水工構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的論文
摘要：一個(gè)好的工程產(chǎn)品是由設(shè)計(jì)與施工共同完成的，一個(gè)好的工程設(shè)計(jì)則需多個(gè)專業(yè)共同努力才能實(shí)現(xiàn)。本文從結(jié)構(gòu)專業(yè)角度談水工構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中的地下水位確定、伸縮縫設(shè)置、總體布置及設(shè)計(jì)與施工配合等問題，在貫徹國(guó)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策的同時(shí)，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：水工構(gòu)筑物地下水位伸縮縫后澆帶加強(qiáng)帶
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，各地污水處理工程近年來逐年增多。作為配套的土建結(jié)構(gòu)專業(yè)如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足水工藝要求的前提下，既保證水工構(gòu)筑物今后的正常生產(chǎn)使用，又降低工程造價(jià)，是設(shè)計(jì)、施工人員面臨的共同任務(wù)。下面就設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的一些水工構(gòu)筑物的問題，提出本人的看法。
1設(shè)計(jì)地下水位的合理確定
水池構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)與地下水位的標(biāo)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(cuò)誤及抗浮不夠等工程事故也時(shí)有發(fā)生。地下水位不僅與土建設(shè)計(jì)有關(guān)，與水工藝設(shè)計(jì)也有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家設(shè)計(jì)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[1]。一般設(shè)計(jì)均取用水文資料的最高地下水位。在50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”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(bào)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(cè)期間的地下水位情況。如果詳勘在當(dāng)?shù)乜菟谶M(jìn)行，所提供的地下水位標(biāo)高將無法被設(shè)計(jì)取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計(jì)算的失誤。設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳實(shí)了解工程所在地的水文情況，對(duì)未滿足設(shè)計(jì)要求的地質(zhì)勘察報(bào)告要求予以補(bǔ)充。要求考慮當(dāng)?shù)赜袩o暴雨、臺(tái)風(fēng)影響，會(huì)否出現(xiàn)由于地表水不能及時(shí)排除而引起的地下水位提高。水工藝設(shè)計(jì)人員，應(yīng)結(jié)合對(duì)地下水位及地質(zhì)情況的了解，與土建設(shè)計(jì)人員一起決定各構(gòu)筑物的基底標(biāo)高，綜合工藝流程要求、土建造價(jià)、運(yùn)營(yíng)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(jì)合理。例如當(dāng)?shù)叵滤惠^高或地質(zhì)剖面有流沙層時(shí)，水工藝設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮是否可適當(dāng)抬高基底標(biāo)高，減少浮力對(duì)結(jié)構(gòu)影響及避開流沙層。
對(duì)設(shè)計(jì)在正常使用階段池內(nèi)均有水，僅在檢修等特殊時(shí)段才排空的水池，可以根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合地方永文資料，確定一個(gè)合適的地下水位標(biāo)高做設(shè)計(jì)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(jià)、節(jié)省工程投資的雙贏目的。而這一切需要土建、水工藝設(shè)計(jì)人員共同討論并采取一系列設(shè)計(jì)及操作措施來確保安全生產(chǎn)及設(shè)計(jì)意圖的實(shí)現(xiàn)。
我們?cè)谠O(shè)計(jì)安徽毫州污水處理廠工程中，結(jié)合不同構(gòu)筑物使用要求，采用3個(gè)不同的設(shè)計(jì)地下水位標(biāo)高。該地區(qū)水文資料顯示，最高地下水位為絕對(duì)標(biāo)高37.16m，每年冬春季枯水期水位均在35.50m以下。我們?cè)谠O(shè)計(jì)二沉池時(shí)，設(shè)計(jì)地下水位取36.50m，這樣在該池使用階段可能超過該水位的年份概率約10％左右，且持續(xù)時(shí)間不超過2個(gè)月。而二沉池一般均蓄水，正常檢修每年一次。該廠共4個(gè)二沉池，遇到緊急事故4個(gè)池子均同時(shí)需排干維修的可能概率基本為零。設(shè)計(jì)已考慮每年檢修安排在冬季枯水位時(shí)，這樣設(shè)計(jì)所采用的地下水位標(biāo)高一般能保證正常生產(chǎn)、檢修。為防不測(cè)，設(shè)計(jì)還安排布置若干水位觀察井，在緊急事故需排干某池內(nèi)水維修前，觀察實(shí)際水位是否超過設(shè)計(jì)警戒水位，如未超過則批準(zhǔn)進(jìn)行維修，否則暫不批準(zhǔn)。對(duì)氧化溝工號(hào)，由于氧化溝基本常年有水；每年檢修一次，一般個(gè)別曝氣頭損壞不會(huì)給氧化溝的污水處理產(chǎn)生影響，而且工藝設(shè)計(jì)考慮曝氣頭支架可提升更換。基于此條件，采用設(shè)計(jì)地下水位35.60m以保證每年枯水期檢修的需要。對(duì)其它不能保證池內(nèi)經(jīng)常有水者，設(shè)計(jì)地下水位則取37.16m。
2構(gòu)筑物設(shè)置伸縮縫及后澆縫
2.1伸縮縫的設(shè)置
根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)的水工構(gòu)筑物長(zhǎng)度已遠(yuǎn)超過規(guī)范間距，另一方面隨著建筑材料、施工方法的改進(jìn)，又為超長(zhǎng)水工構(gòu)筑物不設(shè)縫、少設(shè)縫提供了可能。設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)時(shí)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(rèn)真進(jìn)行計(jì)算并采取適當(dāng)設(shè)計(jì)措施。
一般水池類構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、裂縫開展寬度、抗浮等計(jì)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(shí)例表明，設(shè)計(jì)對(duì)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(rèn)為有兩點(diǎn)需設(shè)計(jì)人員重視。
①水池類構(gòu)筑物并非必須保證不開裂，對(duì)設(shè)計(jì)人員來講重要的是做好裂縫的控制。一方面設(shè)計(jì)人員要事先對(duì)可能的不利因素及其影響予以預(yù)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(yàn)收及投產(chǎn)后的安全生產(chǎn)及運(yùn)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(jì)人員要從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面來加強(qiáng)控制。
②加強(qiáng)對(duì)允許伸縮縫間距的計(jì)算。從設(shè)計(jì)方案來講，設(shè)計(jì)盡可能采用無縫設(shè)計(jì)以滿足施工的連續(xù)性及減少施工難度。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要詳盡收集有關(guān)資料，針對(duì)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(shí)，設(shè)計(jì)不考慮水池?zé)岬挠绊懀饕紤]施工階段的最不利溫差和混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差，保證由于綜合溫差對(duì)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(qiáng)度之比值符合安全要求，按此條件復(fù)核設(shè)計(jì)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(shí)氣溫與混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度之差。當(dāng)構(gòu)筑物及時(shí)回填土?xí)r，由于地下溫度一般常年變化不大，混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度可近似取當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟龋坏绻こ淌┕ぶ芷谳^長(zhǎng)，可能要越冬后回填情況，混凝土達(dá)穩(wěn)定時(shí)溫度應(yīng)取當(dāng)?shù)卦缕骄畹蜏囟萚2]。對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)算底板伸縮縫間距時(shí)，基底土對(duì)混凝土底板的約束系數(shù)Cx值才切合實(shí)際。
2.2后澆縫的做法
當(dāng)設(shè)計(jì)較長(zhǎng)矩形水池時(shí)，設(shè)計(jì)可采用后澆縫或UEA加強(qiáng)帶等施工方法來減少混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)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(dāng)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(jì)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(dāng)設(shè)計(jì)采用UEA加強(qiáng)帶做法時(shí)，依靠加強(qiáng)帶混凝土較大的膨脹應(yīng)變，補(bǔ)償兩側(cè)混凝土的溫差應(yīng)變。設(shè)計(jì)可通過對(duì)UEA摻量的調(diào)配，補(bǔ)償混凝土的收縮，使混凝土收縮當(dāng)量溫差≤0，同樣達(dá)到增大伸縮縫的允許間距目的[4]。
3土建與水工藝、設(shè)計(jì)與施工間的配合
在水池類水工構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，水工藝設(shè)計(jì)人員要了解土建一些設(shè)計(jì)要求，例如對(duì)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(jì)人員講明。另一方面土建設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量滿足水工藝要求，對(duì)較小水池可不加腋。設(shè)計(jì)應(yīng)以設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，專業(yè)之間互相配合，對(duì)一些構(gòu)造措施應(yīng)區(qū)別情況靈活掌握。
設(shè)計(jì)與施工息息相關(guān)。設(shè)計(jì)在計(jì)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(hù)天數(shù)、后澆帶間隔天數(shù)等等，這些設(shè)計(jì)條件必須要求施工逐一落實(shí)。而要做好這些又要求設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)的要求，使設(shè)計(jì)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(jì)人員應(yīng)考慮施工要求，在此范圍避免設(shè)計(jì)有子留洞、予埋管、懸挑梁板等。
多出優(yōu)秀設(shè)計(jì)、多出精品工程是時(shí)代賦予全體設(shè)計(jì)人員的莊嚴(yán)使命。在水工構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，一方面設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合具體情況，以較少的工程造價(jià)建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，另一方面設(shè)計(jì)人員對(duì)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(zhǔn)備，對(duì)當(dāng)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(jì)后期服務(wù)。
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