鋼筋混凝土矩形水池結構設計分析

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【摘要】矩形水池因自身性能堯結構堯質量具有十分特別的優勢，逐漸成為提高水資源利用效率的重要裝置。本文對鋼筋混凝土矩形水池的結構設計進行探究，明確水池選擇堯內力計算堯地基處理以及防滲透處理方面的特點，在此基礎上深入探究AAO生物反應池結構設計要點，希望為鋼筋混凝土矩形水池結構設計的優化提供科學參考。

【關鍵詞】鋼筋混凝土;矩形水池;結構設計

鋼筋混凝土矩形水池被廣泛應用于公用、農業、工業等領域的建筑施工、污水處理、給排水中。因此，為滿足時展對鋼筋混凝土矩形水池的工藝要求，設計人員需要從水池結構的建造標準入手，切實優化水池結構設計，從而為項目創造更加可觀的經濟效益與環境效益。

1鋼筋混凝土矩形水池結構設計

1.1結構設計總體原則。為避免混凝土矩形水池出現開裂問題，在結構設計中應注重先進理念的應用，嚴格按照“高標準嚴要求”進行設計優化，同時控制好主觀因素對結構設計效果的影響，始終結合工程材料更替周期，選取最佳的結構設計方案，保證設計與施工的安全適用性與經濟合理性。此外，矩形水池超長結構是重點設計內容，需要選擇科學合理的手段來降低工程成本，為矩形水池長遠應用奠定堅實基礎。1.2水池的選擇頂板、池壁與底板是混凝土矩形水池的主要結構，可分為全地下、全地上、半地上三種埋深形式。在對其進行結構設計過程中，專業人員應根據場地實際情況、結構性能特點、建造工藝要求等進行全方位、多角度的考量。一般情況下，矩形水池的場地利用效率最高，施工技術簡單，將多個水池組合在一起或是加蓋房屋，會進一步增強矩形水池的結構設計效果，對工程效益的提升具有重要意義。1.3計算水池內力。底板、池壁的內力計算與頂板內力計算是分開的，敞口式、頂板獨立的矩形水池池壁視為三邊頂端自由連接；頂板封閉式矩形水池的底板與池壁視為鉸接。一般情況下，水池底板厚度為池壁厚度的1.2~1.5倍，地基為軟土的水池池壁與底板之間使用的是彈性固定支撐[1]。1.3.1底板內力計算。矩形水池底板內力受到地基反力的影響，使得池壁間距會對底板反力分布情況造成不同程度的影響。因此，在計算矩形水池底板內力的過程中，首先，考慮池壁剛性角度重疊長度與池壁間距的關系，避免間距過大造成池底發生變形，必要時可采用靜力平衡法避免反力分布不均勻移動現象的發生。其次，地下水位高度小于水池底板高度時，地基壓縮性就會呈現均勻變化狀態，此時可計算小面積的水池地基反力來完成底板內力的計算。最后，當矩形水池底板與懸臂板結構較為相似時，可采用剪力計算懸臂板，對于等截面水池底板則應按照直線上內力分布情況計算地基反力。此過程主要是根據變截面、等截面兩種地基反力分布情況計算相應的水池底板內力。此外，對于多跨連續板則應沿著寬度或是長邊計算底板內力，同時按照雙向板計算四邊的傳遞彎矩與簡支，從而將鋼筋混凝土裂縫控制在0.2mm以下。1.3.2池壁內力計算。對于鋼筋混凝土矩形水池來說，池壁內力是其內力計算的又一重要環節。在對池壁內力進行計算時，若池壁長與高的比值不小于3，應在較長的池壁取寬為1m的板作為計算單元，且這個計算單元內力計算的方向應與單板垂直方向相一致；當矩形水池池壁長與高的比值為0.5~3時，則應按照荷載在雙向板上的傳遞特征，計算兩個傳遞方向上的內力。因此，設計人員在進行鋼筋混凝土矩形水池結構設計時，考慮溫度、濕度荷載以及其他因素便可明確池壁內力，以此將工程裂縫控制在一定范圍內[2]。1.4處理水池地基。在建設鋼筋混凝土矩形水池的過程中，經常會遇到厚度不等的軟土層，在一定程度上導致水池底部受力不均，矩形水池在一定反力作用下，會出現變形、結構破壞等問題。因此，矩形水池地基處理主要是解決地基承載力不高的問題，最終將土層不均勻沉降程度控制在一定范圍內。在以往處理矩形水池地基時，采用預制樁、灌注樁等增強軟土層地基的強度，但會增加工程成本，并且環境效益低。近些年，水池地基處理主建筑•節能要運用的形式為復合地基、填強夯法，其中復合地基處理法主要增強地基豎向強度，使得荷載分布在天然地基土與豎向增強體上。通常情況下，采用碎石樁、灰土擠密樁等柔性樁來增強樁基設計效果，對于樁數較多、地基布樁原理為成片分布的復合地基，需要進行靜載荷試驗來確定地基的承載力，同時進行單樁靜載荷試驗可進一步增強復合地基的黏結強度。在澆筑基地的混凝土之前，需要做好施工現場的勘察工作，計算出不同土質情況下墊層的底板中心，將模板架空進行混凝土澆筑，混凝土外部使用瀝青來防止水泄漏。轉角處是鋼筋混凝土最長出現裂縫的部位，較大的裂縫會嚴重影響水池整體質量，因此需要將“暗梁”“暗柱”設置在底板、池壁、轉角交接處，以此較少結構設計的薄弱環節。暗梁的高度應大于矩形水池池壁的厚度，受力水平鋼筋應大于內外側的配置，從而為鋼筋混凝土矩形水池的結構設計優化奠定良好基礎。1.5水池的防滲透處理。鋼筋混凝土矩形水池被廣泛應用于各個領域的水資源處理工程中，對于污水處理廠的鋼筋混凝土矩形水池結構設計還應加強防滲透與防腐處理效果，以此保證水池能夠以良好的性能投入使用。相關研究表明，防滲透能力不強的水池會造成地下水水發生二次污染，由于污水處理廠的水源來源復雜，對水池防滲透處理有著較高要求，針對新建矩形水池：①合理選擇水泥材料與骨料級配，嚴格控制水泥的配合比，提高鋼筋混凝土質量；②將模板、基層澆水濕透后，再進行混凝土的澆筑與振搗，進而保證工程質量，注意控制水泥的養護時間，避免早期脫落造成混凝土出現裂縫；③添加一定量的添加劑提高混凝土的綜合性能，保證水池防滲透能力[3]。對于污水處理廠矩形水池：①將一定量的防護料加入混凝土表面孔隙中，如在混凝土表面使用有機硅材料，使得混凝土表明形成保護層杜絕水質滲透；②在混凝土表面涂抹高效的防護材料，避免水池內水質與外界水質發生交換，如使用環氧、聚氨酯增強酸性水質環境水池防滲透與防腐性能，使用環氧增強堿性水質環境水池防滲透與防腐性能，注意涂料需定期維護；③在鋼筋混凝土外部貼能夠隔絕外界水質的花崗巖、耐酸磚等，注意塊材間的厚度控制在30mm以內，并做好勾縫處理，以此保證水池防腐、抗滲性能。

2AAO生物反應池結構設計要點分析

以污水處理廠的AAO生物反應池結構設計為例，為進一步提高鋼筋混凝土矩形水池的應用效果，需要結合污水處理廠的處理效率與效果，運用生物反應池來減少污水處理能耗，充分發揮出AAO生物反應池結構設計的優勢與價值。2.1水池抗浮設計要點。首先，設計人員需要考慮水池的自重浮沉，結合生物反應池抗浮系數、酸化池抗浮系數、沉淀與氧化池的抗浮系數，采用壓重抗浮、抗拔錨桿、自重抗浮等對矩形水池的結構設計進行優化。其中，壓重抗浮主要是利用頂板覆土、底板配重對水池抗浮進行設計；自重抗浮主要是加大水池底板、池壁、頂板的自重對水池進行抗浮設計。無論是哪種抗浮設計，在頂板處覆土便可有效提高水池的抗浮系數，在頂板上運用綠植處理，可進一步增強矩形水池的生態效果。對于中間有柱子的封閉式多格水池，還應完善排水系統，避免雨水過多堆積影響水池的正常使用，保障水池使用的安全性。AAO生物反應池的池底結構如圖1所示。2.2超長結構設計要點。對于長度較大的生化組合池，一般情況下采用變形縫形式將生化組合池分為兩個水池或根據水池實際需要設置膨脹加強帶。在此過程中，設計人員需要嚴格按照相關規范標準的內容妥善設置伸縮縫間的距離，在對水池設置膨脹加強帶時應注意溫度與濕度的控制，避免對變形縫及水池整體結構造成較大的影響。與此同時，設計人員還應控制工程所用水泥的配合比，首選水化熱低的水泥來提高水池的結構設計水平，保證AAO生物反應池能夠投入實際使用，并可有效避免裂縫的產生。此外，結構設計人員在掌握水池設計特點與工程造價要求的前提下，需要將壁板厚度控制在700mm以上，同時合理考慮水池底部彎矩與壁板厚度間的關系，進而保證水池超長結構具有良好的性能。

3結語

綜上所述，鋼筋混凝土矩形水池經過長時間使用后，損耗速度會逐漸加快，這就要求設計人員科學合理計算矩形水池的底板與池壁內力、處理水池地基，同時加強防滲透與防腐的處理，對于AAO生物反應池，還應明確抗浮設計、超長結構設計的要求，以此保證水池結構設計的合理性、經濟性，促進工程環境效益與社會效益的提升。

參考文獻

[1]羅志機，王寶輝.鋼筋混凝土水池結構設計要點及問題探討[J].住宅與房地產，2019（6）：108.

[2]羅瑤.污水處理廠中水池結構設計要點的分析[J].智能城市，2020，6（7）：157-158.

[3]凌保林.污水廠構筑物水池結構改造的優化設計分析[J].工程建設與設計，2019（7）：36-38.

作者:郭啟志 單位:中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司