对水池设计中几个常见问题的看法
王 凯
(黑龙江省城市规划勘测设计研究院)
[摘 要] 通过作者多年在水池设计中所遇到一些常见问题,从结构专业的角度出发,分析探讨了地下水位的确定、伸缩缝的设置、后浇带的做法及设计与施工配合等问题。
[关键词] 水池设计;地下水位;伸缩缝;后浇带;施工配合
SeveralProblemsInPoolDesign
WangKai
(CityPlanAndReconnaissanceDesignAndResearchInstituteOfHeilongjiangProvince)
Abstract:Theauthoranalysessomeproblemsinpooldesign,suchasthedetermineofgroundwaterlevel,thesettingofshrinkagejoint,practiceoflatercastingzoneandthefittingofdesignandconstruction.Keywords:pooldesign;groundwaterlevel;shrinkagejoint;latercasingzone;constructionfitting
随着我国经济实力的不断增强,城市范围的不断扩大,城乡一体化逐渐统筹发展,为适应人们生产、生活和环境保护的需要,水池类等水工构筑物建设逐渐增多。结合多年的设计体会从结构专业的角度对水池设计所涉及的一些常见问题,谈谈本人的看法。1 怎样合理确定设计地下水位
在水池设计开始时,首先应详细研究地质勘察报告和水文资料,正确分析地下水位的标高。根据现行国家设计规范,地下水位应根据地方水文资料,考虑可能出现的最高地下水位。一般设计均取用水文资料的最高地下水位。在50年设计基准期内,一般水工构筑物地下水可变作用的取用按“工程结构可靠度设计统一标准”原则确定,不考虑罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是,有些工程地质勘察报告所提供的地下水位未能从地方水文资料分析得出,而仅反映勘测期间的地下水位情况。所以设计人员应详细了解当地的水文情况,对未满足设计要求的地质勘察报告要求予以补充。
2 如何设置伸缩缝和后浇带2.1 伸缩缝的设置
根据给水排水工程构筑物结构设计规范,矩形构筑物最大伸缩缝间距见表1。
但近几年来,随着工艺要求的不断发展,大型超长水池逐渐增多。而且,又随着建筑材料、施工方法的进步,又为超长水池不设缝、少设缝提供了可能。因此设计人员在进行设计时应根据地基、气温等工程情况,考虑是否设缝及相应的施工方法,认真进行计算并采取适当设计措施。在常规的水池设计中,对结构强度、裂缝开展宽度、抗浮等计算,一般均能按规范要求考虑得较好。而在工程中所遇到的出现裂缝的情况,多半是由于温度,变形以及不均匀沉降所引起的。因此设计时,对温度、混凝土收缩变形钢筋混凝土
现浇
15
20
20
30
注:1.对于地下式或有保温措施的构筑物,应考虑施工条件及温度、湿度环境等因素,外露时间较长时,应按露天条件设置伸缩缝;2.当有经验时,例如在混凝土中施加可靠的外加剂或浇筑混凝土时设置后浇带,减少其收缩变形,此时构筑物的伸缩缝间距可根据经验确定,不受表列数值限制。
表1矩形构筑物的伸缩缝最大间距(M)作
条件
露天3010520
830岩基地下式或有保温措施
露天4015830
1540土基地下式或有保温措施
类别
砖
砌体
石
现浇混凝土
装配整体式
2.1.1 裂缝的控制:在水池类构筑物设计中,做好裂缝的控制对设计师来讲尤为重要。设计人员要从设计与施工两个方面来加强控制。设计方面,增加配筋率或减小钢筋直径能增加混凝土的极限拉伸,因此在结构设计时,在节点应力集中处或大体积混凝土中沿截面均匀配置细、密的构造钢筋或钢筋网片,可提高构件的抗裂能力。施工方面,不要过分强调加快施工进度,不要过分追求水泥的早高强,尤其不要不分场合地使用早强型(R型)水泥。在混凝土中考虑掺加缓凝剂和减水剂,降低水灰比,减少水泥用量。混凝土振实成型后,要尽早表面覆盖,加强养护,延长浇水养护时间,特别是夏季和大风天气。
2.1.2 伸缩缝间距的计算:从设计方案来讲,设计尽可能采用无缝设计以满足施工的连续性及减少施工难度。在设计过程中,设计人员要详细收集相关资料,针对地基软硬及温差大小,选择伸缩缝的间距。一般水池设计时主要考)
控制在25%～35%,以保证气浮效果的实现。2.2.4 气液比
气液比是指水中溶解的空气量与回流水量的比值。只有保证足够的空气吸入量,才能达到要求的空气溶解度,气液比一般控制在10%左右。2.2.5 药单耗
药单耗是指水处理时单位水量所投加的混凝剂量。一般控制不超过30mg L,对于微絮凝过滤和气浮工艺来说,只要求形成微小的绒体,若药单耗大形成大颗粒,反而会引起滤料表面堵塞和气浮失效。2.2.6 滤速
滤速是指每平方米滤料单位时间内通过的水量。一般应控制在8m h以下,以免过滤时杂质穿透过深造成滤池出水水质超标或将气泡带入滤料形成气阻。3 经济效益分析
逆流式气浮过滤一体化净水技术能有效地提高水质,降低制水成本。现将经济效益分析如下:3.1 延长过滤周期,节省反冲洗水费用
按每个滤池每周期反冲洗水量200吨计,一水厂共有6个滤池,过滤周期延长2倍,反冲洗水量节省200吨×6个 天×50%=600吨 天。按现一水厂制水成本0.5元 吨计,每日可节省反冲洗水费600吨 天×0.5元 吨=300元。3.2 降低混凝剂药单耗,节省药剂费用
现一水厂产水量2万吨 天,单独过滤时混凝剂硫酸铝药单耗一般30mg L～40mg L,采用微絮凝气浮过滤可将硫酸铝药单耗降至10mg L～20mg L,节药率近50%,每日可节省药剂20,000t d×35kg kt(mg L)×50%=350kg,硫酸(上接第81页)产生的当量温差,保证由于综合温差对混凝土产生的拉应力与混凝土相应龄期的极限抗拉强度之比值符合安全要求,并按此条件复核设计假定的伸缩缝间距是否满足。最不利温差一般可采用混凝土浇筑时气温与混凝土达稳定时温度之差。对设计考虑设置伸缩缝情况,建议伸缩缝从基础垫层就断开,这样计算底板伸缩缝间距时,基底土对混凝土底板的约束系数Cx值才切合实际。2.2 后浇带的设置
当设计较长矩形水池时,可采用后浇带或UEA加强带等施工方法来减少混凝土收缩产生的当量温差及不利温差。后浇带的设置可避免部分不利的施工前阶段温差及混凝土前期收缩产生的当量温差,从而增大了构筑物伸缩缝的允许间距。后浇带的间距首先应考虑要能有效地削减温度收缩应力,其次考虑与施工缝结合。在正常的施工条件下,后浇带的间距宜为20～30m。后浇带的保留时间当然越长越好,但必须在施工期间不要影响后续工序,一般不应少于40天,最宜60天(考虑施工可能)。在此期间,混凝土水化热引起的早期温差影响基本消失,以及混凝土有不少于30%的收缩已完成。
3 土建与工艺、设计与施工间的配合
铝现价约2000元 吨,则每日可节省药剂费用350kg×2000元 吨=700元
3.3 气浮系统(溶气泵)动力费用
溶气泵电机功率为18.5kw,按每日运行24小时计,每日耗电量为18.5kw×24h=444度,按鸡西现行工业电价0.65元 度,每日溶气泵动力费用为444度×0.65元 度=288.6元 天。3.4 年综合费用
应用逆流式气浮过滤一体化净水技术,每日降低制水成本(300+700-288.6)=711.4元,每年可节省制水成本711.4元 天×365天=25.96万元。4 结束语
采用逆流式气浮过滤一体化净水技术,无论在处理效果,投资占地,运行管理,适应水质变化等方面,都较以往的气浮过滤技术优越。它与传统的气浮池不同之处在于:①溶气水释放的位置从外面的排水渠改到池内,在池内均匀分布溶气水,投药混合的原水与溶气水逆流接触,在池内形成一层均匀、浓厚的气泡层,表面脱稳的气泡颗粒有再被粘附的机会。②具有滤池运行水位自动控制装置,采用恒水位过滤,气浮工艺不受滤池运行水位的影响,保证了气浮工艺稳定运行,防止浮渣层破坏,使已被气泡吸附的颗粒脱落。③采用新型溶气技术,溶气泵边吸水边吸气,水和气在泵内被加压混合,气液溶解效率高,形成直径10～20μm的超微气泡,在气浮池中上升速度慢,对池扰动小。④整个气浮工艺系统结构简单,无需其它加压泵、空压机及释放器等设备,操作管理方便,易于控制。
来稿日期:2008-10-20
在水池设计过程中,结构工程师要与工艺工程师紧密配合,结构专业要深入地了解工艺要求。设计人员应以设计规范为依据,各专业之间互相配合,对一些构造措施应区别情况灵活掌握使用。设计与施工息息相关。设计在计算中已考虑施工诸多因素,比如水灰比、用水量、混凝土养护天数等等,这些设计条件在技术交底时必须向施工单位详细说明,并要求施工单位逐一落实。在水池设计中,一方面设计人员应结合具体情况,以较少的工程造价建设优质工程;另一方面设计人员对施工未按规范进行而造成的失误和所产生的渗漏裂缝处理,也应该有所了解。掌握当前常用处理裂缝及堵漏方法所用的材料,以便更好地完成设计的后期服务。参考文献
[1]《给排水工程构筑物结构设计规范》.GB50069-2002[2]《建筑物的裂缝控制》.王铁梦.北京:中国建筑工业
出版社,1997.
[3]王学成.城市采暖供回水温度的选择.林业科技情报,
2008,4.
来稿日期:2008-12-12
对水池设计中几个常见问题的看法
王 凯
(黑龙江省城市规划勘测设计研究院)
[摘 要] 通过作者多年在水池设计中所遇到一些常见问题,从结构专业的角度出发,分析探讨了地下水位的确定、伸缩缝的设置、后浇带的做法及设计与施工配合等问题。
[关键词] 水池设计;地下水位;伸缩缝;后浇带;施工配合
SeveralProblemsInPoolDesign
WangKai
(CityPlanAndReconnaissanceDesignAndResearchInstituteOfHeilongjiangProvince)
Abstract:Theauthoranalysessomeproblemsinpooldesign,suchasthedetermineofgroundwaterlevel,thesettingofshrinkagejoint,practiceoflatercastingzoneandthefittingofdesignandconstruction.Keywords:pooldesign;groundwaterlevel;shrinkagejoint;latercasingzone;constructionfitting
随着我国经济实力的不断增强,城市范围的不断扩大,城乡一体化逐渐统筹发展,为适应人们生产、生活和环境保护的需要,水池类等水工构筑物建设逐渐增多。结合多年的设计体会从结构专业的角度对水池设计所涉及的一些常见问题,谈谈本人的看法。1 怎样合理确定设计地下水位
在水池设计开始时,首先应详细研究地质勘察报告和水文资料,正确分析地下水位的标高。根据现行国家设计规范,地下水位应根据地方水文资料,考虑可能出现的最高地下水位。一般设计均取用水文资料的最高地下水位。在50年设计基准期内,一般水工构筑物地下水可变作用的取用按“工程结构可靠度设计统一标准”原则确定,不考虑罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是,有些工程地质勘察报告所提供的地下水位未能从地方水文资料分析得出,而仅反映勘测期间的地下水位情况。所以设计人员应详细了解当地的水文情况,对未满足设计要求的地质勘察报告要求予以补充。
2 如何设置伸缩缝和后浇带2.1 伸缩缝的设置
根据给水排水工程构筑物结构设计规范,矩形构筑物最大伸缩缝间距见表1。
但近几年来,随着工艺要求的不断发展,大型超长水池逐渐增多。而且,又随着建筑材料、施工方法的进步,又为超长水池不设缝、少设缝提供了可能。因此设计人员在进行设计时应根据地基、气温等工程情况,考虑是否设缝及相应的施工方法,认真进行计算并采取适当设计措施。在常规的水池设计中,对结构强度、裂缝开展宽度、抗浮等计算,一般均能按规范要求考虑得较好。而在工程中所遇到的出现裂缝的情况,多半是由于温度,变形以及不均匀沉降所引起的。因此设计时,对温度、混凝土收缩变形钢筋混凝土
现浇
15
20
20
30
注:1.对于地下式或有保温措施的构筑物,应考虑施工条件及温度、湿度环境等因素,外露时间较长时,应按露天条件设置伸缩缝;2.当有经验时,例如在混凝土中施加可靠的外加剂或浇筑混凝土时设置后浇带,减少其收缩变形,此时构筑物的伸缩缝间距可根据经验确定,不受表列数值限制。
表1矩形构筑物的伸缩缝最大间距(M)作
条件
露天3010520
830岩基地下式或有保温措施
露天4015830
1540土基地下式或有保温措施
类别
砖
砌体
石
现浇混凝土
装配整体式
2.1.1 裂缝的控制:在水池类构筑物设计中,做好裂缝的控制对设计师来讲尤为重要。设计人员要从设计与施工两个方面来加强控制。设计方面,增加配筋率或减小钢筋直径能增加混凝土的极限拉伸,因此在结构设计时,在节点应力集中处或大体积混凝土中沿截面均匀配置细、密的构造钢筋或钢筋网片,可提高构件的抗裂能力。施工方面,不要过分强调加快施工进度,不要过分追求水泥的早高强,尤其不要不分场合地使用早强型(R型)水泥。在混凝土中考虑掺加缓凝剂和减水剂,降低水灰比,减少水泥用量。混凝土振实成型后,要尽早表面覆盖,加强养护,延长浇水养护时间,特别是夏季和大风天气。
2.1.2 伸缩缝间距的计算:从设计方案来讲,设计尽可能采用无缝设计以满足施工的连续性及减少施工难度。在设计过程中,设计人员要详细收集相关资料,针对地基软硬及温差大小,选择伸缩缝的间距。一般水池设计时主要考)
控制在25%～35%,以保证气浮效果的实现。2.2.4 气液比
气液比是指水中溶解的空气量与回流水量的比值。只有保证足够的空气吸入量,才能达到要求的空气溶解度,气液比一般控制在10%左右。2.2.5 药单耗
药单耗是指水处理时单位水量所投加的混凝剂量。一般控制不超过30mg L,对于微絮凝过滤和气浮工艺来说,只要求形成微小的绒体,若药单耗大形成大颗粒,反而会引起滤料表面堵塞和气浮失效。2.2.6 滤速
滤速是指每平方米滤料单位时间内通过的水量。一般应控制在8m h以下,以免过滤时杂质穿透过深造成滤池出水水质超标或将气泡带入滤料形成气阻。3 经济效益分析
逆流式气浮过滤一体化净水技术能有效地提高水质,降低制水成本。现将经济效益分析如下:3.1 延长过滤周期,节省反冲洗水费用
按每个滤池每周期反冲洗水量200吨计,一水厂共有6个滤池,过滤周期延长2倍,反冲洗水量节省200吨×6个 天×50%=600吨 天。按现一水厂制水成本0.5元 吨计,每日可节省反冲洗水费600吨 天×0.5元 吨=300元。3.2 降低混凝剂药单耗,节省药剂费用
现一水厂产水量2万吨 天,单独过滤时混凝剂硫酸铝药单耗一般30mg L～40mg L,采用微絮凝气浮过滤可将硫酸铝药单耗降至10mg L～20mg L,节药率近50%,每日可节省药剂20,000t d×35kg kt(mg L)×50%=350kg,硫酸(上接第81页)产生的当量温差,保证由于综合温差对混凝土产生的拉应力与混凝土相应龄期的极限抗拉强度之比值符合安全要求,并按此条件复核设计假定的伸缩缝间距是否满足。最不利温差一般可采用混凝土浇筑时气温与混凝土达稳定时温度之差。对设计考虑设置伸缩缝情况,建议伸缩缝从基础垫层就断开,这样计算底板伸缩缝间距时,基底土对混凝土底板的约束系数Cx值才切合实际。2.2 后浇带的设置
当设计较长矩形水池时,可采用后浇带或UEA加强带等施工方法来减少混凝土收缩产生的当量温差及不利温差。后浇带的设置可避免部分不利的施工前阶段温差及混凝土前期收缩产生的当量温差,从而增大了构筑物伸缩缝的允许间距。后浇带的间距首先应考虑要能有效地削减温度收缩应力,其次考虑与施工缝结合。在正常的施工条件下,后浇带的间距宜为20～30m。后浇带的保留时间当然越长越好,但必须在施工期间不要影响后续工序,一般不应少于40天,最宜60天(考虑施工可能)。在此期间,混凝土水化热引起的早期温差影响基本消失,以及混凝土有不少于30%的收缩已完成。
3 土建与工艺、设计与施工间的配合
铝现价约2000元 吨,则每日可节省药剂费用350kg×2000元 吨=700元
3.3 气浮系统(溶气泵)动力费用
溶气泵电机功率为18.5kw,按每日运行24小时计,每日耗电量为18.5kw×24h=444度,按鸡西现行工业电价0.65元 度,每日溶气泵动力费用为444度×0.65元 度=288.6元 天。3.4 年综合费用
应用逆流式气浮过滤一体化净水技术,每日降低制水成本(300+700-288.6)=711.4元,每年可节省制水成本711.4元 天×365天=25.96万元。4 结束语
采用逆流式气浮过滤一体化净水技术,无论在处理效果,投资占地,运行管理,适应水质变化等方面,都较以往的气浮过滤技术优越。它与传统的气浮池不同之处在于:①溶气水释放的位置从外面的排水渠改到池内,在池内均匀分布溶气水,投药混合的原水与溶气水逆流接触,在池内形成一层均匀、浓厚的气泡层,表面脱稳的气泡颗粒有再被粘附的机会。②具有滤池运行水位自动控制装置,采用恒水位过滤,气浮工艺不受滤池运行水位的影响,保证了气浮工艺稳定运行,防止浮渣层破坏,使已被气泡吸附的颗粒脱落。③采用新型溶气技术,溶气泵边吸水边吸气,水和气在泵内被加压混合,气液溶解效率高,形成直径10～20μm的超微气泡,在气浮池中上升速度慢,对池扰动小。④整个气浮工艺系统结构简单,无需其它加压泵、空压机及释放器等设备,操作管理方便,易于控制。
来稿日期:2008-10-20
在水池设计过程中,结构工程师要与工艺工程师紧密配合,结构专业要深入地了解工艺要求。设计人员应以设计规范为依据,各专业之间互相配合,对一些构造措施应区别情况灵活掌握使用。设计与施工息息相关。设计在计算中已考虑施工诸多因素,比如水灰比、用水量、混凝土养护天数等等,这些设计条件在技术交底时必须向施工单位详细说明,并要求施工单位逐一落实。在水池设计中,一方面设计人员应结合具体情况,以较少的工程造价建设优质工程;另一方面设计人员对施工未按规范进行而造成的失误和所产生的渗漏裂缝处理,也应该有所了解。掌握当前常用处理裂缝及堵漏方法所用的材料,以便更好地完成设计的后期服务。参考文献
[1]《给排水工程构筑物结构设计规范》.GB50069-2002[2]《建筑物的裂缝控制》.王铁梦.北京:中国建筑工业
出版社,1997.
[3]王学成.城市采暖供回水温度的选择.林业科技情报,
2008,4.
来稿日期:2008-12-12