郝津锋
北京环境工程技术有限公司
【摘 要】近些年来，随着我国科学技术的不断进步，水处理技术有了较大的发展，各种水处理配套设施不断涌现，半埋式超长水池在此背景下得到广泛地应用。但由于半埋式超长水池结构所受制约因素颇多，经常会出现质量隐患，为此如何做好其结构设计逐渐被业界重视。文章结合工程实际详细分析了半埋式超长水池结构设计现状与优化要点。
【关键词】半埋式超长水池；设计；抗裂；混凝土
在城市化进程不断加快的今天，越来越多的半埋式超长水池出现在人们视线中。至今，全埋式超长水池的长度甚至超过130米，而半埋式超长水池因制约因素多，长度大多都在100米左右。在设计工作中，如何处理好半埋式超长水池裂缝、抗浮等设计问题，提高水池结构的整体性、耐久性成为了工作重点。
一、工程概况
在水处理工程中，水池的投资占据整个工程土建投资的70%左右，因此水池结构设计的合理性、科学性直接关系到整个工程的总体效益，对区域经济发展、社会稳定有着巨大影响。水池属于特种结构范畴，它既不是住宅楼等普通民用建筑，也不是商场、教学楼等公共建筑结构设计。因此在设计中，工作人员要根据工艺条件结合工程所在地区的水文地质情况和环境现状开展工作。
例如某水处理工程中采用了半埋式超长水池结构，地下埋深3米，地上高度7.5米，水池长度89.7米，宽度为45.9米，总高度为10.5米。该水池采用了天然地基，以第2层卵石层为持力层，地基承载力特征值为200kPa，混凝土强度等级为C35。类似此种工程需要在设计中考虑从施工到使用全过程温、湿度作用、土侧压力、水压力等荷载作用，因此提前做好设计分析等相关工作乃是至关重要的。
二、半埋式超长水池结构设计中混凝土裂缝问题及优化
1、混凝土裂缝问题
随着水工构筑物逐渐呈现出布置综合化、一体化、复杂化的发展趋势，与之相应的水池规模不断增大、结构越来越复杂，导致水池结构裂缝控制成为整个工作的重点，半埋式超长水池结构亦是如此。由于半埋式超长水池结构大多为大体积混凝土结构，因此在设计中必须对混凝土裂缝问题进行分析，有针对性的提出优化措施。
2、半埋式超长水池结构设计中裂缝控制方法
常见的超长混凝土结构裂缝控制方法有“抗”和“放”两种，在工程中向混凝土施加应力而达到减少裂缝产生的方法为“抗”；通过释放混凝土收缩变形，减少约束应力而达到减少混凝土裂缝的方法为“放”。控制半埋式超长水池结构混凝土裂缝的措施主要有以下几种。
2.1、采用预应力钢筋混凝土结构
对于大型的钢筋砼水池设计，可以采用预应力混凝土结构，布置预应力钢筋，在钢筋回缩的过程中，利用其与混凝土之间的粘结力而使水池池壁获得预压应力，抵消部分侧土压力、水压力引起的变形，减少并控制水池裂缝的产生。
2.2、设置变形缝
变形缝是目前常见的混凝土裂缝控制策略，是解决混凝土因变形作用出现裂缝的主要手段，在水池结构中应用范围较大。但这种变形缝对材料耐久性要求颇高，导致这种施工方法的成本比较高，而且如果处理不好一旦出现渗漏现象，严重的渗漏还会影响周围的临近建筑物，且地下漏点查找困难，因而在目前半埋式超长水池结构设计中多采用不设缝设计。
2.3、补偿收缩混凝土
半埋式超长水池结构设计中，补偿收缩缝的方法能有效应对因混凝土结构收缩产生的裂缝问题，这种方法在大体积、超大体积混凝土结构中应用范围最广。
2.4、优化原材料
由于半埋式超长水池大多为大体积混凝土结构，因此应选择合理的配合比，采用低热水泥（例如硅酸盐水泥等），并在混凝土中掺加外加剂，改善混凝土的和易性，降低水化温升速度和温峰高度，有效的控制并减小温度裂缝。
2.5、设置后浇带、加强带
在混凝土结构规模不断增大的新时期，越来越多的混凝土结构在设计中遵循“放”的原则，将结构分区进行施工，分仓浇筑。此时设置后浇带能更好缓解因混凝土施工变形产生的裂缝问题。加强带是遵循“抗”的原则设立的，能大幅度降低混凝土结构内部的压应力，减少因混凝土收缩导致的裂缝。
三、水池的抗浮设计存在的问题及方法优化
半埋式超长水池设计中，由于水池体积大，相应的浮力也就较大，一旦水池重量小于浮力，不满足抗浮设计要求，必然会导致水池被顶起，造成整体性隐患。针对这种问题，在本项目设计中可以采用以下优化方法。
1、有效合理的确定抗浮设计水位
根据国家现行半埋式超长水池结构设计规范，在设计中应根据当地水文情况考虑好可能出现的最高地下水位，注意分析水池在正常使用阶段长期储水性能，仅在检修时期（尽量选在降雨量较小的非雨季）方可排空且科学的确定届时地下水位，综合考虑。这样不仅能提高水池的使用安全性、耐久性，又能降低工程造价、提高工程效益。
2、合理设计，考虑多种工况
在半埋式超长水池结构设计中，应按照《给排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）和《给排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》的规定检验水池在正常使用极限状态下的挠度、裂缝及承载力极限状态下的配筋等验算。在半埋式超长水池结构的承载力极限状态设计时，还应考虑水池池内无水、池外有土或池内满水、池外无土以及池内无水、池外无土有水等多种设计工况，同时进行整体抗浮和局部抗浮等验算，防止因设计疏漏所带来的抗浮等工程隐患。
3、增加水池配重、设计抗浮桩
在地下水位较高的情况下，可以采用加厚水池底板厚度、利用水池底板外挑以及增加配重垫层、设计抗浮桩等方法满足抗浮设计要求。但是需要注意，若选择增厚水池底板或增加水池配重垫层时等方法时，要科学的选择并优化原材料，配重垫层不宜选用高强度混凝土，避免因大体积、高强混凝土产生的水化热造引起水池池壁、池底出现裂缝。
四、结构专业与工艺专业之间的配合
在大型水池的结构设计中，水池侧壁一般会预埋很多穿墙套管，届时与工艺专业之间的沟通配合就尤为重要了。在地质情况较好，持力层的承载力及压缩模量较高的情况下，水池的沉降差会较小，工艺专业对管道的连接便无要求。若持力层土质的压缩模量较低，水池沉降差会较大，则水池池壁的穿墙套管应设置柔性连接。所以结构专业应与工艺专业及时沟通交流，反馈水池沉降计算、场地标准冻深等情况，确保工程顺利开展。
五、结束语
综上所述，在半埋式超长水池结构的设计工作中，因其体积较大，长度较长等特殊性，对于裂缝控制、抗浮计算等方面需要着重考虑，考虑多种工况进行设计，选择科学合理的结构设计方案，发挥其应有的使用价值。
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