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第九章 钢筋混凝土水池设计
圆形水池的顶盖和底板也可以采用球形或锥形薄壳结构， 这类结构的特点是可以跨越很大的空间而不必设置中间支柱，
由于壳体厚度可以做得很薄，在混凝土和钢材用量上往往比
平面结构经济。缺点是模板制作费费工费料，施工要求较高， 而且水池净高不必要地增大，当水池为地下式或半地下式时， 土方开挖和池顶覆土的工作量也因此增大，为了克服后一缺 点，可以尽量压低池壁的高度，甚至完全不用直线形池壁而
向压力、构筑物内部的盛水压力、结构的预加应力、地基的 不均匀沉降。 可变作用包括：地面上的活荷载、堆积荷重、雪荷载、地表 或地下水的压力（侧压力、浮托力）、结构构件的温度、湿
度变化作用等。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
图9-4所示为水池最常见的荷载，池顶、池底及池壁的各 种荷载必须分别进行计算
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第九章 钢筋混凝土水池设计
池壁外侧的侧压力包括土压力，地面活荷载引起的 附加侧压力及有地下水时的地下水压力。 当无地下水时，池壁外侧压力按梯形分布; 当有地下水且地下水位在池顶以下时，以地下水位 为界，分两段按梯形分布。在地下水位以下，除必须 考虑地下水压力外，还应考虑地下水位以下的土由于 水的浮力而使其有效重度降低对土压力的影响。为了 简化计算，通常将有地下水时按折线分布的侧压力图 形取成直线分布图形，如图9-4所示。 因此，不论有无地下水，只需将池壁上、下两端 的侧压力值算出来就可以了。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
水池常用的平 面形状为圆形或矩 形，其池体结构一 般由池壁、顶盖和 底板三部分组成。 按照工艺上需不需 要封闭，又可分为 有顶盖（封闭水池） 和无顶盖（开敞水 池 ） 两 类 。 给水工程中的 贮水池多数有顶盖 （ 如 图 9-1 ） ， 而 其他池子则多不设 顶盖。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
9.2.1 池顶荷载
作用在水池顶板上的竖向荷载，包括顶板自重、防 水层重、覆土重、雪荷载和活荷载。 • 顶板自重及防水层重按实际计算。一般现浇整体式池 顶的防水层只需用冷底子油打底再刷一道热沥青即可， 其重量甚微，可以忽略不计。 • 池顶覆土的作用主要是保温与抗浮。保温要求的覆土 厚度根据室外计算最低气温来确定。当计算最低气温在10℃以上时，覆土厚度可取 0.3m ； -10 ～ -20℃时，可取 0.5m；-20～-30℃时，可取0.7m；低于-30℃时取1.0m。 覆土重力密度标准值一般取18kN/m3。
第九章 钢筋混凝土水池设计
集水坑施工图
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第九章 钢筋混凝土水池设计
清水池施工图
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第九章 钢筋混凝土水池设计
圆形水池施工图
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第九章 钢筋混凝土水池设计
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第九章 钢筋混凝土水池设计
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第九章 钢筋混凝土水池设计
9.1.1 贮水池容量、形状、水深等技术经济指标
• 贮水池容量在 3000m3 以内时，相同容量的圆形水池
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第九章 钢筋混凝土水池设计
9.2.2 池底荷载 当采用整体式底板时，底板就相当于一个筏板基础。 水池的整体式底板通常采用反无梁板，其设计计算方 法与一般无梁板相同。
池底荷载就是指将使底板产生弯矩和剪力的那一部分 地基反力或地下水浮力。
水池的地基反力一般可按直线分布计算，因此直接作 用于地板上的池内水重和底板自重将与其引起的部分地基 反力直接抵消而不会使底板产生弯曲内力。只有由池壁和 池顶支柱作用在地板上的集中力所引起的地基反力才会使 底板产生弯曲内力，这部分地基反力由下列三部分组成：
顶覆土又是一种最简便有效的抗浮措施。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
9.1.6 贮水池的顶盖和底板
贮水池的顶盖和底板大多采用平顶和平底。
工程实践表明，对有覆土的水池顶盖，整体式无梁顶盖
的造价和材料用量都比一般梁板体系为低。
装配式梁板结构的优点是能够节约模板和加快工程进度，但 经济指标不如现浇整体式无梁楼盖。
矩形水池对场地地形的适应性较强，便于节约用地及 减少场地开挖的土方量，在山区狭长地带建造水池以及在 城市大型给水工程中，矩形水池的这一优越性具有重要意 义。 自上世纪80 年代以来，随着水池容量向大型发展，用 地矛盾加剧，矩形水池更加受到重视。北京市水源九厂一 期工程的调节水池，采用平面尺寸255.9m×90.9m、池高5m 的矩形水池，容量达 10.7万 m3。如果与采用多个万吨级预 应力圆形水池达到相同容量的方案相比，其节约用地和造 价的效果都是肯定的。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
在水处理用池中，由于工艺的特殊要求，池底 长作成倒锥形、倒球壳或多个旋转壳体组成的复杂池 形。图9-3为采用倒锥形和倒球壳组合池底的加速澄 清池。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
第二节 水池上的作用 水池上的作用有永久作用和可变作用。其中，
永久作用包括：结构和永久设备的自重、土的竖向压力和侧
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第九章 钢筋混凝土水池设计
池壁土压力按主动土压力计算，顶端土压力标准值 按下式计算：
pepk 2 s (hs h2 ) K a
（9-2）
池壁底端土压力标准值，当无地下水时为：
pepk1 s (hs h2 H n ) K a
（9-3）
当有地下水时为：
1 [ s (hs h2 H n H w )s Hw ]K a pepk
由池顶和池底直接相接组成蚌壳式水池。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
图9-2为某石油化工厂10000m3地下式原油罐，此油 罐采用两个扁球壳正反相加而成，内径达 39m，池中心 净高14.5m，但顶壳厚仅100mm，底壳厚仅60mm，其造 价、混凝土和钢筋用量均低于同容量的预应力混凝土圆 柱形罐，但模板用量则较大。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
•
经济分析还表明，就每立方米容量的造价、水泥用量
和钢材等经济指标来说，当水池容量大约在3000m3以内时， 不论圆形或矩形池，上述各项经济指标都随容量增大而降 低，当容量超过约3000m3时，矩形池的各项经济指标基本 趋于稳定。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
9.1.2 贮水池场地布置
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第九章 钢筋混凝土水池设计
1）由池顶活荷载引起的，可直接取池顶活荷载值； 2）由池顶覆土引起的，可直接取池顶单位面积覆土重； 3）由池顶板自重、池壁自重及支柱自重引起的，可将池壁和 所有支柱的总重除以池底面积再加上单位面积顶板自重。 当底板向池壁外挑出一定长度时，池底面积将大于池顶 面积，上述的荷载取值方法具有近似性，但偏于安全。较精 确的计算方法是对池顶活荷载、覆土重及顶板自重均应取整 个池顶上的总重再除以池底面积。 当池壁与底板按弹性固定设计时，为了便于进行最不利 内力组合，池底荷载的上述三个分项应分别单独计算。 不论有无地下水浮力，池底荷载的计算方法相同。当有 地下水浮力时，地基土的应力将减小，但作用于底板上的总 的反力不变。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
• 雪荷载标准值应根据《建筑结构荷载规范》（GB500092001)的全国基本雪压分布图及计算雪荷载的有关规定来确 定。 • 活荷载是考虑上人、临时堆放少量材料等的重量，活荷载 标准值要按附录3-1的规定取用。建造在靠近道路处的地下 式水池，应使覆土顶面高出附近地面至少300 ～500mm，或 采取其他措施以避免车辆开上池顶。 • 雪荷载和活荷载不同时考虑，即仅在这两种荷载中选择数 值较大的一种进行结构计算。我国除新疆最北部少数地区的 基本雪压可能超过1.0kN/m2外，其他广大地区均在0.8kN/m2 以内，故一般都取活荷载进行计算。
第九章 钢筋混凝土水池设计
预处理底板配筋
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第九章 钢筋混凝土水池设计
周进周出二沉池底部
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第九章 钢筋混凝土水池设计
二沉池布筋
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第九章 钢筋混凝土水池设计
清水池布筋
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第九章 钢筋混凝土水池设计
水解池底布筋
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第九章 钢筋混凝土水池设计
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河南开封辅仁制药有限公司污水处理厂 改造工程二沉池（5000 /m3d）
第九章 钢筋混凝土水池设计
Water and Waste Water
Engineering Structure
合肥工业大学土木与水利工程学院 道路桥梁工程系 方诗圣 汪权 朱亚林
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第九章 钢筋混凝土水池设计
第九章 钢筋混凝土水池设计
本章主要内容：
水池的结构形式 水池上的作用
地基承载力及抗浮稳定性计算 钢筋混凝土圆形水池设计 钢筋混凝土矩形水池设计
容量在1000m3及1000m3以上，用变厚池壁较经济，装配式 预应力混凝土圆形水池的池壁通常采用等厚度。
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第九章 钢筋混凝土水池设计
9.1.4 装配式和现浇整体式水池池壁
目前，国内除预应力原水池有采用装配式池壁者外， 一般钢筋混凝土水池都采用现浇整体式池壁。 矩形水池的池壁绝大多数采用现浇整体式，有有少 数工程采用装配整体式池壁。 采用装配整体式池壁可以节约模板，使池壁生产工 厂化和加快施工进度。缺点是壁板接缝处水平钢筋焊接 工作量大，二次混凝土灌缝施工不便，连接部位施工质 量难以保证，因此，实际时应特别慎重。
比矩形水池具有更好的技术经济指标。 圆形水池在池内水压力或池外土压力作用下，池壁在环 向处于轴心受拉或轴心受压状态，在竖向则处于受弯状 态，受力均匀明确；而矩形水池的池壁则为受弯为主的 拉弯或压弯构件，当容量在200m3以上时，池壁的长高比
将超过2而主要靠竖向受弯来传递侧压力，因此池壁厚度
常比圆形水池的大。
从20世纪80年代以来，由于工具化钢模在混凝土工程中
应用越来越普遍，使现浇混凝土结构得以扬长避短，在水池 设计中优先采用全现浇混凝土结构已成为主流。