某水厂清水池及加压泵房结构设计

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某水厂清水池及加压泵房结构设计

　　摘　　　　要：　通过某水厂扩建工程中典型的清水池及加压泵房结构设计经验总结，对钢筋混

凝土水池结构设计的荷载取值、计算假定、处理方案比选进行研究分析，可为以后设计出安

全、合理、经济的钢筋混凝土水池提供参考。

　　　　 Abstract 　：Through　outlining　typical　clean　water　tank　and　pressurized　pumping　house　

structure　design　experience　of　the　water　plant　expansion　project,　the　paper　studies　and　analyzes　load　

valuing,　calculation　assumption　and　ponding　water　processing　of　the　steel　reinforced　water　tank　

structure　design,　which　can　provide　some　guidance　for　designing　safe,　rational　and　economic　steel　

reinforced　concrete　water　tank.

　　 Keyword 　：water　tank;　load;　calculation　assumption;　cracks;　anti-floating;

　　 1　、工程概况

　　洪塘水厂扩建工程(勘察设计)( “ ”以下简称本工程 )原供水规模 1.5 万m3/d,　土建扩建后供水

规模 12 万m3/d,　包含清水池、二级泵房及加氯间、配电室与控制房、机修间及库房、片区供水

服务中心等建(构)筑物。

　　根据地质勘察报告，清水池、二级泵房及加氯间的基础持力层均为粉质黏土层，抗浮设计

的最高地下水位按周边室外设计地面标高以下 0.5　m 考虑。

　　清水池共 2座，每座平面尺寸 37.55　m×52.8　m,　池内每隔 5　m 设一道 Y向导流墙，清水池高

5.75　m,　基础埋深 4.1　m～5.0　m,　池顶作种植屋面，覆土 0.8　m,　详见图 1[1]。

　　图1　清水池结构模板图

　　二级泵房及加氯间包含二级泵房、吸水井、加氯间各一座，其中二级泵房下部池体，上部

框架，平面尺寸 36.9　m×10.4　m,　池高 5.0　m,　基础埋深 4.7　m,　上部单层框架层高 7.2　m 　。吸水井

平面尺寸 26.7　m×3.9　m,　池高 8.85　m,　基础埋深 8.55　m,　详见图 2[2]。

　　 2　、荷载取值

　　 1)水池荷载主要包含结构自重、侧向水压力、竖向土压力、侧向土压力、地面堆载、温度

作用等。其中侧向水压力分为池内水压力和池外水压力。池内水压力应按永久作用考虑，对于

给水处理的水池，水容重可取 10　kN/m3;对污水处理的水池，考虑悬浮固体等杂质的含量，水

容重可取 10　kN/m3～10.8　kN/m3。池外水压力应按可变作用考虑，其最高计算水位应结合该工

程地质勘查报告选取[3]。

　　 2)水池池壁承载能力极限状态的结构强度验算时需计算两种工况：池内有水，池外无水土

(施工阶段闭水试验);池内无水，池外有水土(使用阶段空池检修)。地基承载力验算时，一般取

地下水位处于基底标高下，池内满水，池外满土状态。但使用阶段抗浮稳定验算时，需取最高

水位状态。温湿度作用需考虑两种极端情况：a.冬季夜晚池内外湿度基本平衡后表现出的温差

作用；b.夏季夜晚池内外温度基本平衡后表现出的湿差作用，两者均使池内壁膨胀外壁收缩，

取最大值计算。

　　图2　二级泵房及加氯间结构模板图

　　 3)本工程清水池池内设计最高水深为 4.8　m(工艺专业确定),但是考虑满水试验，结构设计时

仍按池内满水(水深 5　m)计算水压，显然，清水池池外水土压力作用大于池内满水水压。因清

水池长期贮水，为减少温湿度作用带来的不利影响，池顶设置种植屋面，露出地面的池外壁粉

刷无机轻集料保温砂浆(也可池壁外侧设牛腿，砌筑保温砖)。

　　 4)二级泵房池内无水，侧壁计算时由池外水土作用控制，底板计算时，需考虑上层框架柱

底传递的荷载作用。

　　 3 　、计算假定

　　 1)水池一般由底板、池壁及顶盖组成，其中顶盖的设置与否一般由工艺需求决定，顶盖采

用现浇还是预制形式一般与安装检修需求有关，因此水池分为敞口水池与有盖水池。

　　 2)水池与底板、斗槽或条基连接时，均可视池壁为固端支承。水池顶端无约束或顶板为预

制装配板搁置且无其他连接措施时，池壁顶端视为自由端。当敞口水池顶端为工作平台、走道

板、连系梁等支承结构，根据支承结构横向刚度确定池壁顶端的支承条件为弹性或铰支。当有

盖水池顶板与池壁整体浇筑且配连续钢筋，该节点视为弹性固定。当预制顶板与池壁顶端通过

抗剪钢筋连接，该节点视为铰支。当池壁双向受力，相邻池壁间的连接视为弹性固定。

　　 3)合理确定水池结构板件边界条件且正确进行内力分析方能保证结构设计的准确可靠，矩

形池壁在侧向荷载作用下单、双向受力的区分条件见表 1。

　　表1　池壁在侧向荷载作用下单、双向受力的区分条件

　　 4)显然，本工程清水池 Y向外壁为四边支撑，L/H>2,应按竖向单向计算，可取 1　m 长度为

计算单元，下端固定，上端简支计算。清水池 X向外壁 0.5<L/H<2,按双向计算。对于池壁的四

阳角处，侧压力是沿水平及竖向双向传递，且沿水平传递的比例较大，这些水平弯矩即角隅弯

矩，角隅处的剪力使垂直于本池壁方向的相邻池壁产生拉力(或压力),故相邻池壁计算时应考虑

此力影响。设计时，可分别计算两壁板交接处弯矩，按弯矩分配法的原理，调整相邻池壁水平

边缘弯矩，根据水平板带线刚度比分配角点不平衡弯矩，使之平衡，相应调整跨中弯矩。池内

导流墙两侧水压平衡，按构造要求设计。

　　 “清水池底板与外壁连接处可按简支+ ”池壁弯矩模式，即底板简支于池壁之上，池壁在侧

向压力作用下产生的底端弯矩作为力偶荷载传递给底板，忽略底板外挑部分的影响，底板所受

“ ”轴力等于其两端池壁下端的剪力。底板与导流墙的连接可按固端模式，即池壁作为底板的固

定支座，则底板计算时沿单向截取单元条，按多跨连续梁计算。本工程清水池持力层为粉质黏

土层，底板内力可按地基反力直线分布计算，直接作用于底板上的池内水重及底板自重与它们

引起的地基反力直接抵消，不产生弯曲应力。若本工程地基为软土或板短跨较大，宜截取单元

条，将水池内外壁板作用集中力按弹性地基梁进行内力分析[4]。

　　清水池顶板设计时，顶板边缘可按固端考虑并按多跨连续梁计算。

　　 5)二级泵房池壁顶端(±0.000 标高)设置了走道板及工作平台，当走道板及工作平台作为池

壁顶端支承结构时，应根据支承结构的横向刚度确定池壁顶端的支承条件为铰支或弹性支承，

本工程开洞较大，走道板为悬挑结构，故不考虑支承结构的约束，池壁顶端按自由考虑。

　　二级泵房外墙设有框架柱(扶壁柱),框架柱截面尺寸 500　mm×600　mm,　外墙厚450　mm,　框架

柱截面高度小于外墙厚度的 2倍，且框架柱上部非高层建筑，框架柱与外墙线刚度比小于2,故

框架柱不宜作为池壁的支承结构。若池壁以框架柱作为支承结构采用双向板计算配筋，则框架

柱除按结构整体分析结果配筋外，还需按外墙双向板传递荷载验算配筋。根据框架柱与外墙变

形协调的原理，框架柱配筋偏少，外墙竖向受力钢筋配置不足，水平分布筋有富余。因此外墙

宜按竖向单向板计算配筋，对框架柱内外侧主筋适当加强。

　　二级泵房抗浮水位取室外地面下 0.5　m,　上部仅为单层框架，出于抗浮考虑，采取如下措

施：底板厚度按构造要求取大值(一般为壁板厚度的 1.2 倍～1.5 倍),同时可满足柱下筏板冲切要

求，底板外挑500　mm,　底板上方回填 500　mm　C20 素混凝土，素混凝土可兼作设备基础下部且

“方便形成排水沟。二级泵房底板与外壁连接处可按简支+ ”池壁弯矩模式计算配筋。

　　 4　、处理方案比选

　　水池设计过程中需对各种问题难题做出处理方案比选，择较合理者选用，其中尤以裂缝及

抗浮问题需较慎重。

　　 1)混凝土水池的裂缝问题是普遍存在且难以解决的令各参建方头疼的问题，它的成因包括

混凝土收缩、温度变化、混凝土养护不善、施工措施不到位、池体不均匀沉降、设计配筋不足

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某水厂清水池及加压泵房结构设计　　摘　　　　要：　通过某水厂扩建工程中典型的清水池及加压泵房结构设计经验总结，对钢筋混凝土水池结构设计的荷载取值、计算假定、处理方案比选进行研究分析，可为以后设计出安全、合理、经济的钢筋混凝土水池提供参考。　　　　Abstract　：Through　outlining　typical　clean　water　tank　and　pressurized　pumping　house　structure　design　experience　of　the　water　plant　expansion　project,　the　paper　studies　and　analyz...

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