；目前設(shè)計及施工過程中如果沒有特殊要求的較常用的混凝土強度等級為C30抗?jié)B混凝土，墊層采用C15素混凝土；對于某些超長的需要設(shè)膨脹加強帶的現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池，膨脹加強帶處的混凝土強度等級應(yīng)相對于水池其他部位的混凝土強度提高一級。
1.1.2 水池通常利用自身混凝土抗?jié)B，不作其他抗?jié)B處理。所以水池混凝土的密實性應(yīng)嚴格遵守《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》3.0.2條規(guī)定，按要求對混凝土抗?jié)B等級進行試驗。
1.2 鋼筋
對于水池的頂板、池壁、底板等受力鋼筋通常選用三級(HRB400)熱軋鋼筋，拉結(jié)鋼筋和箍筋通常選用一級(HPB300)熱軋鋼筋。
2 計算荷載組合
水池結(jié)構(gòu)上的作用主要可分為永久作用和可變作用兩類。永久作用應(yīng)包括 結(jié)構(gòu)自重，土的豎向壓力和側(cè)向壓力、水池內(nèi)的盛水壓力、結(jié)構(gòu)的預加應(yīng)力、地基的不均勻沉降等；可變作用應(yīng)包括池頂活載、雪荷載、地表或地下水壓力(側(cè)壓力、浮托力)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫(濕)度變化作用、地面堆積荷載等。
對于水池上部的設(shè)備，考慮設(shè)備自重的同時還應(yīng)考慮設(shè)備的震動系數(shù)；對于地上部分的多層水池還應(yīng)考慮地震和風荷載對水池產(chǎn)生的作用效應(yīng)。
現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)上的作用取值應(yīng)結(jié)合實際情況嚴格的遵守相應(yīng)的規(guī)范和規(guī)程要求，強度計算的作用組合可參照下列表格。
表-1 強度計算的作用組合(摘自《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》表5.2.2)
注：1 表中有“√”的作用為相應(yīng)池型與工況應(yīng)予計算的項目；有“”的作用為應(yīng)按具體設(shè)計條件確定采用，當外土壓無地下水時不計qgw；
2 表中未列入地下式有蓋水池池內(nèi)有水的工況，但計算地基承載力或池壁與池頂板為彈性固時計算池頂板，須予考慮；
3 不同工況組合時，應(yīng)考慮對結(jié)構(gòu)的有利與不利情況分別采用分項系數(shù)。
3 現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形水池靜力計算
3.1 結(jié)構(gòu)的計算簡圖形式
水池大致可分為敞口水池和有蓋水池；池壁頂端分為無約束(即自由端)和約束兩種情況，其中約束支撐形式根據(jù)具體情況可分為鉸支撐、彈性固定和不動鉸支撐三種；池壁底端與底板的連接情況主要有鉸支撐、彈性固定和固端支撐三種。
池壁在側(cè)向荷載作用下分為單向受力板和雙向受力板，具體按照《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》表6.1.2 進行劃分。
單向受力板具體分為豎向單向受力和水平單向受力；雙向受力板具體分為三邊支撐(三邊鉸支頂端自由、三邊固定頂端自由、底邊固定兩端鉸支頂端自由、兩側(cè)固定頂端自由底端鉸支)和四邊支撐(四邊鉸支、三邊鉸支頂端固定、三邊鉸支底端固定、兩端固定兩側(cè)鉸支、兩側(cè)固定兩端鉸支、三邊固定底端鉸支、三邊固定頂端鉸支、四邊固定)。
根據(jù)上述情況將水池結(jié)構(gòu)簡化成以下幾種形式來計算內(nèi)力
3.1.1等代框架形式
當基礎(chǔ)底板為筏板基礎(chǔ)且池壁頂端為自由端時，池壁可作為基礎(chǔ)底板的鉸支撐點，沿基礎(chǔ)底板縱橫兩個方向截取1米寬板帶進行計算，對于單格水池縱橫兩個方向按簡支梁計算，對于多格水池縱橫兩個方向按連續(xù)梁進行計算；當池壁頂端有約束時，池壁底端和水池底板為固結(jié)，應(yīng)沿縱橫兩個方向整體截取1米寬板帶按平面框架進行內(nèi)力分配計算。
3.1.2獨立基礎(chǔ)形式
當池壁基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)時沿池壁、頂板和基礎(chǔ)取1米寬板帶根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007—2012)中的獨立基礎(chǔ)形式進行內(nèi)力計算。
3.2 荷載的不利組合
對池壁產(chǎn)生側(cè)壓力的主要是內(nèi)部水壓、外部土壓、外部水壓、溫(濕)度效應(yīng)；溫度效應(yīng)和濕度效應(yīng)取二者的最不利效應(yīng)，沒有特殊注明時濕度當量取10，溫度根據(jù)實際水溫選??；當池壁保溫或地下水池時池壁可以不考慮溫(濕)度效應(yīng)影響。
對于水池池壁計算考慮荷載的不利組合，主要是閉水試驗(內(nèi)水外空)和運行空池(內(nèi)空外土)兩種情況。閉水試驗指池內(nèi)滿水，池外無填土，水池上部結(jié)構(gòu)還沒有施工；運行空池指池內(nèi)無水，池外有填土，水池上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完畢。對于單格水池考慮這兩種情況即可；但對于多格水池除這兩種情況以外還得考慮不同分格的附加水荷載的最不利組合(一般按間格貯水考慮)，為了簡化計算，其地基反力在任何組合下均按均勻分布計算。
3.2強度、裂縫計算分類
水池的強度計算、裂縫計算主要按受彎構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件、偏心受拉構(gòu)件三種情況進行計算。
3.2.1 下列情況按受彎構(gòu)件計算
內(nèi)部水壓作用下池壁豎向內(nèi)側(cè)底端和池壁豎向外側(cè)中部。
3.2.2 下列情況按受壓構(gòu)件計算
外部土壓或外部水壓作用下池壁豎向外側(cè)底端和內(nèi)側(cè)中部，池壁水平外側(cè)角點和內(nèi)側(cè)中部，水池底板。
3.2.3 下列情況按受拉構(gòu)件計算
內(nèi)部水壓作用下池壁水平內(nèi)側(cè)角點和外側(cè)中部，池頂板，水池底板。
3.3 水池底板基礎(chǔ)形式確定
水池底板的基礎(chǔ)形式根據(jù)地基承載力、地下水位埋深、水池自身結(jié)構(gòu)復雜程度、建筑場地條件、是否有軟弱下臥層等一系列條件確定。
現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形水池常采用的基礎(chǔ)形式是筏板基礎(chǔ)，但對于地基承載力較低，地質(zhì)條件較差，很難滿足抗浮要求的水池應(yīng)采用樁基礎(chǔ)；對于地基承載力較高，沒有地下水，水池自身結(jié)構(gòu)不是很復雜且底板面積較大的情況下可采用池壁下獨立基礎(chǔ)。
4 超長現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池處理措施
表-2(摘自《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》表7.1.3)
對于超過上述表-2中矩形鋼筋混凝土水池的伸縮縫最大間距要求的，應(yīng)
采取相應(yīng)的措施。目前常用的措施有以下三種：
4.1 變形縫(伸縮縫和沉降縫)
水池的變形縫應(yīng)作成上下貫通式，同一剖面上池壁、頂板、底板全部斷開，變形縫寬度不應(yīng)小于30mm，最寬不超過50mm；變形縫的防水構(gòu)造應(yīng)由止水帶、填縫板和嵌縫材料組成，止水帶與構(gòu)件混凝土表面的距離不宜小于止水帶埋入混凝土內(nèi)的長度，當構(gòu)件厚度較小時，宜在縫的端部局部加厚。
變形縫的具體做法，對于不同的地區(qū)有不同的要求，但在水池正常運行使用過程中很難達到與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相同的使用壽命。如果變形縫內(nèi)的止水帶和防水材料損壞的話，很難修補，這是設(shè)置變形縫的主要缺點。
4.2 后澆帶
后澆帶的寬度一般為800mm~2000mm，間距按照表-2要求設(shè)計。后澆帶兩側(cè)混凝土應(yīng)設(shè)置止水帶，此處的鋼筋不得切斷，清除浮銹和浮漿；接縫處兩側(cè)混凝土應(yīng)鑿毛，并清除干凈；后澆帶處的混凝土應(yīng)在兩側(cè)混凝土澆注養(yǎng)護42d后再施工；后澆帶混凝土應(yīng)采用微膨脹混凝土，強度比周圍的混凝土強度提高一級，振搗密實，養(yǎng)護時間不少于28d，并達到強度要求。
采用后澆帶的方法存在的問題是工期較長，對于工期較短的工程不宜使用。
4.3 膨脹加強帶
設(shè)置膨脹加強帶是目前解決超長現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形水池常用的方法，
常用的做法如下：
4.3.1 膨脹加強帶寬度一般為2米，加強帶內(nèi)的混凝土比周圍的混凝土標號提高一級；UEA的摻量應(yīng)遵守《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB50119—2003)，并參照所加的外加劑產(chǎn)品說明書使用或依據(jù)實驗室實驗數(shù)據(jù)進行配比；目前常用的UEA摻入量為加強帶處加入12%，水池其他部分加入9%。
4.3.2 加強帶處的附加鋼筋
水池池壁、頂板、底板處的附加鋼筋應(yīng)按照加強帶處原結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力鋼筋的一半進行附加，每側(cè)伸出加強帶外不少于1000mm，并固定在上下層(內(nèi)外層)鋼筋上。
5 水池的抗浮問題
對于地下水埋深很淺的地下水池，水池的抗浮問題很值得重視。池體抗浮驗算應(yīng)滿足(水池結(jié)構(gòu)自重+周邊覆土重)÷總浮力≥1.05，一般的當?shù)叵滤癫剌^深時可以通過水池自身的結(jié)構(gòu)自重來滿足抗浮。
如果滿足不了抗浮降水問題。一般地下式水池，當?shù)叵滤惠^高時，應(yīng)采取有效的降水措施，使地下水位線保持在施工線以下最低處為宜，必須確保混凝土強度達到規(guī)范要求和上部結(jié)構(gòu)施工完畢后方可停止；對于小型水池也可以通過加大結(jié)構(gòu)自，例如適當外挑底板伸出長度，加厚水池頂板、池壁、底板或水池內(nèi)增加配重等措施來解決抗浮問題。
當池體的浮力通過上述方法都不能解決時可采用樁基來錨浮抗拔以抵抗浮力作用，從工程實踐來看，用鋼筋棍凝土壓漿樁或電動沉管灌注樁效果最佳，沉樁效率高、施工速度快、表面粗糙度高、同土體間的摩擦力大、錨浮能力強；也可以采用錨桿來解決抗浮問題。
6 施工及工程驗收中需注意的幾點問題
6.1水平施工縫
現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池的水平施工縫有兩道，一般留在距底板上表面500mm處和頂板下部500mm處，對于施工現(xiàn)場條件較好能滿足混凝土一次性澆注要求的，可以相應(yīng)的提高水平施工縫的高度。目前水平施工縫處常采用4mm厚的鍍鋅鐵板作為止水板。
在水平施工縫處繼續(xù)澆注混凝土時，應(yīng)注意以下幾點：
6.1.1 已澆注混凝土的抗壓強度值不小于2.5MPa；
6.1.2 將已硬化的混凝土表面鑿毛，清除鋼筋與止水帶的浮漿，沖洗干凈并保持濕潤狀態(tài)，但不積水；如果忘記提前預埋止水帶，應(yīng)用間距350mm的水泥釘固定20mm(厚)×30mm(寬)的遇水膨脹橡膠條。
6.1.3 繼續(xù)澆注混凝土時施工縫處應(yīng)先鋪一層厚20mm~30mm的配比1：1的水泥砂漿。
6.1.4 接縫處的混凝土應(yīng)仔細搗實。
6.2 水池滿水試驗
水池的滿水試驗必須執(zhí)行，一般按水池充水、水位觀測、蒸發(fā)量測定進行。
向水池內(nèi)充水一般分三次進行：第一次充水為設(shè)計水深的1/3，第二次充水為設(shè)計水深的2/3，第三次充水至設(shè)計水深；對于大、中型水池可先充水至池壁水平施工縫以上，檢查底板的抗?jié)B質(zhì)量當無明顯滲漏時，再繼續(xù)充水至第一次充水深度。
充水時的水位觀測可采用水位標尺測定；充水至設(shè)計水深進行滲水量觀測時，應(yīng)用水位測針測定水位，水位測針的讀數(shù)精度應(yīng)達到0.01mm。
現(xiàn)場蒸發(fā)量的測定可采用直徑約500mm、高約300mm、內(nèi)部設(shè)有測定水位指針的敞口水箱進行測定，要求水箱不得滲漏。
水池的滲水量按公式進行計算，按上式計算結(jié)果，滲水量如果超過規(guī)定標準，應(yīng)經(jīng)檢查、處理后重新進行測定。
q—滲水量 (L/m2·d)
A1—水池的水面面積 (m2)
A2—水池的浸濕總面積 (m2)
E1—水池中水位測針的初讀數(shù) (mm)
E2—測讀E1后24h水池中水位測針的末讀數(shù) (mm)
e1—測讀E1時水箱中水位測針的讀數(shù) (mm)
e2—測讀E2時水箱中水位測針的讀數(shù) (mm)
水池滿水試驗應(yīng)在水池上層結(jié)構(gòu)施工前進行，滿水試驗合格后立即分層夯實回填。如果在滿水試驗過程中，地下水上升到池底板以上，應(yīng)采取相應(yīng)的降水措施，直到滿水試驗結(jié)束。特別注意的是雨天時不應(yīng)進行滿水試驗滲水量的測試。
7 結(jié)語
現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形水池是水處理工程中常見的構(gòu)筑物，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計
在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)選定合理的結(jié)構(gòu)方案。結(jié)構(gòu)計算也是水工結(jié)構(gòu)中最基礎(chǔ)的計算，進行準確地內(nèi)力分析，經(jīng)過合理有效的配筋設(shè)計，方能達到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，確保水池安全正常使用。所以，我們在設(shè)計工作中要一方面確保設(shè)計的水工構(gòu)筑物的安全性，另一方面要節(jié)約材料，做到實用、經(jīng)濟的雙贏。
參考文獻
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中圖分類號： TG335.6+4 文獻標識碼： A
頂推圓管涵與常規(guī)明開挖圓管涵有較大區(qū)別，公路規(guī)范對頂推圓管涵設(shè)計及施工尚無要求，主要參考建材/市政排水行業(yè)規(guī)范及標準，構(gòu)造特點上主要體現(xiàn)在管節(jié)間的承口處理，施工方面主要采用人工挖孔頂推或平衡類頂管機機械頂推。
一．概述：
頂推法施工在鐵路/市政工程中應(yīng)用較多，在公路工程中較少見。當前各種管線穿越既有公路需求越來越多，頂推圓管涵是較為普遍的一種形式。近年來公路行業(yè)也做了不少頂推圓管涵，將來頂推圓管涵會在公路行業(yè)越來越多出現(xiàn)，與頂推圓管涵相關(guān)的規(guī)范標準也將逐步完善。
二．設(shè)計要點：
頂推圓管涵參考《給排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》（CECS 246 -2008）及《頂進施工法用鋼筋砼排水管》（JC/T 640-2010）設(shè)計。
（一）、適用地質(zhì)條件
頂管施工較為適合的地層為：淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉土、砂土層。其他地質(zhì)條件因存在施工安全風險、機械設(shè)備要求高、經(jīng)濟性差等不宜采用頂推圓管涵。下列情況不宜采用頂推圓管涵施工：
1． 土體承載力f[ao]小于30kPa，同時小于計算所需的承載力要求。
2． 巖石單軸飽和抗壓強度大于15 Mpa。
3． 土層中礫石含量大于30%或粒徑大于200mm的礫石含量大于5%。
4． 江河中覆蓋層滲透系數(shù)K大于或等于10-2cm/s。
（二）、位置選擇
頂推圓管涵的的選址首先應(yīng)滿足《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20-2006) 12.5條公路、管線交叉中相關(guān)規(guī)定，公路與管線宜垂直交叉為宜，必須斜角的不宜小于60度。對于有爆炸危險的原油及天然氣管線距大橋不應(yīng)小于100米，距中橋不應(yīng)小于50米。頂管頂面距路面底基層的底面應(yīng)不小于1.0米。
頂推圓管涵選址還應(yīng)符合公路管理部門的有關(guān)規(guī)定，頂推圓管涵的設(shè)計及施工方案都需公路管理部門審批，涵位以公路管理部門批復為準，涵位應(yīng)避開立交區(qū)，并考慮公路的規(guī)劃。
（三）、結(jié)構(gòu)尺寸及布置
1．結(jié)構(gòu)尺寸
頂推圓管涵常用管徑（內(nèi)徑）一般為0.6米～3.5米，壁厚一般為管內(nèi)徑1/10，人工挖孔頂推圓管涵內(nèi)徑不小于1.0米。管徑大于3.0米頂推圓管涵不推薦采用。
頂推圓管涵壁厚選擇時注意，公路規(guī)范中對主筋保護層要求與《頂進施工法用鋼筋砼排水管》中要求不同，直徑1.0米以下環(huán)筋采用單層配筋的頂管，壁厚還應(yīng)滿足公路規(guī)范中主筋保護層要求。
2．管節(jié)連接方式
頂推圓管涵與明挖施工圓管涵構(gòu)造上最大區(qū)別是管節(jié)連接方式，明挖施工圓管涵管間接頭處理較簡單，管節(jié)頭不做特殊處理，僅設(shè)管節(jié)間防水處理，頂管連接方式較復雜，一般分柔性接頭和剛性接頭，目前普遍采用柔性接頭，剛性接頭只用于頂管距離較短情況。柔性接頭按接頭形式又分為：鋼承口、企口、雙插口、鋼承插口四種形式，目前多采用鋼承口，鋼承口根據(jù)構(gòu)造形式分為A/B/C三種。
各型頂管接頭細部尺寸在《頂進施工法用鋼筋砼排水管》（JC/T 640-2010）中均有要求，可參照執(zhí)行。
頂推圓管涵在施工期間管端承受巨大的局部頂推力，易產(chǎn)生橫向變形而損壞，管端需局部加強，在管端一定范圍增加環(huán)筋數(shù)量并配置U型加強筋。
為保證頂管接頭處良好密封性，一般在承口處設(shè)橡膠圈，管內(nèi)無壓可使用楔形單膠圈，管內(nèi)有壓時必須使用“O”型膠圈。通過橡膠圈的擠壓變形保證接頭處密封，橡膠圈采用天然橡膠，壓縮率不小于36%，邵氏硬度50～65(IRHD),接頭處強度不小于10MPa，在承口加強鋼筋后設(shè)置遇水膨脹膠圈。
3．頂管埋深
管頂覆土厚度在不穩(wěn)定土層中宜大于管外徑1.5倍，并大于1.5米，穿越江河底時覆蓋層厚度最小厚度宜大于管外徑1.5倍，并大于2.5米，地下水較高時，管頂覆土厚度還應(yīng)滿足管道抗浮要求。
頂管埋深設(shè)置時宜保證管身范圍內(nèi)位于相同土層。
頂管埋深需滿足公路管理部門對于管頂覆土厚度的要求。
4．橫向頂管間距
對于平行設(shè)置的雙管形式，管距應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)、管徑、管道埋深等因素確定，一般情況下宜大于1倍管外徑。
5．材料
頂管砼標號不宜小于C50?？?jié)B等級不低于P8, 水泥宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥。
鋼筋宜采用冷軋/熱軋帶肋鋼筋，習慣上內(nèi)外層環(huán)筋采用CRB550冷軋帶肋鋼筋或HRB400熱軋帶肋鋼筋，縱向分布鋼筋及U型加強鋼筋等采用HRB400熱軋帶肋鋼筋。內(nèi)外層環(huán)向鋼筋保護層按照公路規(guī)范執(zhí)行，需注意公路規(guī)范與《頂進施工法用鋼筋砼排水管》中主筋保護層要求不同，編者認為對于下穿公路的頂管必須符合公路相關(guān)規(guī)范。
承口鋼圈一般采用Q235B或Q345B鋼材，外露的承口鋼圈應(yīng)采用防腐蝕涂料面層或在噴、鍍金屬層上再涂刷防腐蝕涂料的復合面層保護。對于地下水等周圍介質(zhì)的腐蝕性等級為強/中等腐蝕時，頂管的管材不宜選用鋼筋砼管，宜選用玻璃鋼夾砂管。
（四）、管節(jié)計算
頂管施工的管道特點是人工或機械掏挖形成孔腔，鋼筋砼管頂入孔腔內(nèi)，頂管管節(jié)配筋計算的要素是確定在此孔腔中管道上部的作用及管道支撐的基礎(chǔ)形式。
目前國內(nèi)應(yīng)用的計算方法按其管道上部的作用和支撐形式區(qū)分為以下四種：
(1) 支撐角2α=90度土柱法
此方法設(shè)定在管道結(jié)構(gòu)上作用有管頂至地面的豎向土壓力、豎向土壓力及地面荷載作用引起的側(cè)向土壓力、管上腔內(nèi)土重，管道基礎(chǔ)為支撐角2α=90度上土孤基礎(chǔ)。此方法類同開槽法施工，計算配筋量最大，不宜采用。
(2) 支撐角2α=120度土柱法
此方法與方法1類似，管道基礎(chǔ)為支撐角2α=120度上的土孤基礎(chǔ)。一般適用于不穩(wěn)定土壤，計算配筋量次之。
(3) CECS法
《給水排水工程埋地預制砼圓形管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》中以太沙基教授理論建立的方法（圖4-C）,太沙基理論認為頂管時土體將發(fā)生變形，管體外緣處的土體按主動土壓平衡出現(xiàn)裂縫，形成圖4-C中管頂上方的土柱作為計算隔離體，土柱荷載通過土壤剪力傳遞擴散給管兩側(cè)土體。由分析豎向力系平衡條件，得出管頂處土體處于主動平衡時的裂線寬度和頂管豎向土壓計算系數(shù)，用以計算管道結(jié)構(gòu)上的豎向土壓力。此方法在穩(wěn)定土壤中覆土深度大于管外徑1.5～2.0倍時選用，計算配筋較少。
(4) 卸荷拱法
卸荷拱理論將土體視為具有一定內(nèi)聚力的松散體，在土體中開挖洞室后由于應(yīng)力重分布，使洞室土體發(fā)生破壞，引起頂部土體塌落，塌落到一定程度后，土體進入新平衡，形成自然平衡拱，作用在圓管上的壓力等于破壞區(qū)（卸荷拱區(qū)域）包括的土體重，此方法在土壤技術(shù)數(shù)據(jù)可靠，土壤內(nèi)摩擦角≥30 0， 覆土深度大于2倍卸荷拱高度時選用， 此方法計算配筋最少，不推薦采用。
綜上：目前頂管設(shè)計多采用120度土孤基礎(chǔ)法和CECS法，下穿公路的頂管，地面以上還需考慮汽車荷載，埋置深度大于5m時可以不考慮汽車荷載，管頂覆蓋層厚度大于2m時，可不計輪壓沖擊系數(shù)。另外計算還需考慮地面堆積荷載，一般取10KN/m2。
砼管節(jié)根據(jù)外部荷載引起的彎矩效應(yīng)，分別按照承載能力極限狀態(tài)驗算承載能力，按照正常使用極限狀態(tài)驗算變形及裂縫。
（五）、管節(jié)配筋
鋼筋砼管節(jié)受力主筋為環(huán)向鋼筋，常用配筋方式有環(huán)形鋼筋、螺旋鋼筋，多采用螺旋鋼筋，鋼筋直徑一般在6～14mm。壁厚≤0.1m的管節(jié)采用單層配筋，壁厚＞0.1m的管節(jié)采用雙層配筋，內(nèi)外層環(huán)向筋間距分別根據(jù)配筋計算確定并不得大于15cm,環(huán)筋末端密纏1～2圈。
鋼筋砼管節(jié)縱向應(yīng)布置分布構(gòu)造鋼筋，鋼筋直徑≥4mm，間距≤40 cm（一般控制在15～25cm），縱筋根數(shù)不小于6根。
鋼筋砼管節(jié)在端部設(shè)置U型加強鋼筋，布置同縱向鋼筋，以加強管端局部承壓能力。
對于鋼承口頂管，還應(yīng)設(shè)置承口鋼筋固定鋼圈。
（六）、頂管設(shè)計允許最大頂力
設(shè)計中應(yīng)給出頂管的允許最大頂力，如頂推中所需頂推力超過允許最大頂力，應(yīng)設(shè)置中繼間?！督o水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》給出不同材質(zhì)的頂管允許頂力計算公式，頂力計算不是按軸心受壓構(gòu)件計算，而是考慮可能的最大偏心是頂力作用在管截面核心矩邊緣,上述頂管允許頂力計算公式不適用于曲線頂管。
三．鋼筋砼頂管設(shè)計中的問題：
1．單軸抗壓強度大于15Mpa的巖石地質(zhì)規(guī)范不推薦采用頂管施工，而工程實踐中某些地區(qū)卻大量采用（如重慶），部分工程中巖石單軸抗壓強度60Mpa都采用頂管施工。目前頂管相關(guān)設(shè)計規(guī)范中計算理論都只適用于于松散土體，對于巖石地質(zhì)不適用，國內(nèi)部分頂管研究中建議參照《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》第4.3.3條公式。不同的基礎(chǔ)支撐條件對結(jié)構(gòu)計算及配筋影響很大，因此相關(guān)頂管技術(shù)規(guī)范中應(yīng)加強巖石地基的頂管設(shè)計理論研究。
公路相關(guān)規(guī)范中對頂管設(shè)計及施工尚未有要求，而大量頂管都是穿越高速公路及地方公路，目前都參考給排水工程中頂管規(guī)范設(shè)計，建議公路相關(guān)規(guī)范應(yīng)將頂管設(shè)計及施工要求納入其中。
2．公路工程與給排水工程中規(guī)范關(guān)于主筋保護層要求不同，公路規(guī)范要求值略大。另外在正常使用極限狀態(tài)下關(guān)于變形、裂縫寬度的計算方法及要求也不同。
四．結(jié)語：
隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，大量管線需要穿越既有公路網(wǎng)，鋼筋砼圓管涵頂管作為最常用的頂管形式會得到越來越廣泛的應(yīng)用。鋼筋砼頂管的設(shè)計理論研究將會逐步完善發(fā)展，新的施工工藝也將不斷涌現(xiàn)。
參考文獻
中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：
給排水系統(tǒng)是住宅設(shè)備的重要組成部分，系統(tǒng)設(shè)計是否合理的，對今后住戶的裝修、日常使用與維護將產(chǎn)生重要影響。本文根據(jù)工程設(shè)計實踐，結(jié)合國家規(guī)范要求，談?wù)劕F(xiàn)代住宅建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計中的一些成功做法。
1 高層建筑分區(qū)供水
對高層建筑來講，要保證整個建筑的正常安全可靠用水還需要二次供水，分區(qū)供水；也是區(qū)別高層供水系統(tǒng)和多層供水系統(tǒng)的主要特征；給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)是指高層建筑的給水管網(wǎng)和供水設(shè)備根據(jù)高層建筑的實際需要，在豎直方向?qū)⒔ㄖ謪^(qū)供水，各分區(qū)給水系統(tǒng)向本分區(qū)域供水。在高層建筑中不豎向分區(qū)帶來的問題是：不利于節(jié)能；給水配件容易損壞；增加工作維護量；易造成回流污染；
2 高層建筑給水方式
蓄水池、供水設(shè)備、高位水箱加壓供水方式是高層建筑中使用最廣泛的供水方式；高層建筑的高位水箱給水方式有串聯(lián)、并聯(lián)、減壓水箱和無減壓水箱的減壓給水、無水箱給水方式和管網(wǎng)疊壓給水方式。在進行設(shè)計時需考慮工程具體情況和各種方案的優(yōu)缺點等各方面的因素，對其進行比較選取最優(yōu)方案。
2.1 高位水箱給水方式
可分為并列供水方式、串聯(lián)供水方式、減壓水箱供水方式、減壓閥供水方式。
2.1.1 高位水箱串聯(lián)供水方式：供水設(shè)備分區(qū)設(shè)置，根據(jù)設(shè)計要求，下一區(qū)水箱供水設(shè)備供水上一區(qū)，一級一級以此類推供水。該方法優(yōu)點：使用的管道短，管材管件設(shè)備無需承受高壓，減少了投資成本；總體耗能少，運行費用經(jīng)濟；缺點：供水可靠性差，一旦下層發(fā)生故障則其上面的所有樓層均不能正常用水，影響面大；維護管理不便；樓層水箱過大，樓層結(jié)構(gòu)要求高；設(shè)置樓層中間供水設(shè)備，需要防震動、防噪音、防漏水設(shè)施。
2.1.2 高位水箱并列供水方式：在各分區(qū)獨立設(shè)水箱和供水設(shè)備，供水設(shè)備集中設(shè)置在建筑底層或地下室，分別向各區(qū)供水。優(yōu)點是獨立的分區(qū)供水系統(tǒng)，干擾小，壓力穩(wěn)定，供水安全可靠； 供水設(shè)備集中，往往在低層或地下室便于施工安裝；便于維護管理；供水效率高，運行經(jīng)濟，符合客戶要求；并聯(lián)設(shè)計，水箱容積小，利于結(jié)構(gòu)設(shè)計；缺點是一次性設(shè)備投資增加，原因：管線長，管件多，結(jié)構(gòu)復雜，且承高壓；樓層設(shè)置水箱，占樓層面積，影響投資效益。
2.1.3 減壓水箱供水方式 ：高層建筑的用水量由底層或地下室供水設(shè)備供水提升至屋頂總水箱，再送至各分區(qū)減壓水箱。其優(yōu)點為供水設(shè)備集中且少，管道簡單，一次性投資少，利于維護和管理；設(shè)備用房小，樓層減壓水箱容積小，有利于樓層結(jié)構(gòu)設(shè)計；其缺點為最高層設(shè)置總水箱并供水，對結(jié)構(gòu)要求高，不利于抗震要求；各分區(qū)減壓水箱用水來自最高層總水箱，能源浪費嚴重；樓層設(shè)置水箱，占用面積，影響經(jīng)濟效益；上層分區(qū)出現(xiàn)故障，下層分區(qū)都將不能正常用水，供水可靠性,不如并聯(lián)方式。
2.1.4 減壓閥供水方式：一般底層或地下室供水設(shè)備直接供水，用減壓閥代替減壓水箱，分區(qū)供水。優(yōu)勢是供水設(shè)備集中且少，施工安裝方便，一次投資少；利于維護與管理；分區(qū)設(shè)置減壓閥，并且獨立分區(qū)并聯(lián)設(shè)置兩個減壓閥，出現(xiàn)故障，影響小，靈活，極大的提高了供水系統(tǒng)的安全可靠性；對其他專業(yè)影響小，有利于抗震要求；因為減壓閥代替來樓層水箱，減少占用面積，提高了經(jīng)濟效益。
2.2 無水箱給水方式
目前國內(nèi)外高層建筑無水箱供水發(fā)展迅速，成為了主流，根據(jù)給水系統(tǒng)中用水量情況利用變頻給水設(shè)備來自動調(diào)整出流量并使供水設(shè)備具有較高工作效率。 變頻供水設(shè)備并列供水方式和變頻供水設(shè)備減壓閥供水方式兩種方式 ，后一種給水系統(tǒng)目前使用比較多的。其優(yōu)勢在于不需高位水箱，不占建筑面積；供水設(shè)備使用變頻技術(shù)，且運行中處于較高工作效率，節(jié)能效果明顯，符合節(jié)能減排的要求；其缺陷是供水設(shè)備一次性投資大，但減壓閥供水方式投資少于并聯(lián)供水方式；供水設(shè)備型號多、數(shù)量多，設(shè)備維修復雜，對管理提出了更高的要求。
2.3 管網(wǎng)疊壓給水方式
由于科技的進步和節(jié)能減排的要求，目前一些地區(qū)采用管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)（無蓄水池），管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備由智能型變頻控制柜、穩(wěn)流罐、供水機組、儀表、閥門及管路等組成，其基本原理是：是供水設(shè)備在運行中，通過設(shè)備的控制方式、穩(wěn)流罐與真空抑制器的共同作用，利用市政管網(wǎng)原有壓力，實現(xiàn)壓力差多少補多少的節(jié)能、無污染的供水方式。優(yōu)勢在于無水箱、無蓄水池、全封閉無污染供水，無二次供水，清潔、衛(wèi)生、環(huán)保，供水質(zhì)量優(yōu)；設(shè)施全封閉，全面杜絕了使用中跑、冒、漏、清洗等水源浪費現(xiàn)象，同時節(jié)約了定期清洗用水；充分利用市政管網(wǎng)壓力，實現(xiàn)壓力差多少補多少，供水設(shè)備揚程可適當降低，大大提高節(jié)能效果，一般達到50%；設(shè)備壽命延長，運行效率高，不做無用功；因為無蓄水池，結(jié)構(gòu)簡單、占地面積大大減少，提高了建筑面積利用率；設(shè)備工廠化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量有保證，安裝現(xiàn)場，安裝單位把自來水進水管和出水管直接與設(shè)備對接即可，設(shè)備安裝簡單、容易、建筑投資減少，同時加快了工期。
缺陷為主要是在極端情況下供水停止，使用中具有一定的局限性；在實際推廣中的阻力主要是無蓄水池，安全可靠性降低，除了停電會停水外，一旦市政管網(wǎng)停水，供水也將停止。在實際的應(yīng)用中，業(yè)主應(yīng)用管網(wǎng)疊壓技術(shù)往往會減小蓄水池容積，來提高供水的可靠性。目前已經(jīng)有智能化一體供水系統(tǒng)，即縮小的水箱（替代蓄水池）容積和無負壓設(shè)備組成供水設(shè)備機組，小型化+智能化。
3 對給排水設(shè)計管理的幾點體會
3.1 設(shè)計應(yīng)緊緊跟上時代的步伐：節(jié)能減排已經(jīng)成為國家的基本政策，給排水工程師應(yīng)該與時俱進，學習新知識，密切關(guān)注科技變化和社會發(fā)展對設(shè)計管理工作的影響。人們對生活品質(zhì)的要求而帶來的用水習慣、用水環(huán)境的變化，給排水工程師要體現(xiàn)出敏銳的觀察力和專業(yè)素養(yǎng)。
3.2 建筑給排水工程師應(yīng)對給排水部分的投資進行有效的控制：一個項目在作出投資決策后，投資控制的關(guān)鍵就在于設(shè)計。作為業(yè)主的給排水工程師，應(yīng)該充分認識設(shè)計管理對投資的影響，加強和設(shè)計人員溝通，根據(jù)現(xiàn)行法律、法規(guī)和相關(guān)設(shè)計規(guī)范對建筑物進行準確合理的定性分析，合理地確定設(shè)計標準；提高通過對設(shè)計技術(shù)管理來控制投資。
3.3 建筑給排水工程師在工作中應(yīng)及時對設(shè)計索賠事故進行索賠。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，市場競爭日益激烈。各方為保證自己的利益，索賠事件將不斷發(fā)生。因此應(yīng)與設(shè)計人員做好溝通工作，讓設(shè)計人員正確理解業(yè)主的設(shè)計意圖，要求設(shè)計人員努力做到按合同約定交付設(shè)計文件，提高設(shè)計質(zhì)量，減少無謂的設(shè)計變更并應(yīng)仔細審查設(shè)計文件的周密性；對未認真履行合同或因文字或圖紙表達漏洞造成業(yè)主損失的，及時進行設(shè)計索賠。同時對一些有爭議的問題應(yīng)及時與設(shè)計人員書面溝通，并保管好這些往來文件和會議記錄，以便明晰雙方的責任，使設(shè)計人員能為業(yè)主提供一份高質(zhì)量的設(shè)計文件。
4 結(jié)束語
高層建筑給排水系統(tǒng)，與我們的日常生活息息相關(guān)。因而業(yè)主的給排水工程師，應(yīng)本著安全、節(jié)能、經(jīng)濟的原則，在工程實踐中努力創(chuàng)新，適應(yīng)時代的需要，滿足人民群眾不斷提高生活工作品質(zhì)要求。
參考文獻：
近幾年來，隨著我國經(jīng)濟及社會的發(fā)展，人防地下室平時大都數(shù)被作為商場或車庫使用，只有在發(fā)生大型戰(zhàn)爭時才會作為人員的掩蔽所使用，作為戰(zhàn)時人員的掩蔽工程，需結(jié)合戰(zhàn)爭大背景下掩蔽人員的需要，進行合理高效的給排水工程設(shè)計。鑒于給排水工程的重要地位及作用，人防地下室給水、排水以及消防等的設(shè)計就顯得尤為重要，對未來的國防安全等有著很重要的現(xiàn)實意義。
一、 人防地下室給排水設(shè)計的概念
作為建筑給排水系統(tǒng)施工的重點項目，人防地下室給排水設(shè)計在建筑設(shè)計中占有極其重要的位置。高層建筑在設(shè)計施工的時候都會設(shè)置1～2層的地下空間，用來作存貨倉庫或者是停車場，這就要求建筑設(shè)計者在設(shè)計時-要結(jié)合我國現(xiàn)階段地下室的結(jié)構(gòu)功能，對人防地下室的防水防震功能要求應(yīng)有針對性的設(shè)計，在精心設(shè)計提高其結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時要對其結(jié)構(gòu)功能進行進一步的完善，滿足當前發(fā)展的功能需求，所以，這就要求設(shè)計者在進行人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時要將設(shè)計的重心轉(zhuǎn)移到給排水設(shè)計上，避免給排水設(shè)計對地下室結(jié)構(gòu)造成影響，確保其功能的完整性。
二、人防地下室給排水設(shè)計分析
（一）地下室的給水設(shè)計
近年來，在人防地下室的使用及演變過程中，對其給水的設(shè)計，要結(jié)合原始的使用功能，嚴格按戰(zhàn)時標準設(shè)計， 這就要求人防地下室的給水設(shè)計要滿足所掩蔽人員的日常生活需求，在此基礎(chǔ)上，也要滿足戰(zhàn)后清理人防地下室過程中的沖洗需求。在設(shè)計的過程中，也要考慮到人防地下室內(nèi)部設(shè)備和現(xiàn)狀，為了滿足戰(zhàn)時掩蔽人員的飲用水、生活用水以及人員洗消用水和口部洗消用水的需求，要根據(jù)實際情況設(shè)計貯水箱，并使用水量達到《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》里的需求標準，而且對于飲用水、生活用水可在貯水箱上設(shè)取水龍頭，供人員使用，或裝置相應(yīng)的洗漱用水裝置，增大給水管道的供水泵流量進行戰(zhàn)時的日常用水使用。此外，要結(jié)合戰(zhàn)后撤出人防地下室后對污染房間的沖洗需要，在染毒區(qū)域設(shè)沖洗龍頭及簡易洗消間中設(shè)1-2個洗臉盆并設(shè)供水泵加壓供水，設(shè)計相應(yīng)的貯水箱，通過使用皮帶水龍頭抽取貯水箱的水進行出入口的沖洗。根據(jù)戰(zhàn)時的用水需求，對戰(zhàn)時用水量的計算是人防地下室設(shè)計的重點，下表是戰(zhàn)時人員掩蔽用水量統(tǒng)計[1]：
另外，如設(shè)有電站時也應(yīng)考慮電站的用水，移動電站的冷卻水用水量設(shè)計為2m3，洗消用水可由貼臨的人員掩蔽部供給，或獨立設(shè)置。通過上述設(shè)計，滿足了人防地下室的用水，做到了合理的給水設(shè)計，
（二）人防地下室的排水設(shè)計
作為人防地下室給水設(shè)備的配套設(shè)備，排水系統(tǒng)應(yīng)該是單獨設(shè)計的，地上建筑的生活污水管、雨水管、燃氣管不得進入人防地下室。也就是與建筑物上部用水的不同，人防地下室排水系統(tǒng)具有戰(zhàn)時污水排放以及戰(zhàn)后染毒房間及通道沖洗廢水排放等，這也就決定了其上部建筑的排水系統(tǒng)不允許穿過地下室的人防區(qū)域。在實際的設(shè)計及建造中，應(yīng)將人防地下室清潔區(qū)的污水設(shè)污水池及排水管獨立排出，染毒區(qū)的洗消廢水設(shè)染毒水池及排水泵獨立排出。地上建筑的排水應(yīng)在人防地下室的頂板上設(shè)覆土層或管溝敷設(shè)排水管，將污水排至室外。在管材的選擇方面，應(yīng)根據(jù)敷設(shè)區(qū)域的不同，按規(guī)范要求選擇抗震效果較好的水管。
以一個人防地下室的二等人員掩蔽部排水設(shè)計為例，此工程的設(shè)計時，戰(zhàn)時排水可利用平時集水井以及排水管道排出，根據(jù)平時及戰(zhàn)時流量和揚程的要求合理的選擇污水泵，做到平戰(zhàn)結(jié)合。人防地下室各戰(zhàn)時出入口防護密閉門外的通道內(nèi)、豎井及防毒通道和密閉通道內(nèi)設(shè)置有染毒水池，并在其他染毒房間設(shè)防爆波地漏接至防毒通道和密閉通道的染毒水池，方便排出染毒污水。戰(zhàn)后排污過程中，設(shè)計有移動式潛污泵等裝置排出廢水 [2]。
（三）人防地下室的消防設(shè)計
當前的人防地下室大多被當做車庫使用，基于此現(xiàn)狀，設(shè)計相應(yīng)的消防系統(tǒng)勢必不可少的，要確保所設(shè)計及建造的消防系統(tǒng)能實現(xiàn)發(fā)生火災(zāi)時自動噴水的需要，進行設(shè)計時，要考慮到，人防地下室消防系統(tǒng)可連接上部建筑消防系統(tǒng)，形成兩者的共用。為了方便簡易操作，可連接安裝閥門控制進行二者的轉(zhuǎn)換，滿足當前人們生產(chǎn)生活對建筑人防地下室消防方面的需求。與此同時，要考慮到空間密實的情況，和密閉造成的室內(nèi)煙氣大霧溫度高情況，所以，要將給排水工程所用的消防水箱水池以及消防泵與地面消防設(shè)施進行共用合用，并在人防地下室外墻或頂板有消防管道穿過的地方采取防護密閉措施。
（四）平戰(zhàn)結(jié)合要求的設(shè)計
人防地下室在不同時期的作用是不同的，基于此，要考慮平戰(zhàn)結(jié)合的原則，針對不同時期的應(yīng)用進行綜合設(shè)計。在設(shè)計時，給排水管道的位置應(yīng)在混凝土澆筑之前預留孔道，為了保證人防地下室的整體性和密閉性，不得進行管道二次安裝，上部建筑的燃氣管以及雨水管等不能進入防空地下室，遇到必須要穿過的情況，其公稱直徑不宜大于150mm。為了方便戰(zhàn)時能及時封堵日常用的給排水管道，穿人防地下室的圍護結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)防護閥門，防護閥門采用壓力不小于1.0MPa，閥芯為不銹鋼或銅材質(zhì)的閘閥或截止閥。臨戰(zhàn)時關(guān)閉，以供戰(zhàn)時需要。
（五）給排水系統(tǒng)管材和連接
首先，在給水管的選擇方面，應(yīng)選用內(nèi)壁襯塑的鋼塑復合管，并采用防腐處理的機制排水鑄鐵管用于圍護結(jié)構(gòu)以內(nèi)的重力排水管。同時，在敷設(shè)結(jié)構(gòu)底板時應(yīng)采用熱鍍鋅鋼管，另外，對于集水池的通氣管，則應(yīng)選用熱鍍鋅鋼管；其次，當管道穿越人防圍護結(jié)構(gòu)時，應(yīng)在圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)置相應(yīng)的防護閥門，對大于100mm的給水管直徑用卡箍接口進行連接，小于100mm的則選擇絲扣連接；此外，在設(shè)計時，要注意到人防地下室圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置的防護閥門，其閥門近端面的距離墻應(yīng)不大于200mm，并安裝在穿墻或頂板的管道上，確保人防地下室的安全維護的進行[3]。
三、結(jié)束語：
綜上所述，基于人防地下室的特殊性，在給排水設(shè)計的過程中要充分考慮到人防地下室的給水、排水以及相應(yīng)的消防設(shè)計，并結(jié)合當前社會的發(fā)展現(xiàn)狀，進行其平戰(zhàn)結(jié)合要求的設(shè)計，在材料選擇方面嚴格把關(guān)，因地制宜進行設(shè)計，滿足當前發(fā)展的需求。
參考文獻：
0引言：沉井，顧名思義，是一種在地面上制作、通過機械或人工取除井內(nèi)土體的方法使之沉到地下某一深度的井體結(jié)構(gòu)，具有井壁同時兼做基坑坑壁支撐的特點。廣泛用于取水構(gòu)筑物，礦山豎井，橋墩等。
1工程概況：本工程水泵站均采用沉井工法，為墻板地下結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，沉井底部受力層在不同區(qū)域為粉質(zhì)粘土層、全風化層、中風化層。墻身采用C30強度等級的混凝土，采用C20素混凝土封底砼。
2.1設(shè)計要點：
一、場地選擇：沉井應(yīng)選擇在平坦開闊的地方，如是斜坡地要防止不均勻土壓力，避免選擇在地質(zhì)不均勻的地方，在一定范圍內(nèi)不得有現(xiàn)狀建構(gòu)筑物，地下不得有現(xiàn)狀管線等，本文提到的沉井規(guī)劃可利用場地較小，泵站設(shè)置在規(guī)劃紅線區(qū)域內(nèi)的中間位置，避免對周邊市政路和房屋產(chǎn)生影響，泵站周邊設(shè)置廠區(qū)路。
二、施工方法選擇：沉井的施工方法應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料結(jié)合施工條件決定，從地質(zhì)報告及地質(zhì)資料分析，詳表一，泵站局部出現(xiàn)強透水層，有可能出現(xiàn)流砂或補給水量很大而排水困難，故從地質(zhì)情況分析宜選擇不排水下沉，但不排水下沉工期長，費用高，由于透水層較薄，可采取止水措施解決，故最終選擇“排水沉井+攪拌樁止水”的工法，詳表二，沉井四周土的破壞棱體范圍，一般可按下式估算：L=Htg（45-(Φ/2）)，為防止下拉荷載引起斷樁，攪拌樁與沉井壁的應(yīng)保持不小于L的安全距離。羅村沉井穿越土層全周長皆為透水層（珠三角地區(qū)的淤泥仍可定義為透水層），由于止水效果是排水下沉的關(guān)鍵，大范圍止水效果存在風險或不理想，故選擇不排水下沉。
三、制作沉井前的準備：表層土較為軟弱的情況下，場地應(yīng)先換填表層松散土1m～2m，使得上部壓力擴散至軟弱層后小于軟弱層的承載力，換填材料一般為粗砂；由于刃腳面的面積較小，容易對下部土體產(chǎn)生下切力，刃腳之下可選擇枕木擴大其接地面積，也可根據(jù)實際情況，選擇磚砌擴大刃腳或砼塊與磚砌刃腳相結(jié)合的方式，詳圖一，且應(yīng)結(jié)合第一節(jié)井壁重量來計算枕木接地面積、混凝土墊層厚度等。磚砌刃腳和混凝土墊層不宜過大過厚，否則鑿除時間過長，容易導致沉井初沉階段即傾斜。
四、下沉次數(shù)的確定：一般地，分次下沉次數(shù)應(yīng)根據(jù)沉井的高度、施工條件、
地基承載力、下沉系數(shù)、下沉穩(wěn)定系數(shù)、下沉過程中刃腳每次停頓的目標土層等確定，每節(jié)沉井的高度仍需結(jié)合澆搗混凝土的高度決定，一般應(yīng)控制在3m～5m，。
圖一：刃腳支承方式
枕木支承擴大刃腳 磚砌支承擴大刃腳 砼塊與磚砌聯(lián)合擴大刃腳
表二 泵站和南村泵站關(guān)于沉井與基坑的比較
施工工法 造價 工期 對環(huán)境影響 對周邊建（構(gòu)）
筑物影響
不排水沉井 中等 中等 小 中等
排水沉井+
攪拌樁止水 低 短 中等 小
鉆孔樁+旋噴樁支護開挖 高 長 大 大
表一：三個泵站地質(zhì)剖面圖
長洲島污水泵站地質(zhì) 南村污水泵站地質(zhì) 羅村污水泵站地質(zhì)
六、壁厚的確定：1、受力需要：壁板厚度應(yīng)有一定的剛度和強度，排水下沉的壁厚主要來自外水土壓，封底前可截取一延米的水平閉合框架計算，封底后參照設(shè)計水位和土壓力按單塊板或水池結(jié)構(gòu)計算，不排水下沉的沉井，封底前按外土壓力加2～3m水頭差壓力，同樣截取一延米的閉合框架計算，封底后同排水下沉。砂、砂質(zhì)土按水土分算，粘土、粉土、淤泥質(zhì)土可按水土合算。2、下沉需要，下沉系數(shù)應(yīng)大于1.05，依靠自重克服其摩擦力，但應(yīng)與配重相結(jié)合考慮，太重時，下沉系數(shù)過大，不利于下沉穩(wěn)定，下沉穩(wěn)定系數(shù)一般控制在0.8~0.9。3、抗浮要求，南方地區(qū)的沉井由于地下水較高，適當?shù)谋诤?，可抵抗浮力的作用，并有可能降低配筋率?、抗?jié)B要求，井壁靠自身混凝土抗?jié)B，水頭差較大時，對應(yīng)抗?jié)B系數(shù)應(yīng)有最小的壁厚要求。5、抗拉斷驗算要求，當刃腳掏空，井壁僅靠與土之間的摩擦力維持平衡，井壁產(chǎn)生豎向拉力。
七、沉井的常見構(gòu)造，1、沉井的長寬比一般不大于2.0，重心居中，分隔對稱，剛度對稱且無薄弱環(huán)節(jié)；2、刃腳根據(jù)土質(zhì)軟硬程度選擇不同的形式，詳圖二；
圖二：刃腳大樣
干封底型 常用型 減摩型 硬土型 清障型
3、刃腳踏面寬度可隨土層軟硬調(diào)整，軟土一般在0.4~0.6m，硬質(zhì)土一般在0.15~0.3m取值；4、為確保突沉時人身安全，斜面與水平面的夾角一般在50°~60°；5、刃腳內(nèi)側(cè)和凹槽在下沉前應(yīng)鑿毛，以利于新舊混凝土的結(jié)合防滲漏，凹槽深度在150~200mm為宜，過大，則削弱井壁，過小，則抗?jié)B和抗剪能力降低；6、沉井內(nèi)受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應(yīng)小于35mm，計入磨損對保護層的影響；7、刃腳豎向鋼筋應(yīng)設(shè)置在水平向鋼筋的外側(cè)，并錨入根部以上；8、沉井壁板在底板厚度范圍內(nèi)設(shè)凹槽時，其深度不宜小于150mm；9不設(shè)刃腳的底梁和隔墻的底面距沉井刃腳底的距離，不宜小于500mm，主要是避免頂?shù)酵翆佑绊懴鲁粒?0、南方地區(qū)地下水豐富，封底混凝土可能因各種原因與刃腳和壁板接觸不好，導致部分地下水會滲過封底砼對新澆筑的底板產(chǎn)生壓力進而破壞，故偏于安全的設(shè)計是多設(shè)置若干道砂濾罐，有橫隔墻分開的區(qū)域，應(yīng)分別設(shè)置砂濾罐，詳圖三。
圖三：濾股大樣圖
2.2設(shè)計計算的主要內(nèi)容：
結(jié)合三個具體的沉井實例，進一步闡明沉井的技術(shù)要點。
一、 平面尺寸與高度滿足給排水工藝要求，由于沉井為矩形容易下沉，故有些進
水泵站工藝雖只需“手榴彈”型已可滿足使用要求，但設(shè)計應(yīng)做成矩形才方便下沉施工，多余部分為中空，里面一般是填土幫助抗浮，且一般在里頭設(shè)置爬梯方便安裝和檢修管道，詳圖四。
圖四：泵站外部尺寸調(diào)整
二、 地基承載力驗算和地基變形驗算：三個沉井持力層分別為強、中風化層和粉
質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土地基承載力特征值160Kpa，經(jīng)過深度修正承載力值可超400 Kpa，滿足設(shè)計要求。
三、 抗浮驗算：羅村沉井為不排水沉井，施工階段抗浮出現(xiàn)在封底后抽干里面的
水澆注底板，規(guī)范要求不計摩阻力的前提下抗浮穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)大于1.，計算得到抗浮系數(shù)為1.015，滿足，如此時不能滿足則應(yīng)適當降低井外水位，超深沉井可適當計入摩阻力的有利影響，施工階段如滿足抗浮則使用階段一般能滿足，因頂板、泵基礎(chǔ)、池內(nèi)最低水位的水及上部結(jié)構(gòu)等對抗浮有幫助，驗算得到抗浮系數(shù)為1.19，滿足《給水排水構(gòu)筑物設(shè)計規(guī)范》關(guān)于抗浮系數(shù)大于1.05的要求；使用階段抗浮出現(xiàn)在上部土建結(jié)構(gòu)完成后，此時繼續(xù)借助井點降水已不可行，必須自身重力能夠抵抗水浮力，故底板往往須用拉筋與封底砼可靠連接，局部格室設(shè)置成填土（素砼）區(qū)，如圖四。南村沉井和長洲島沉井周圍有攪拌樁一圈，排水下沉的沉井，可不驗算施工階段抗浮，由于有上部結(jié)構(gòu)，經(jīng)驗算滿足使用階段要求。
四、 下沉系數(shù)與下沉穩(wěn)定系數(shù)：下沉穩(wěn)定與否直接關(guān)系到沉井施工的成敗，是沉
井計算的重中之重，下沉系數(shù)須滿足kst≥1.05，
kst＝（Gk-Ffw，k）/ Ffk，式中
kst―下沉系數(shù)，Gk ―沉井自重標準值（KN），F(xiàn)fw，k―下沉過程浮托力標準值（KN），F(xiàn)fk―井壁總摩阻力標準值（KN），fk――單位摩阻力標準值（Kpa），
當下沉系數(shù)過大，或遇到淤泥等軟弱土層時，須驗算下沉穩(wěn)定計算，下沉穩(wěn)定系數(shù)需滿足0.8～0.9，kst,s＝（Gk－F’fw，k）/(F’fk+Rb)，Rb為沉井刃腳，隔墻和橫梁下地基土極限承載力之和（KN）；羅村沉井下沉至某段為淤泥，反復調(diào)試下沉穩(wěn)定系數(shù)仍過大，最后采用沿著刃腳周長一圈每隔若干米施工一根攪拌樁，攪拌樁水泥參入量為一般承重型攪拌樁的四分一，以避免壓斷樁，根據(jù)復合地基承載力計算，改善后地基承載力應(yīng)從淤泥提升至淤泥質(zhì)土等級，驗算后滿足下沉穩(wěn)定要求，南村沉井下沉至某段時，遇到中風化層，長洲島沉井局部微風化層，設(shè)計時預先將刃腳寬度盡量取低值，外加角鋼保護，接觸中風化的部分壁板涂抹劑已可滿足，接觸微風化的壁板宜預埋循環(huán)注漿管，以減少摩阻力并適應(yīng)平面上的軟硬不均，另外，還將刃腳做成圖二所闡述的“減摩型”，并在施工圖注明必須先挖硬質(zhì)土，才挖軟質(zhì)土，逐層開挖，最終三個沉井都順利下沉到位。
五、 刃腳計算：方形沉井和圓形沉井計算公式不同，刃腳計算按成因分成兩種工
況，第一種工況為下沉至設(shè)計標高，刃腳內(nèi)側(cè)全部挖空，在水土作用下刃腳向內(nèi)彎曲，套用公式M=(2qB+qA)h12/6計算出彎矩，并對應(yīng)刃腳有效計算截面進行配筋，第二種工況為下沉時，自重在刃腳踏面和斜面上產(chǎn)生的垂直反力和水平推力，刃腳向外彎曲計算。
小結(jié)：沉井是一種特殊的結(jié)構(gòu)，有其獨特的優(yōu)點，不但可以作為外殼部分，而且挖土下沉的過程中可作為開挖支護，省去了開挖支護的費用，沉井對周圍建筑物影響小，施工方便，深度越大，則沉井的優(yōu)點就越為顯現(xiàn)，熟悉掌握沉井的設(shè)計要點與技巧，結(jié)合現(xiàn)場情況與施工條件，提前確定施工方案，再按既定方案分別從施工階段和使用階段核算，另外，沉井只要做好措施能適應(yīng)淤泥甚至微風化地質(zhì)，適應(yīng)土層較廣，值得重視的是，鉆探資料應(yīng)齊全且適當加密，它是沉井成功的先決條件，另外，沉井還是一項實踐性很強的施工技術(shù)，設(shè)計應(yīng)結(jié)合新技術(shù)的特點進行針對性優(yōu)化。
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Abstract: Water supply and drainage engineering usually consists of buildings, structures, water pipeline and ancillary works, and pool structure often accounted for the majority of engineering quantity, become the main content of the whole design of Engineering structures.
Key words: water supply and drainage engineering; pool structure; structure; design
一、水池構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容
1.結(jié)構(gòu)荷載
水池結(jié)構(gòu)上的作用可分為：永久作用（結(jié)構(gòu)自重、土的豎向壓力和側(cè)向壓力等）；可變作用（池頂蓋上的活荷載、地下水壓力、流水壓力、地面堆積荷載、溫濕度變化作用等）；偶然作用（地震作用等）。
作用在水池上的側(cè)向土壓力，規(guī)范按朗金公式計算主動土壓力，這與土的重度和內(nèi)摩擦角有關(guān)。同時要考慮地下水位以下的池外水浮力，使土的有效重度降低而對土壓力的影響。地下水對池體的浮力需要抗浮驗算，分別計算水池的整體抗浮和局部抗浮，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告和當?shù)厮牡刭|(zhì)條件確定抗浮水位，既保證使用階段的結(jié)構(gòu)安全又要考慮不利情況下的抗浮安全。對于大型水池、地下水池和地下水豐富的地區(qū)，抗浮驗算尤為重要。
溫、濕度作用對于地上水池的計算不容忽視。壁面溫差的低溫一側(cè)受拉，對冬季應(yīng)考慮溫差作用。溫差和濕差不需要同時考慮，對夏季應(yīng)考慮濕差作用，由于效果與溫差相似，設(shè)計時將濕差折算為當量溫差按10°C計算。按規(guī)范要求設(shè)變形縫的水池，可不計算溫濕度變化作用，對水池構(gòu)件的中面溫差作用一般也不作計算。
水池設(shè)計時，地基不均勻沉降引起的永久作用，需計算水池構(gòu)筑物的沉降量?？紤]到鋼筋混凝土水池的結(jié)構(gòu)整體性比較好，設(shè)防烈度8度以下可不進行抗震驗算，但仍需滿足抗震構(gòu)造措施要求。
2.池體選型
水池設(shè)計時，應(yīng)選擇合理的體型和適當?shù)谋诤?。為了結(jié)構(gòu)受力的合理性和工程造價的經(jīng)濟性，池壁和底板盡量設(shè)置為雙向板，這就要求池體的選型盡量規(guī)整。當水池長度較大時需設(shè)適應(yīng)溫度變化的伸縮縫，所以水池盡量布置適當?shù)拈L寬，這需要和其他專業(yè)之間溝通和反饋。
對于池壁厚度的確定，按經(jīng)驗值通常按hB/20左右選?。╤B為池深），通常選取在250～500mm之間。池壁太薄，既不符合規(guī)范也給施工增加難度；池壁太厚，可能使計算結(jié)果為滿足最低配筋率而不經(jīng)濟，也對溫濕度作用不利。底板厚度一般為池壁厚度的1.2～1.5倍，底板的抗彎剛度要大于池壁才能滿足作為固端約束的要求。底板對池壁的嵌固作用效應(yīng)的程度與池壁高度、底板單位截條的彈性特征有關(guān)，而底板單位截條的彈性特征又與底板的厚度、地基的基床系數(shù)有關(guān)。當土質(zhì)較好時，底板厚度可取1.2倍池壁厚度；當土質(zhì)較差時，底板厚度可取1.5倍池壁厚度。
3.池壁設(shè)計
水池結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計算時，合理的選擇結(jié)構(gòu)計算簡圖，與實際情況相符的邊界條件的假定，才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的準確可靠。池壁的計算形式通?？煞譃椋海?）三邊固定頂端自由或簡支板；（2）深池可按上部三邊嵌固一邊自由或簡支板、下部水平閉合框架兩部分；（3）淺池按懸臂式擋水墻。
池壁頂端和蓋板現(xiàn)澆時可按鉸接考慮；當池壁設(shè)置走道板時，走道板需具有足夠的剛度，方可作為池壁的鉸支端。對于比較大的水池，可設(shè)扶壁柱和拉梁，考慮做成梁柱框架可節(jié)省工程投資。扶壁柱承受的荷載面積，由池壁計算簡圖確定。
池壁設(shè)計時，須考慮水平角隅的計算問題，淺池壁板的水平向角隅處的局部彎矩應(yīng)計算；池壁的計算應(yīng)考慮和底板的彎距分配，這對池壁底部配筋有較大的影響。池壁底部鋼筋較密，注意滿足規(guī)范對鋼筋間距不宜小于100mm的要求，而且鋼筋間距太密會影響混凝土振搗。
4.底板設(shè)計
如上所述，底板厚度不宜太小，按1.2～1.5倍池壁厚選取，既保證底板的剛度也是考慮池壁與底板節(jié)點平衡。底板的計算簡圖可采用四邊嵌固板計算。
底板跨度較小時，假定地基反力按直線分布，可認為底板是固定支撐于池壁上的。此時作用于底板上的池內(nèi)水重和底板自重與它們引起的地基反力相抵消，而不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；由池壁和池頂、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力，會使底板產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。對于多格水池分格盛水時，地基反力可按照局部均布荷載下的直線分布的原則計算，應(yīng)分格滿池最不利布置進行靜力計算。處于軟土地基或底板跨度較大時應(yīng)按彈性地基上的板計算，按文克爾假定或半無限彈性體假定計算。
5.構(gòu)造措施
（1）水池受力構(gòu)件的混凝土強度等級不低于C25，嚴寒和寒冷地區(qū)不低于C30?？刂扑z比和良好的骨料級配，保證混凝土澆搗密實。
（2）根據(jù)最大作用水頭與混凝土厚度的比值，確定抗?jié)B等級為S4、S6、S8，一般水池采用S6可滿足要求。水池混凝土的密實性滿足抗?jié)B要求時，一般不作其他抗?jié)B處理。
（3）池壁相交處、池壁與底板相交處均設(shè)腋角和構(gòu)造鋼筋，該處鋼筋錨入相鄰池壁和底板，滿足最小錨固長度的要求。水池受力鋼筋計算主要由裂縫驗算控制，考慮造價因素，采用二級鋼要優(yōu)于選擇三級鋼。
（4）《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》要求敞口水池頂端宜配置水平向加強鋼筋。為加強結(jié)構(gòu)的薄弱處，設(shè)計時在池壁頂部和底部均加設(shè)水平向鋼筋。
（5）處于土基上的現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池，地上水池不超過20m，地下水池不超過30m應(yīng)設(shè)置伸縮縫。當混凝土加外摻劑或設(shè)置后澆帶時，可緩解溫度效應(yīng)，設(shè)計時可酌情考慮伸縮縫間距。
二、水池構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題
1.設(shè)計地下水位的合理確定
水池構(gòu)筑物的設(shè)計與地下水位的標高密切相關(guān)。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯誤及抗浮不夠等工程事故也時有發(fā)生。地下水位不僅與土建設(shè)計有關(guān)，與工藝設(shè)計也有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)行國家設(shè)計規(guī)范，地下水位應(yīng)根據(jù)地方水文資料，考慮可能出現(xiàn)的最高地下水位。一般設(shè)計均取用水文資料的最高地下水位。在50年設(shè)計基準期內(nèi)，一般水工構(gòu)筑物地下水可變作用的取用按“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準”原則確定，并不考慮罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地質(zhì)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。如果詳勘在當?shù)乜菟谶M行，所提供的地下水位標高將無法被設(shè)計取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計算的失誤。設(shè)計人員應(yīng)詳實了解工程所在地的水文情況，對未滿足設(shè)計要求的地質(zhì)勘察報告要求予以補充。要求考慮當?shù)赜袩o暴雨、臺風影響，會否出現(xiàn)由于地表水不能及時排除而引起的地下水位提高。水工藝設(shè)計人員，應(yīng)結(jié)合對地下水位及地質(zhì)情況的了解，與土建設(shè)計人員一起決定各構(gòu)筑物的基底標高，綜合工藝流程要求、土建造價、運營成本、投產(chǎn)年限諸多因素，制定總體方案及各構(gòu)筑物方案，以求經(jīng)濟合理。例如當?shù)叵滤惠^高或地質(zhì)剖面有流沙層時，水工藝設(shè)計者應(yīng)考慮是否可適當抬高基底標高，減少浮力對結(jié)構(gòu)影響及避開流沙層。
對設(shè)計在正常使用階段池內(nèi)均有水，僅在檢修等特殊時段才排空的水池，可以根據(jù)實際情況，結(jié)合地方永文資料，確定一個合適的地下水位標高做設(shè)計地下水位，做到既保證使用階段結(jié)構(gòu)安全和不利情況抗浮安全，又能降低工程造價、節(jié)省工程投資的雙贏目的。而這一切需要土建、工藝設(shè)計人員共同討論并采取一系列設(shè)計及操作措施來確保安全生產(chǎn)及設(shè)計意圖的實現(xiàn)。
2.構(gòu)筑物設(shè)置伸縮縫及后澆縫
（1） 伸縮縫的設(shè)置
根據(jù)設(shè)計規(guī)范，矩形構(gòu)筑物最大伸縮縫間距一般為20～30m。近年來，一方面水工藝要求設(shè)計的水工構(gòu)筑物長度已遠超過規(guī)范間距，另一方面隨著建筑材料、施工方法的改進，又為超長水工構(gòu)筑物不設(shè)縫、少設(shè)縫提供了可能。設(shè)計人員在具體設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地基、氣溫等工程情況，考慮是否設(shè)縫及施工方法，認真進行計算并采取適當設(shè)計措施。
一般水池類構(gòu)筑物設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)強度、裂縫開展寬度、抗浮等計算，一般均按規(guī)范要求考慮較好，但由于溫度、變形以及不均勻沉降引起開裂，在工程中常常遇到。大多出現(xiàn)裂縫的工程實例表明，設(shè)計對溫度、混凝土收縮變形等因素影響考慮欠缺是問題的主要原因。筆者認為有兩點需設(shè)計人員重視。
①水池類構(gòu)筑物并非必須保證不開裂，對設(shè)計人員來講重要的是做好裂縫的控制。一方面設(shè)計人員要事先對可能的不利因素及其影響予以預防，另一方面在施工過程中萬一發(fā)生較大裂縫也要有處理方法及技術(shù)措施，確保工程交付驗收及投產(chǎn)后的安全生產(chǎn)及運行需要。一般說來，影響裂縫的主要因素是溫差及混凝土的收縮，溫度越高越易開裂，裂縫的數(shù)量及寬度也越大；混凝土收縮越快也帶來同樣后果。為此，設(shè)計人員要從設(shè)計與施工兩個方面來加強控制。
②加強對允許伸縮縫間距的計算。從設(shè)計方案來講，設(shè)計盡可能采用無縫設(shè)計以滿足施工的連續(xù)性及減少施工難度。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員要詳盡收集有關(guān)資料，針對地基軟硬及溫差大小，選擇伸縮縫的間距。一般水池壁厚≤500mm時，設(shè)計不考慮水池熱的影響，主要考慮施工階段的最不利溫差和混凝土收縮產(chǎn)生的當量溫差，保證由于綜合溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力與混凝上相應(yīng)齡期的極限抗拉強度之比值符合安全要求，按此條件復核設(shè)計假定的伸縮縫間距是否滿足。最不利溫差一般可采用混凝土人模溫度或澆筑時氣溫與混凝土達穩(wěn)定時溫度之差。當構(gòu)筑物及時回填土時，由于地下溫度一般常年變化不大，混凝土達穩(wěn)定時溫度可近似取當?shù)啬昶骄鶞囟?；但如果工程施工周期較長，可能要越冬后回填情況，混凝土達穩(wěn)定時溫度應(yīng)取當?shù)卦缕骄畹蜏囟萚2]。對設(shè)計考慮設(shè)置伸縮縫情況，筆者建議伸縮縫從基礎(chǔ)墊層就斷開，這樣計算底板伸縮縫間距時，基底土對混凝土底板的約束系數(shù)Cx值才切合實際。
（2） 后澆縫的做法
當設(shè)計較長矩形水池時，設(shè)計可采用后澆縫或UEA加強帶等施工方法來減少混凝土收縮產(chǎn)生的當量溫差及不利溫差[3]。后澆縫的設(shè)置可避免部分不利的施工前階段溫差及混凝土前期收縮產(chǎn)生的當量溫差，從而增大了構(gòu)筑物伸縮縫的允許間距。考慮施工的難度，建議設(shè)計在后澆帶墊層混凝土上設(shè)置凹槽，這樣方便后期后澆帶的清理，雜物等可棄置于四槽，沖洗也方便。當設(shè)計采用UEA加強帶做法時，依靠加強帶混凝土較大的膨脹應(yīng)變，補償兩側(cè)混凝土的溫差應(yīng)變。設(shè)計可通過對UEA摻量的調(diào)配，補償混凝土的收縮，使混凝土收縮當量溫差≤0，同樣達到增大伸縮縫的允許間距目的[4]。
3.土建與工藝、設(shè)計與施工間的配合
在水池類水工構(gòu)筑物設(shè)計中，工藝設(shè)計人員要了解土建一些設(shè)計要求，例如對較大水池壁與壁之間、壁板與底板之間的構(gòu)造加腋（八字角）要求。如水工藝不允許加腋，應(yīng)向土建設(shè)計人員講明。另一方面土建設(shè)計人員應(yīng)盡量滿足水工藝要求，對較小水池可不加腋。設(shè)計應(yīng)以設(shè)計規(guī)范為依據(jù)，專業(yè)之間互相配合，對一些構(gòu)造措施應(yīng)區(qū)別情況靈活掌握。
設(shè)計與施工息息相關(guān)。設(shè)計在計算中已考慮施工諸多因素，比如水灰比、用水量、混凝土養(yǎng)護天數(shù)、后澆帶間隔天數(shù)等等，這些設(shè)計條件必須要求施工逐一落實。而要做好這些又要求設(shè)計人員要了解施工，了解施工中新材料、新技術(shù)、新方法，了解施工順序，施工對設(shè)計的要求，使設(shè)計切合施工、方便施工。水池施工為便于支模及澆筑混凝土，一般在離池底及加腋以上300～500mm處留置施工縫，設(shè)計人員應(yīng)考慮施工要求，在此范圍避免設(shè)計有子留洞、予埋管、懸挑梁板等。
三、結(jié)束語
在水池構(gòu)筑物設(shè)計中，一方面設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合具體情況，以較少的工程造價建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，另一方面設(shè)計人員對施工未按正常工期完成等施工失誤產(chǎn)生的滲漏裂縫處理，也應(yīng)有所了解、準備，對當前常用處理裂縫及堵漏方法、所用材料應(yīng)有所了解，以便更好地完成設(shè)計后期服務(wù)。
