时间：2023-08-09 09:20:31
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Abstract: water supply and drainage engineering structure durability for the protection of substation in sewage discharge is very important, therefore, this article through to the transformer substation engineering structure durability design were analyzed, including construction materials, construction quality and the use of the environment, structure and service life of several put forward related suggestions.
Key words: water supply and drainage engineering; substation; durability; analysis; suggestions
中图分类号：TU991 文献标识码：A文章编号：
引言
变电站排水工程主要包括污水排水管道及检查井等，一般都是使用钢筋混凝土材料进行设计。
变电站排水工程结构耐久性设计存在的问题
1.设计理念落后
目前，在各个行业中都普遍存在着设计人员对混凝土结构耐久性设计意识不强的现象。耐久性和强度作为混凝土的两大基本特性，但是，大部分设计人员由于对混凝土耐久重要性的认识不强，导致其过分注重其裂缝及承载力的设计，也就是说将混凝土的强度设计作为混凝土结构设计的重点。设计中的表现尚且如此，更何谈在实际施工中采取有关措施提高混凝土结构耐久性。同时，根据有关数据显示，在我国众多使用混凝土就够的行业，设计普遍达不到预期的效果，正是由于设计人员在设计中对混凝土结构耐久性意识不强，从而导致了混凝土结构使用寿命大大的减低，这种现象尤其表现在外部环境比较恶劣的地区。
排水工程结构设计规范存在的问题
目前，有关给排水工程混凝土结构耐久性设计的主要规范中，有的没有对混凝土耐久性设计规范进行考虑，有的虽然提及了，但不是很明确，甚至有的规范中对混凝土结构耐久性设计的要求不尽相同，就有关的主要规范中的这些问题来看，除了无法给设计人员提供依据且造成其无所适从之外，更说明了研究人员对此仍缺乏深入的定量分析。
给变电站排水工程耐久性设计的建议
做好变电站排水工程结构耐久性设计，首先，设计人员应当在混凝土结构设计时对其结构耐久性和强度两方面的重视程度都要保持均衡，而且要根据不同的环境对设计进行改善，深刻理解混凝土结构耐久性对于排水工程乃至我国各类工程发展的重要作用。
1.有关结构的使用年限
目前，混凝土在各个行业中应经被广泛的应用，但是，在其近百年的使用过程中，尚没有关于其建筑物在无修状态下的使用年限的规定。根据我国相关规范的要求，混凝土结构在无修状态下的使用年限都在50~100年左右，因此，本文建议变电站排水工程设计的混凝土结构耐久性应当保持在50~100年。而且，排水工程的混凝土结构长期处于污水浸泡及地质环境的影响下，因而，电力系统负责人在该变电站排水工程建设前，应当在与承包者谈判时，要求其最少保证变电站排水工程结构耐久性为50年。
有关环境的类别
变电站排水工程结构耐久性设计人员应当对变电站所排污水及地质环境进行了解，并且将了解的结果和有关的规范标准进行比对，同时从混凝土结构的耐久性和强度两方面出发，对变电站排水工程结构进行合理的设计。尤其是对变电站的污水水质情况要进行充分的了解，包括污水中可能出现的各种腐蚀性化合物及元素对混凝土结构造成的危害，以保证排水工程耐久性和强度为核心，保证变电站排水工程能够在无修状态下满足设计的使用年限。
变电站排水工程结构耐久性设计中混凝土材料及其构造的要求
包括混凝土材料的抗渗等级和强度等级、抗冻等级及最小水泥用量、最大含碱量及最大水胶比、最大氯离子含量等都是混凝土结构耐久性设计的要求。然而这些要求在相关的规范中的要求都比较简单甚至不全，因此，设计人员应当通过实际施工要求结合多方面的规范进行设计。包括伸缩缝的设置和裂缝控制宽度、最小配筋率和钢筋锚固剂连接、钢筋分布规定和钢筋保护层厚度等一些其他别的规定都是混凝土构造的要求。虽然部分规范中对于这些给出了具体的要求，但是其中对环境因素的影响没有进行要求。因此本文建议设计人员在满足变电站混凝土结构耐久性进行设计时，应当参考《混凝土结构耐久性设计规范》，其中对于混凝土构造的规定要求，在适用变电站排水工程实际使用方面有比较充分的考虑，能够有效的帮助设计人员进行排水工程结构耐久性的设计。
变电站排水工程混凝土结构耐久性关于施工质量的建议
排水工程施工包括材料质量和施工质量两个方面，首先，变电站排水工程混凝土结构施工单位应当对材料进行严格的检测，保证混凝土材料满足施工及使用要求。在混凝土结构施工中，应当保证混凝土结构表层的均匀性和密实性，而且应当进行良好的养护，同时，保证准确的对混凝土表层厚度进行施工，还包括混凝土后浇筑带及各类构造缝的浇筑质量。需要指出的是，在冬季进行排水工程混凝土结构进行养护，会对其结构耐久性造成一定的影响。但是，在目前有关给排水工程施工质量的规范中对混凝土结构耐久性没有特殊的要求。因此本文建议施工技术人员可同时参考《混凝土结构耐久性设计规范》和中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中的有关规定要求，以便为更好地进行变电站排水工程混凝土结构耐久性的施工。
总结
排水工程是变电站整个工程项目中重要的一部分，其结构的强度和耐久性对于变电站的正常运转都起到关键的作用。对于目前排水工程结构设计耐久性方面存在的缺陷，包括相关规范中对混凝土结构耐久性的不明确等现象，都是制约排水工程发展的重要因素，可以看出，排水工程整个行业的发展仍需各个阶层人员的进一步努力。
Abstract: this article from the reinforced concrete crack width, the calculation with the basic theory, based on the concrete structure design rules "(GBS0010-2002) and the water supply and drainage engineering structures structure design rules" (GB50069-2002) concrete crack width in the comparison of the calculation method, this paper explains the above standard in the place of the similarities and differences of crack width, and combined with engineering example, the results calculated the analysis and comparison, water and wastewater engineering to explore the reinforced concrete structure crack width, the calculation model.
Keywords: reinforced concrete structure;crack width; calculation
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
给水排水工程中的各种构筑物，使用时主要处于盛水或潮湿的环境下，因此在结构设计过程中防渗、防漏和耐久性是必须考虑的重要因素。为了确保结构具备良好的防渗、防漏性能，满足设计要求的耐久性，《给水排水工程构筑物结构设计规范》对在正常使用极限状态下钢筋混凝土构筑物构件的最大裂缝宽度限值做了严格的规定。最大裂缝宽度的计算就成为给水排水构筑物结构设计中十分重要的一个内容。随着新修订的《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)和《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069—2002)的颁布实施，两规范均对钢筋混凝土构件最大裂缝宽度计算模式进行了修订，本文将从钢筋混凝土裂缝宽度计算基本理论人手，对两种规范裂缝宽度验算模式进行比较，并结合具体的工程算例对计算结果进行比较分析，来探讨给水排水工程中钢筋混凝土结构裂缝宽度计算模式。
1裂缝宽度计算理论
1．1裂缝开展机制
由于混凝土抗拉强度很低，受拉性能较差，所以在荷载作用下极易开裂。由于受弯构件下部受拉钢筋与周围混凝土的受力情况类同轴心受拉构件，现以轴心受拉构件为例来研究裂缝开展机制。
最初混凝土受拉后，裂缝的形成是随机的。构件受力后，混凝土中拉应力超过几处薄弱截面混凝土的抗拉强度后就开裂，于是在裂缝处混凝土和钢筋之间产生滑移，混凝土应力为零，全部外力均由钢筋承受。在裂缝之间的混凝土仍能承受拉应力。这些拉应力是通过混凝土的黏结力从裂缝截面处的钢筋传递过去的。裂缝间的黏结应力分布情况及其大小就决定了裂缝之间钢筋和混凝土拉应力的分布。当外荷载继续增大时，在初始裂缝之间还可能形成新的裂缝，但裂缝间距只能缩短到一定限度为止。
1．2平均裂缝宽度计算
裂缝宽度是裂缝出现后，在两条裂缝之间受拉钢筋与相同水平处受拉混凝土伸长值的差值。因此，平均裂缝宽度即为该裂缝间钢筋平均伸长值与混凝土平均伸长值的差值，即
（1）
式中——平均裂缝宽度；
——纵向受拉钢筋截面重心水平处钢筋平均应变，；
——裂缝处钢筋的应变；
——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；
纵向受拉钢筋截面重心水平处混凝土平均应变；
——裂缝处受拉钢筋的应力；
——钢筋的弹性模量；
——混凝土自身伸长对裂缝宽度的影响系数，。
短期荷载作用下的最大裂缝宽度可由平均裂缝宽度乘以扩大系数求得，即
（2）
当考虑长期影响时，可再乘以长期影响扩大系数，即
（3）
1．3平均裂缝间距计算
假定两条初始裂缝位于截面A及C处，间距为，沿AB长度如能通过黏结力从钢筋中传递足够拉力到混凝土，使B处混凝土拉应力超过抗拉强度，则新裂缝在B处形成。可用下式表示
(4)
——有效受拉混凝土截面面积；
——混凝土开裂强度实测值；
——最小裂缝间距；
S——受拉钢筋横截面总周长；
——平均黏结应力。
从式(4)可知，当≥时，在B处会形成新裂缝，反之在B处不会形成新裂缝，说明裂缝间距在及之间变动，平均间距约为。
如果钢筋直径相同，，式中As是钢筋面积，d是钢筋直径，再用按混凝土受拉有效面积计算的配筋率代入（4），可得
（5）
试验表明，混凝土黏结强度大致与混凝土抗拉强度成正比。因此可取宁为常数，于是可得
(6)
式中是——经验系数。
在推导式(6)时，假定在即将出现裂缝的截面处，受拉区混凝土的拉应力是均匀的，然而实际的拉应力分布并不均匀。由于混凝土和钢筋的握裹，钢筋对受拉张紧的混凝土的回缩起着约束作用，离钢筋越远约束作用越小。因此，随着保护层厚度的增大，外表混凝土较靠近钢筋内芯混凝土所受的约束作用将越小。当出现第一条裂缝后，只有离开该裂缝较远处的外表混凝土拉应力才能增大到混凝土的抗拉强度，这时才可能出现第二条裂缝，亦即裂缝的间距和混凝土保护层的厚度有关。因此，在确定平均裂缝宽度时，必须考虑保护层厚度的影响。如果再计及钢筋表面特征因素u后，式(6)可变为
（7）
式中c——混凝土净保护层厚度；
k2——经验系数；
——与纵向钢筋表面特征有关的系数。
2两种规范裂缝宽度计算公式的比较
2.1《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)的算法
钢筋混凝土受拉、受压、受弯构件，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度按下式计算：
（8）
（9）
（10）
2．2《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069—2002)的算法
受弯、大偏心受拉或受压构件的最大裂缝宽度，按下式计算：
（11）
建筑小区室外给排水工程设计处于建筑给排水和市政给排水设计领域的连接带，容易被工程设计人员轻视，设计出来的产品质量和适用度往往不是很好。同时，建筑小区的室外给排水工程设计所牵涉的规范和规程却是最多的，既有建筑给排水设计方面的规范，又有市政给排水设计方面的规范，所涉及和考虑的知识面很广，是锻炼和考察一位给排水设计人员的知识面的最佳途径之一。小区室外给排水设计的质量，直接影响到小区今后的管理、维护和使用，而且会对小区的环境和卫生质量产生直接的影响。
1 小区室外给排水工程设计相关规范
首先，给排水工程的设计应严格执行相应的国家现行规范，虽然目前现行的专门针对小区给排水系统的规范较少，但牵涉到的建筑和市政各自专业方面的规范较多，主要有《住宅小区给水排水设计规范》、《建筑给水排水设计规范》、《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》、《自动喷水灭火系统设计规范》、《人民防空地下室设计规范》、《人民防空工程防火设计规范》、《室外给水设计规范》、《室外排水设计规范》、《城市工程管线综合规划规范》和《给水排水管道工程施工及验收规范》、《给水排水工程构筑物结构设计规范》等。除此而外还应在设计中参考和执行针对工程材料和一些设计标准方面的现行技术规程。
2 充分收集一切和给排水相关的小区环境情况
第一，了解一些当地的实际情况和供排水部门的政策法规，如给排水工程规划情况、污水处理厂设置情况、气候条件和设计暴雨强度公式，地质基本情况，对化粪池、隔油池的设置要求，排水体制是雨污合流还是分流，供水运行情况，供水部门对水费计量方式的要求等等。
第二，了解设计小区地块周边市政管网供水方式是支状供水还是环网供水，供水水压如何，小区周边市政供排水接驳口预留情况，包括市政给排水管接驳口的位置、管径和标高，周边是否有江河等自然水体，达到水体排放要求的雨水可直接排放到自然水体。
第三，了解小区内各栋单体建筑的功能和用水量情况及各单体建筑的给排水设计图纸，对整个小区各单体建筑之间的生活和消防供水系统的相互关系和系统分区要深入了解，对排水设计及处理要求也要了解。
第四，了解小区内地下室和其它大型地下构筑物设置情况，熟悉道路和景观绿化配置情况，对其它各专业管线（如强电、弱电、燃气等）设计图纸和布置等情况要掌握。
3. 给排水系统设计的整体性和施工可行性
3.1 给排水系统的平均流量和峰值流量
在流量评估的时候，要分别计算小区的商业区、居住区、绿化区等各个功能区的用水需求，包括平均用水量，单位时间（天、小时）峰值用水量，还要考虑到消防用水的需求量，得到小区用水需求总量，再结合成本预算和小区发展规划，预留足够的余量，就可以得到小区的给水系统流量需求。小区排水系统的流量一般设计为给水系统流量的百分之八十五。
3.2 小区入室管道的接口设计需求
在进行室外给排水系统设计时，必须充分考虑小区入室管道的接口需求，综合小区各功能区的区域划分及用水需求特点，合理布署室外给排水系统主管道在小区的分布，并规划出合理的入室管道接口。
3.3 系统整体性
由于建设程序和小区建设流程，室外给排水设计往往是在单体建筑建成后才进行，设计人员在单体设计时由于各种原因，往往不注意单体设计与室外给排水设计的有机结合，在作室外给排水设计时才发现布管困难等问题，不得不采用一些违反规范的补救措施，在增加了工程的造价之外，还容易给小区建筑带来一些缺陷和潜在的使用隐患。
在单体给排水设计时，出户管预留位置和方向要有利于室外给排水设置与周边市政管网情况的结合。如果有大型地下室上面作为交通通道或广场时，尽量避免管线在其上面通过，特别是排水管。若确实无法避免，则在单体设计时就要保证地下室上面的覆土厚度可以满足管线布设和地面雨水组织排放。其它专业管线出户位置和预想室外设置位置在单体设计时就要和给排水专业管线错开，以免各专业管线挤压在同一位置或一狭小空间内不利施工，甚至无法实施。在考虑室内消防管网系统的水泵结合器的接出位置时要与室外总平结合，水泵结合器最好能设置在路口等明显易于取用的地方。若有条件，各专业管线检查井盖最好设置在绿地里和人流交通视线死角，而不要或尽量减少设置在道路、广场和交通主要通道上，这样有利于美观和施工，且井盖的减少有利于道路和广场等硬地面的经久耐用。
4 管网系统规划注意事项
小区给排水及综合管网的规划应重点从以下几个方面实施：
4.1 小区综合管网的应用设计
全线敷设并实行全封闭管理。干、支线分支明确，干线管沟输送，而支线直埋敷设。局部平面塞管部位设管沟过渡。综合管沟设计特别适用于管网设计，是解决小区管网规划问题的特殊手段。
4.2 做好小区综合管网规划设计过程中的质量监控
这一方面的质量监控主要包括平面上各管线的管位设置与分布、竖向上各管线的布局设计。对管沟断面的设计要考虑管沟与外部管道相连接，并兼顾排水管横向穿沟是否会影响沟内管道断面的布置，还应考虑适当的扩容空间。
4.3 对土建施工质量的监督
地基软硬不一时，采取措施对地基做相应的处理。在变截面处应对基础进行加固处理，防止不均匀沉降。在地基上因软土导致基坑放坡大时，应采取相应措施进行有效的护坡，以免影响周围施工。
5 环保和节能
小区给排水设计应尽量利用已有资源，减少造价，并尽量采用科技创新、节能、环保型产品。消防水池尽量与景观水景水池结合，若自然水体水质和一年四季水位均满足消防要求，则可利用自然水体。合理规划各压力设备和蓄水设备的位置，最大限度地利用自然压力，实现尽可能多的供水需求。尽量利用周边已建道路上的市政消火栓，减少室外消防管网敷设长度和消火栓数量。根据市网供水压力情况，低楼层尽量利用市网压力直接供水，若条件允许，经当地供水部门同意，高楼层也可采用管网叠压供水设备组件供水，以充分利用市网余压，以利节能。热水供应系统应充分利用太阳能这一绿色能源，根据当地气候条件和工程造价选用合适的太阳能热水系统。
6 结束语
建筑小区给排水工程设计虽然存在相互配合的专业和工种多，设计时间紧、前期资料不全等方面的困难，但设计工作还是要遵循做细做精的原则，尽量收集有关资料，做好前期与各专业和各工种设计人员的沟通，按照国家现行规范，使建筑小区给排水工程设计达到既满足功能使用又经济节能的理想效果。
参考文献：
[1]张静，马龙.大型住宅小区的给排水综合管网设计[J].陕西建筑， 2008（4）： 82-83.
[2]陈彤.浅议小区给排水及综合管网设计[J].厦门科技，2003（1）： 46-48.
中图分类号：TV文献标识码： A
随着我国经济发展,国家对环境保护的日益重视,各地污水处理工程逐年增多。作为配套的土建结构专业如何优化设计,在满足给排水工艺要求的前提下,既保证水池构筑物今后的正常生产使用,又降低工程造价,是设计、施工人员面临的共同任务。下面就设计中经常遇到的一些水池构筑物的问题,提出笔者的一些看法
1.设计地下水位的合理确定
水池构筑物的设计与地下水位的标高密切相关。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故也时有发生。地下水位不仅与土建设计有关，与水工艺设计也有关。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，并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。如果详勘在当地枯水期进行，所提供的地下水位标高将无法被设计取用，或导致结构的失误。设计人员应详实了解工程所在地的水文情况，对未满足设计要求的地质勘察报告要求予以补充。要求考虑当地有无暴雨、台风影响，会否出现由于地表水不能及时排除而引起的地下水位提高。水工艺设计人员，应结合对地下水位及地质情况的了解，与土建设计人员一起决定各构筑物的基底标高，综合工艺流程要求、土建造价、运营成本、投产年限诸多因素，制定总体方案及各构筑物方案，以求经济合理。例如当地下水位较高或地质剖面有流沙层时，水工艺设计者应考虑是否可适当抬高基底标高，减少浮力对结构影响及避开流沙层。
2.构筑物设置伸缩缝及后浇缝
2.1构筑物伸缩缝及后浇带的设置
根据设计规范，矩形构筑物最大伸缩缝间距一般为20～30m。近年来,一方面水工艺要求设计的水池构筑物长度已远超过规范间距，另一方面随着建筑材料、施工方法的改进，又为超长水池构筑物不设缝、少设缝提供了可能。
(1)伸缩缝的设置[2]。一般水池类构筑物设计中，对结构强度、裂缝开展宽度、抗浮等计算，一般均按规范要求考虑较好，但由于温度、变形以及不均匀沉降引起开裂，在工程中常常遇到。大多出现裂缝的工程实例表明，设计对温度、混凝土收缩变形等因素影响考虑欠缺是问题的主要原因:①水池类构筑物并非必须保证不开裂,对设计人员来讲重要的是做好裂缝的控制。一方面设计人员要事先对可能的不利因素及其影响予以预防，另一方面在施工过程中万一发生较大裂缝也要有处理方法及技术措施，确保工程交付验收及投产后的安全生产及运行需要。一般说来，影响裂缝的主要因素是温差及混凝土的收缩，温度越高越易开裂，裂缝的数量及宽度也越大；混凝土收缩越快也带来同样后果。②加强对允许伸缩缝间距的计算。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。针对地基软硬及温差大小，选择伸缩缝的间距。一般水池壁厚≤500mm时,设计不考虑水池热的影响,主要考虑施工阶段的最不利温差和混凝土收缩产生的当量温差,保证由于综合温差对混凝土产生的拉应力与混凝上相应龄期的极限抗拉强度之比值符合安全要求，按此条件复核设计假定的伸缩缝间距是否满足。
(2)后浇带的做法。当设计较长矩形水池时,设计可采用后浇带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。考虑施工的难度,建议设计在后浇带垫层混凝土上设置凹槽,这样方便后期后浇带的清理,杂物等可弃置于四槽,冲洗也方便。笔者在金川集团有限公司含重金属离子污水处理站扩能改造工程的一级混合反应沉淀池结构设计中因水池结构超长，采用了设置后浇带的做法，并在混凝土结构后浇带中掺入微膨胀剂UEA，依靠加强带混凝土较大的膨胀应变，补偿两侧混凝土的温差应变及混凝土的收缩，使混凝土收缩当量温差≤0，达到设计要求。
2.2 后浇缝的做法
当设计较长矩形水池时，设计可采用后浇缝或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。后浇缝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。考虑施工的难度，建议设计在后浇带垫层混凝土上设置凹槽，这样方便后期后浇带的清理，杂物等可弃置于四槽，冲洗也方便。当设计采用UEA加强带做法时，依靠加强带混凝土较大的膨胀应变，补偿两侧混凝土的温差应变。设计可通过对UEA掺量的调配，补偿混凝土的收缩，使混凝土收缩当量温差≤0，同样达到增大伸缩缝的允许间距目的。
3土建与给排水、设计与施工间的配合
在水池构筑物设计中，给排水设计人员要了解土建一些设计要求，例如对较大水池壁与壁之间、壁板与底板之间的构造加腋（八字角）要求。如工艺不允许加腋,应向结构设计人员讲明。另一方面土建设计人员应尽量满足工艺要求,对较小水池可不加腋。设计应以设计规范为依据,专业之间互相配合,对一些构造措施应区别情况灵活掌握。设计人员还要了解施工,了解施工中新材料、新技术、新方法,了解施工顺序,施工对设计的要求,使设计切合施工、方便施工。水池施工为便于支模及浇筑混凝土,一般在离池底及加腋以上300～500mm处留置施工缝,在此范围尽量避免设计有予留洞、予埋管、悬挑梁板等。
4.土建与水工艺、设计与施工间的配合
在水池类水工构筑物设计中，水工艺设计人员要了解土建一些设计要求，例如对较大水池壁与壁之间、壁板与底板之间的构造加腋（八字角）要求。如水工艺不允许加腋，应向土建设计人员讲明。另一方面土建设计人员应尽量满足水工艺要求，对较小水池可不加腋。设计应以设计规范为依据，专业之间互相配合，对一些构造措施应区别情况灵活掌握。
设计与施工息息相关。设计在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、后浇带间隔天数等等，这些设计条件必须要求施工逐一落实。而要做好这些又要求设计人员要了解施工，了解施工中新材料、新技术、新方法，了解施工顺序，施工对设计的要求，使设计切合施工、方便施工。水池施工为便于支模及浇筑混凝土，一般在离池底及加腋以上300～500mm处留置施工缝，设计人员应考虑施工要求，在此范围避免设计有子留洞、予埋管、悬挑梁板等。
参考文献：
中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：
引言
钢筋混凝土矩形水池作为常见的特种结构类型，被广范应用于工业与民用建筑的给水、消防、排污工程中。在实际的工程设计中，应充分对所设计谁吃的环境以及结构特点进行分析，保证今后的正常生产使用，又降低工程造价。
钢筋混凝土矩形水池一般由池壁、池底板和池顶盖组成。
1.水池结构设计假定
1.1 水池使用材料
在水工构筑物的设计工程中,应首先确定该水池的结构类型,一般情况下半地下式及地下矩形水池,建议采用钢筋混凝土材料。
贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土强度等级不应低于C25;3.0.3.钢筋混凝土构筑物的抗渗,宜以混凝土本身的密实性满足抗渗要求。混凝土的抗冻等级应进行试验确定。
贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土，其含碱量最大限制应符合《混凝土碱含量限值标准》CECS53的规定，不得采用氯盐作为防冻、旱强的掺和料。受侵蚀介质影响的混凝土，应根据侵蚀性质选用。
2.水池结构分析
2.1 水池荷载分类及选用
2.1.1 池顶荷载
有顶盖的水池，应计算作用于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。雪荷载和活荷载不同时考虑。
当地面无堆载时，地面活荷载可按1.5~2.0KN/m2考虑。
2.1.2 池壁荷载
作用在池壁上的荷载可分为池内水压力、池外土压力和地下水压力。
池内水压一般偏安全地按满池来计算水压。对于地下式或半地下式水池，土对池壁有侧压力，侧压力通常用朗肯主动土压力理论计算。
2.1.3 温、湿度变形应力
由于混凝土硬化过程中产生的水化热、工艺特殊要求以及季节变化等，造成池壁产生膨胀或收缩。当变形受到约束时，在池体中产生相应的的温度和湿度变形应力，很容易产生有害裂缝。在水池结构设计中，主要采取下列措施来消除或控制温差、湿差造成的不利影响：
1）设置伸缩缝或者后浇带，以减少对温度或者湿度变形的约束；
2）配置适量的构造钢筋，以抵抗可能出现的温度或湿度应力；
3）通过计算来确定温度或湿度造成的内力，在承载力和抗裂计算中加以考虑。
2.2 荷载组合
水池设计中通常考虑以下3种荷载组合：
池内水压+自重(对应工况为：池内有水，池外无土)，
第①组合为地上式水池的必需组合；
②池外土压+自重(对应工况为：池内无水，池外有土)，第②组合是半地上式水池和地下式水池的必需组合；
③池内水压+自重+温、湿度变形应力；
第③组合用于冬夏季或早晚温、湿差大的地区，并且没采区任何保温措施的水池。
水池结构构件正常使用极限状态的设计要求主要是裂缝控制。当荷载效应为轴心受拉或小偏心受拉时，其裂缝控制应按不允许开裂考虑，此时，凡承载能力极限状态设计时，必须考虑的各种荷载组合，在抗裂计算时都要考虑；当荷载效应为受弯、大偏心受压或大偏心受拉时，裂缝控制按限制最大裂缝宽度考虑，此时，只考虑使用使用阶段的荷载组合，但可不计入活荷载短期作用的影响，即最大裂缝宽度应按荷载效应的准永久组合值计算。
3.水池内力计算
水池的内力计算主要包括池壁内力计算和底板内力计算。不同边界条件和地基反力模型的选取，对水池的内力计算结果有很大的影响。
3.1 池壁的边界条件假定和内力计算
3.1.1 池壁与顶板
a.对于敞口水池池壁和顶板为预制搁置且无连接措施时，池壁顶端视为自由端；
b.当预制板与池壁顶端设有抗剪钢筋连接或池壁与顶板整体浇筑，仅配置抗剪钢筋时，连接应视为铰接；
c.当池壁与顶板整体浇筑，并配置连续钢筋时，池壁与顶板节点应视为弹性固定，而当池壁与顶板整浇，且池壁的线刚度与顶板线刚度比值大于5时，顶板相对于池壁来说可视为铰接。
3.1.2 池壁与底板
a.当池壁底端为独立基础时，池壁底端可视为固定支承；
b.对于非独立的基础，当池底板外挑长度大于池壁厚度及底板厚度时，池壁底端也可视为固定支承；
c.当底板较薄或挑出长度较小，而地基较弱时，宜按弹性固定计算。
3.1.3 池壁与池壁
矩形水池相邻池壁间的连接应按弹性固定考虑。
3.2 抗浮稳定计算
当水池地面标高在地下水位以下，或位于地表滞水层内又无排除上层滞水措施时，地下水或者地表滞水就会对水池产生浮力。当水池处于空池状态时就有被浮托起来或池底板和顶板被浮力顶裂的危险，此时应对水池进行抗浮稳定性验算。
封闭式水池的抗浮稳定性不够时，可以用增加池顶覆土厚度的办法来解决。开敞式水池的抗浮稳定性不够时，则采用增加水池自重，将底板悬伸出池壁以外，并在上边压土。凡采用覆土抗浮的水池，在施工阶段尚未覆土之前，应采取降低地下水位的措施。
4.构造措施
水池计算不仅要满足水池的强度、稳定和裂缝宽度要求，还要采用构造措施，加强结构的整体刚度，增强其防水、抗渗和耐冻性能。构造措施如下：
a.混凝土水池的受力壁板与底板厚度不宜小于20cm。
b.混凝土水池各部件的受力钢筋宜采用小直径钢筋，每米宽度不宜小于4根，且不宜超过10根。
c.现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角与顶、底板的交接处，为增强连接处的抗裂性，宜设45°腋角，并在腋角内配附加筋与受力筋相同，间距宜为受力筋间距的两倍。
d.敞开式水池往往在池壁顶部先开裂，池壁顶端宜设置暗梁，高度不得小于池壁厚度；在池壁的转角和内隔墙与外池壁交接处宜设置暗柱，池壁太长，也可以每隔一段距离设置暗柱。
e.钢筋混凝土水池池内外表面抹防水砂浆面层。
f.在水池露出地面四周设散水坡，防止地面水渗入引起地基不均匀沉降。
5.结语
综上所述，只有全面了解水池各构件的组成及联系，才能更好的对其进行简化，选取合理的结构方案，应用正确的结构计算简图和计算公式，并结合水池这种特种结构的构造特点，才能把钢筋混凝土矩形水池设计得更加可靠和经济。
参考文献
中图分类号：TU37 文献标识码： A
钢筋混凝土水池广泛应用于水处理工程中，是市政给水排水工程以及污水处理中的重要构筑物。目前我国的水池绝大部分是钢筋混凝土水池，水池的容积由工艺确定，几十立方米到近万立方米不等。其形状根据使用要求、建筑场地条件、材料的供应及施工技术、结构受力和地质状况等因素综合考虑而定。常用的钢筋混凝土水池有球壳、锥壳、圆柱壳、矩形、正方形，单格池、多格池，有盖池、敞口池，地上池、地下池等。而矩形钢筋混凝土水池应用最为广泛，这里简单谈一下现浇钢筋混凝土矩形水池的设计和施工验收中的几点问题。
1 现浇钢筋混凝土水池材料选用
1.1 混凝土
1.1.1 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS 138：2002)中规定：水池受力构件的混凝土强度等级不应低于C25，垫层混凝土不应低于C10；目前设计及施工过程中如果没有特殊要求的较常用的混凝土强度等级为C30抗渗混凝土，垫层采用C15素混凝土；对于某些超长的需要设膨胀加强带的现浇钢筋混凝土水池，膨胀加强带处的混凝土强度等级应相对于水池其他部位的混凝土强度提高一级。
1.1.2 水池通常利用自身混凝土抗渗，不作其他抗渗处理。所以水池混凝土的密实性应严格遵守《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》3.0.2条规定，按要求对混凝土抗渗等级进行试验。
1.2 钢筋
对于水池的顶板、池壁、底板等受力钢筋通常选用三级(HRB400)热轧钢筋，拉结钢筋和箍筋通常选用一级(HPB300)热轧钢筋。
2 计算荷载组合
水池结构上的作用主要可分为永久作用和可变作用两类。永久作用应包括 结构自重，土的竖向压力和侧向压力、水池内的盛水压力、结构的预加应力、地基的不均匀沉降等；可变作用应包括池顶活载、雪荷载、地表或地下水压力(侧压力、浮托力)、结构构件的温(湿)度变化作用、地面堆积荷载等。
对于水池上部的设备，考虑设备自重的同时还应考虑设备的震动系数；对于地上部分的多层水池还应考虑地震和风荷载对水池产生的作用效应。
现浇钢筋混凝土水池结构上的作用取值应结合实际情况严格的遵守相应的规范和规程要求，强度计算的作用组合可参照下列表格。
表-1 强度计算的作用组合(摘自《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表5.2.2)
注：1 表中有“√”的作用为相应池型与工况应予计算的项目；有“”的作用为应按具体设计条件确定采用，当外土压无地下水时不计qgw；
2 表中未列入地下式有盖水池池内有水的工况，但计算地基承载力或池壁与池顶板为弹性固时计算池顶板，须予考虑；
3 不同工况组合时，应考虑对结构的有利与不利情况分别采用分项系数。
3 现浇钢筋混凝土矩形水池静力计算
3.1 结构的计算简图形式
水池大致可分为敞口水池和有盖水池；池壁顶端分为无约束(即自由端)和约束两种情况，其中约束支撑形式根据具体情况可分为铰支撑、弹性固定和不动铰支撑三种；池壁底端与底板的连接情况主要有铰支撑、弹性固定和固端支撑三种。
池壁在侧向荷载作用下分为单向受力板和双向受力板，具体按照《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表6.1.2 进行划分。
单向受力板具体分为竖向单向受力和水平单向受力；双向受力板具体分为三边支撑(三边铰支顶端自由、三边固定顶端自由、底边固定两端铰支顶端自由、两侧固定顶端自由底端铰支)和四边支撑(四边铰支、三边铰支顶端固定、三边铰支底端固定、两端固定两侧铰支、两侧固定两端铰支、三边固定底端铰支、三边固定顶端铰支、四边固定)。
根据上述情况将水池结构简化成以下几种形式来计算内力
3.1.1等代框架形式
当基础底板为筏板基础且池壁顶端为自由端时，池壁可作为基础底板的铰支撑点，沿基础底板纵横两个方向截取1米宽板带进行计算，对于单格水池纵横两个方向按简支梁计算，对于多格水池纵横两个方向按连续梁进行计算；当池壁顶端有约束时，池壁底端和水池底板为固结，应沿纵横两个方向整体截取1米宽板带按平面框架进行内力分配计算。
3.1.2独立基础形式
当池壁基础为独立基础时沿池壁、顶板和基础取1米宽板带根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2012)中的独立基础形式进行内力计算。
3.2 荷载的不利组合
对池壁产生侧压力的主要是内部水压、外部土压、外部水压、温(湿)度效应；温度效应和湿度效应取二者的最不利效应，没有特殊注明时湿度当量取10，温度根据实际水温选取；当池壁保温或地下水池时池壁可以不考虑温(湿)度效应影响。
对于水池池壁计算考虑荷载的不利组合，主要是闭水试验(内水外空)和运行空池(内空外土)两种情况。闭水试验指池内满水，池外无填土，水池上部结构还没有施工；运行空池指池内无水，池外有填土，水池上部结构已经施工完毕。对于单格水池考虑这两种情况即可；但对于多格水池除这两种情况以外还得考虑不同分格的附加水荷载的最不利组合(一般按间格贮水考虑)，为了简化计算，其地基反力在任何组合下均按均匀分布计算。
3.2强度、裂缝计算分类
水池的强度计算、裂缝计算主要按受弯构件、偏心受压构件、偏心受拉构件三种情况进行计算。
3.2.1 下列情况按受弯构件计算
内部水压作用下池壁竖向内侧底端和池壁竖向外侧中部。
3.2.2 下列情况按受压构件计算
外部土压或外部水压作用下池壁竖向外侧底端和内侧中部，池壁水平外侧角点和内侧中部，水池底板。
3.2.3 下列情况按受拉构件计算
内部水压作用下池壁水平内侧角点和外侧中部，池顶板，水池底板。
3.3 水池底板基础形式确定
水池底板的基础形式根据地基承载力、地下水位埋深、水池自身结构复杂程度、建筑场地条件、是否有软弱下卧层等一系列条件确定。
现浇钢筋混凝土矩形水池常采用的基础形式是筏板基础，但对于地基承载力较低，地质条件较差，很难满足抗浮要求的水池应采用桩基础；对于地基承载力较高，没有地下水，水池自身结构不是很复杂且底板面积较大的情况下可采用池壁下独立基础。
4 超长现浇钢筋混凝土水池处理措施
表-2(摘自《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表7.1.3)
对于超过上述表-2中矩形钢筋混凝土水池的伸缩缝最大间距要求的，应
采取相应的措施。目前常用的措施有以下三种：
4.1 变形缝(伸缩缝和沉降缝)
水池的变形缝应作成上下贯通式，同一剖面上池壁、顶板、底板全部断开，变形缝宽度不应小于30mm，最宽不超过50mm；变形缝的防水构造应由止水带、填缝板和嵌缝材料组成，止水带与构件混凝土表面的距离不宜小于止水带埋入混凝土内的长度，当构件厚度较小时，宜在缝的端部局部加厚。
变形缝的具体做法，对于不同的地区有不同的要求，但在水池正常运行使用过程中很难达到与钢筋混凝土结构相同的使用寿命。如果变形缝内的止水带和防水材料损坏的话，很难修补，这是设置变形缝的主要缺点。
4.2 后浇带
后浇带的宽度一般为800mm~2000mm，间距按照表-2要求设计。后浇带两侧混凝土应设置止水带，此处的钢筋不得切断，清除浮锈和浮浆；接缝处两侧混凝土应凿毛，并清除干净；后浇带处的混凝土应在两侧混凝土浇注养护42d后再施工；后浇带混凝土应采用微膨胀混凝土，强度比周围的混凝土强度提高一级，振捣密实，养护时间不少于28d，并达到强度要求。
采用后浇带的方法存在的问题是工期较长，对于工期较短的工程不宜使用。
4.3 膨胀加强带
设置膨胀加强带是目前解决超长现浇钢筋混凝土矩形水池常用的方法，
常用的做法如下：
4.3.1 膨胀加强带宽度一般为2米，加强带内的混凝土比周围的混凝土标号提高一级；UEA的掺量应遵守《混凝土外加剂应用技术规范》(GB50119—2003)，并参照所加的外加剂产品说明书使用或依据实验室实验数据进行配比；目前常用的UEA掺入量为加强带处加入12%，水池其他部分加入9%。
4.3.2 加强带处的附加钢筋
水池池壁、顶板、底板处的附加钢筋应按照加强带处原结构构件受力钢筋的一半进行附加，每侧伸出加强带外不少于1000mm，并固定在上下层(内外层)钢筋上。
5 水池的抗浮问题
对于地下水埋深很浅的地下水池，水池的抗浮问题很值得重视。池体抗浮验算应满足(水池结构自重+周边覆土重)÷总浮力≥1.05，一般的当地下水埋藏较深时可以通过水池自身的结构自重来满足抗浮。
如果满足不了抗浮降水问题。一般地下式水池，当地下水位较高时，应采取有效的降水措施，使地下水位线保持在施工线以下最低处为宜，必须确保混凝土强度达到规范要求和上部结构施工完毕后方可停止；对于小型水池也可以通过加大结构自，例如适当外挑底板伸出长度，加厚水池顶板、池壁、底板或水池内增加配重等措施来解决抗浮问题。
当池体的浮力通过上述方法都不能解决时可采用桩基来锚浮抗拔以抵抗浮力作用，从工程实践来看，用钢筋棍凝土压浆桩或电动沉管灌注桩效果最佳，沉桩效率高、施工速度快、表面粗糙度高、同土体间的摩擦力大、锚浮能力强；也可以采用锚杆来解决抗浮问题。
6 施工及工程验收中需注意的几点问题
6.1水平施工缝
现浇钢筋混凝土水池的水平施工缝有两道，一般留在距底板上表面500mm处和顶板下部500mm处，对于施工现场条件较好能满足混凝土一次性浇注要求的，可以相应的提高水平施工缝的高度。目前水平施工缝处常采用4mm厚的镀锌铁板作为止水板。
在水平施工缝处继续浇注混凝土时，应注意以下几点：
6.1.1 已浇注混凝土的抗压强度值不小于2.5MPa；
6.1.2 将已硬化的混凝土表面凿毛，清除钢筋与止水带的浮浆，冲洗干净并保持湿润状态，但不积水；如果忘记提前预埋止水带，应用间距350mm的水泥钉固定20mm(厚)×30mm(宽)的遇水膨胀橡胶条。
6.1.3 继续浇注混凝土时施工缝处应先铺一层厚20mm~30mm的配比1：1的水泥砂浆。
6.1.4 接缝处的混凝土应仔细捣实。
6.2 水池满水试验
水池的满水试验必须执行，一般按水池充水、水位观测、蒸发量测定进行。
向水池内充水一般分三次进行：第一次充水为设计水深的1/3，第二次充水为设计水深的2/3，第三次充水至设计水深；对于大、中型水池可先充水至池壁水平施工缝以上，检查底板的抗渗质量当无明显渗漏时，再继续充水至第一次充水深度。
充水时的水位观测可采用水位标尺测定；充水至设计水深进行渗水量观测时，应用水位测针测定水位，水位测针的读数精度应达到0.01mm。
现场蒸发量的测定可采用直径约500mm、高约300mm、内部设有测定水位指针的敞口水箱进行测定，要求水箱不得渗漏。
水池的渗水量按公式进行计算，按上式计算结果，渗水量如果超过规定标准，应经检查、处理后重新进行测定。
q—渗水量 (L/m2·d)
A1—水池的水面面积 (m2)
A2—水池的浸湿总面积 (m2)
E1—水池中水位测针的初读数 (mm)
E2—测读E1后24h水池中水位测针的末读数 (mm)
e1—测读E1时水箱中水位测针的读数 (mm)
e2—测读E2时水箱中水位测针的读数 (mm)
水池满水试验应在水池上层结构施工前进行，满水试验合格后立即分层夯实回填。如果在满水试验过程中，地下水上升到池底板以上，应采取相应的降水措施，直到满水试验结束。特别注意的是雨天时不应进行满水试验渗水量的测试。
7 结语
现浇钢筋混凝土矩形水池是水处理工程中常见的构筑物，它的结构设计
在满足工艺要求的前提下，应选定合理的结构方案。结构计算也是水工结构中最基础的计算，进行准确地内力分析，经过合理有效的配筋设计，方能达到技术先进，经济合理，确保水池安全正常使用。所以，我们在设计工作中要一方面确保设计的水工构筑物的安全性，另一方面要节约材料，做到实用、经济的双赢。
参考文献
[1] 给排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程. CECS 138：2002.
[2] 给水排水工程构筑物结构设计规范. GB50069—2002.
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[4] 陈载赋主编. 钢筋混凝土结构与特种结构设计手册. 四川科学技术出版社.
[5] 建筑结构构造资料集. 中国建筑工业出版社.
[6] 给水排水构筑物工程施工及验收规范.GB50141—2008.
[7] 石油化工钢筋混凝土水池工程施工及验收设计规范. SH/T 3535-2002.
中图分类号： TG335.6+4 文献标识码： A
顶推圆管涵与常规明开挖圆管涵有较大区别，公路规范对顶推圆管涵设计及施工尚无要求，主要参考建材/市政排水行业规范及标准，构造特点上主要体现在管节间的承口处理，施工方面主要采用人工挖孔顶推或平衡类顶管机机械顶推。
一．概述：
顶推法施工在铁路/市政工程中应用较多，在公路工程中较少见。当前各种管线穿越既有公路需求越来越多，顶推圆管涵是较为普遍的一种形式。近年来公路行业也做了不少顶推圆管涵，将来顶推圆管涵会在公路行业越来越多出现，与顶推圆管涵相关的规范标准也将逐步完善。
二．设计要点：
顶推圆管涵参考《给排水工程顶管技术规程》（CECS 246 -2008）及《顶进施工法用钢筋砼排水管》（JC/T 640-2010）设计。
（一）、适用地质条件
顶管施工较为适合的地层为：淤泥质粘土、粘土、粉土、砂土层。其他地质条件因存在施工安全风险、机械设备要求高、经济性差等不宜采用顶推圆管涵。下列情况不宜采用顶推圆管涵施工：
1． 土体承载力f[ao]小于30kPa，同时小于计算所需的承载力要求。
2． 岩石单轴饱和抗压强度大于15 Mpa。
3． 土层中砾石含量大于30%或粒径大于200mm的砾石含量大于5%。
4． 江河中覆盖层渗透系数K大于或等于10-2cm/s。
（二）、位置选择
顶推圆管涵的的选址首先应满足《公路路线设计规范》(JTG D20-2006) 12.5条公路、管线交叉中相关规定，公路与管线宜垂直交叉为宜，必须斜角的不宜小于60度。对于有爆炸危险的原油及天然气管线距大桥不应小于100米，距中桥不应小于50米。顶管顶面距路面底基层的底面应不小于1.0米。
顶推圆管涵选址还应符合公路管理部门的有关规定，顶推圆管涵的设计及施工方案都需公路管理部门审批，涵位以公路管理部门批复为准，涵位应避开立交区，并考虑公路的规划。
（三）、结构尺寸及布置
1．结构尺寸
顶推圆管涵常用管径（内径）一般为0.6米～3.5米，壁厚一般为管内径1/10，人工挖孔顶推圆管涵内径不小于1.0米。管径大于3.0米顶推圆管涵不推荐采用。
顶推圆管涵壁厚选择时注意，公路规范中对主筋保护层要求与《顶进施工法用钢筋砼排水管》中要求不同，直径1.0米以下环筋采用单层配筋的顶管，壁厚还应满足公路规范中主筋保护层要求。
2．管节连接方式
顶推圆管涵与明挖施工圆管涵构造上最大区别是管节连接方式，明挖施工圆管涵管间接头处理较简单，管节头不做特殊处理，仅设管节间防水处理，顶管连接方式较复杂，一般分柔性接头和刚性接头，目前普遍采用柔性接头，刚性接头只用于顶管距离较短情况。柔性接头按接头形式又分为：钢承口、企口、双插口、钢承插口四种形式，目前多采用钢承口，钢承口根据构造形式分为A/B/C三种。
各型顶管接头细部尺寸在《顶进施工法用钢筋砼排水管》（JC/T 640-2010）中均有要求，可参照执行。
顶推圆管涵在施工期间管端承受巨大的局部顶推力，易产生横向变形而损坏，管端需局部加强，在管端一定范围增加环筋数量并配置U型加强筋。
为保证顶管接头处良好密封性，一般在承口处设橡胶圈，管内无压可使用楔形单胶圈，管内有压时必须使用“O”型胶圈。通过橡胶圈的挤压变形保证接头处密封，橡胶圈采用天然橡胶，压缩率不小于36%，邵氏硬度50～65(IRHD),接头处强度不小于10MPa，在承口加强钢筋后设置遇水膨胀胶圈。
3．顶管埋深
管顶覆土厚度在不稳定土层中宜大于管外径1.5倍，并大于1.5米，穿越江河底时覆盖层厚度最小厚度宜大于管外径1.5倍，并大于2.5米，地下水较高时，管顶覆土厚度还应满足管道抗浮要求。
顶管埋深设置时宜保证管身范围内位于相同土层。
顶管埋深需满足公路管理部门对于管顶覆土厚度的要求。
4．横向顶管间距
对于平行设置的双管形式，管距应根据土层性质、管径、管道埋深等因素确定，一般情况下宜大于1倍管外径。
5．材料
顶管砼标号不宜小于C50。抗渗等级不低于P8, 水泥宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
钢筋宜采用冷轧/热轧带肋钢筋，习惯上内外层环筋采用CRB550冷轧带肋钢筋或HRB400热轧带肋钢筋，纵向分布钢筋及U型加强钢筋等采用HRB400热轧带肋钢筋。内外层环向钢筋保护层按照公路规范执行，需注意公路规范与《顶进施工法用钢筋砼排水管》中主筋保护层要求不同，编者认为对于下穿公路的顶管必须符合公路相关规范。
承口钢圈一般采用Q235B或Q345B钢材，外露的承口钢圈应采用防腐蚀涂料面层或在喷、镀金属层上再涂刷防腐蚀涂料的复合面层保护。对于地下水等周围介质的腐蚀性等级为强/中等腐蚀时，顶管的管材不宜选用钢筋砼管，宜选用玻璃钢夹砂管。
（四）、管节计算
顶管施工的管道特点是人工或机械掏挖形成孔腔，钢筋砼管顶入孔腔内，顶管管节配筋计算的要素是确定在此孔腔中管道上部的作用及管道支撑的基础形式。
目前国内应用的计算方法按其管道上部的作用和支撑形式区分为以下四种：
(1) 支撑角2α=90度土柱法
此方法设定在管道结构上作用有管顶至地面的竖向土压力、竖向土压力及地面荷载作用引起的侧向土压力、管上腔内土重，管道基础为支撑角2α=90度上土孤基础。此方法类同开槽法施工，计算配筋量最大，不宜采用。
(2) 支撑角2α=120度土柱法
此方法与方法1类似，管道基础为支撑角2α=120度上的土孤基础。一般适用于不稳定土壤，计算配筋量次之。
(3) CECS法
《给水排水工程埋地预制砼圆形管管道结构设计规程》中以太沙基教授理论建立的方法（图4-C）,太沙基理论认为顶管时土体将发生变形，管体外缘处的土体按主动土压平衡出现裂缝，形成图4-C中管顶上方的土柱作为计算隔离体，土柱荷载通过土壤剪力传递扩散给管两侧土体。由分析竖向力系平衡条件，得出管顶处土体处于主动平衡时的裂线宽度和顶管竖向土压计算系数，用以计算管道结构上的竖向土压力。此方法在稳定土壤中覆土深度大于管外径1.5～2.0倍时选用，计算配筋较少。
(4) 卸荷拱法
卸荷拱理论将土体视为具有一定内聚力的松散体，在土体中开挖洞室后由于应力重分布，使洞室土体发生破坏，引起顶部土体塌落，塌落到一定程度后，土体进入新平衡，形成自然平衡拱，作用在圆管上的压力等于破坏区（卸荷拱区域）包括的土体重，此方法在土壤技术数据可靠，土壤内摩擦角≥30 0， 覆土深度大于2倍卸荷拱高度时选用， 此方法计算配筋最少，不推荐采用。
综上：目前顶管设计多采用120度土孤基础法和CECS法，下穿公路的顶管，地面以上还需考虑汽车荷载，埋置深度大于5m时可以不考虑汽车荷载，管顶覆盖层厚度大于2m时，可不计轮压冲击系数。另外计算还需考虑地面堆积荷载，一般取10KN/m2。
砼管节根据外部荷载引起的弯矩效应，分别按照承载能力极限状态验算承载能力，按照正常使用极限状态验算变形及裂缝。
（五）、管节配筋
钢筋砼管节受力主筋为环向钢筋，常用配筋方式有环形钢筋、螺旋钢筋，多采用螺旋钢筋，钢筋直径一般在6～14mm。壁厚≤0.1m的管节采用单层配筋，壁厚＞0.1m的管节采用双层配筋，内外层环向筋间距分别根据配筋计算确定并不得大于15cm,环筋末端密缠1～2圈。
钢筋砼管节纵向应布置分布构造钢筋，钢筋直径≥4mm，间距≤40 cm（一般控制在15～25cm），纵筋根数不小于6根。
钢筋砼管节在端部设置U型加强钢筋，布置同纵向钢筋，以加强管端局部承压能力。
对于钢承口顶管，还应设置承口钢筋固定钢圈。
（六）、顶管设计允许最大顶力
设计中应给出顶管的允许最大顶力，如顶推中所需顶推力超过允许最大顶力，应设置中继间。《给水排水工程顶管技术规程》给出不同材质的顶管允许顶力计算公式，顶力计算不是按轴心受压构件计算，而是考虑可能的最大偏心是顶力作用在管截面核心矩边缘,上述顶管允许顶力计算公式不适用于曲线顶管。
三．钢筋砼顶管设计中的问题：
1．单轴抗压强度大于15Mpa的岩石地质规范不推荐采用顶管施工，而工程实践中某些地区却大量采用（如重庆），部分工程中岩石单轴抗压强度60Mpa都采用顶管施工。目前顶管相关设计规范中计算理论都只适用于于松散土体，对于岩石地质不适用，国内部分顶管研究中建议参照《铁路隧道设计规范》第4.3.3条公式。不同的基础支撑条件对结构计算及配筋影响很大，因此相关顶管技术规范中应加强岩石地基的顶管设计理论研究。
公路相关规范中对顶管设计及施工尚未有要求，而大量顶管都是穿越高速公路及地方公路，目前都参考给排水工程中顶管规范设计，建议公路相关规范应将顶管设计及施工要求纳入其中。
2．公路工程与给排水工程中规范关于主筋保护层要求不同，公路规范要求值略大。另外在正常使用极限状态下关于变形、裂缝宽度的计算方法及要求也不同。
四．结语：
随着我国国民经济持续快速发展，大量管线需要穿越既有公路网，钢筋砼圆管涵顶管作为最常用的顶管形式会得到越来越广泛的应用。钢筋砼顶管的设计理论研究将会逐步完善发展，新的施工工艺也将不断涌现。
参考文献
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：
给排水系统是住宅设备的重要组成部分，系统设计是否合理的，对今后住户的装修、日常使用与维护将产生重要影响。本文根据工程设计实践，结合国家规范要求，谈谈现代住宅建筑给水排水系统设计中的一些成功做法。
1 高层建筑分区供水
对高层建筑来讲，要保证整个建筑的正常安全可靠用水还需要二次供水，分区供水；也是区别高层供水系统和多层供水系统的主要特征；给水系统的竖向分区是指高层建筑的给水管网和供水设备根据高层建筑的实际需要，在竖直方向将建筑分区供水，各分区给水系统向本分区域供水。在高层建筑中不竖向分区带来的问题是：不利于节能；给水配件容易损坏；增加工作维护量；易造成回流污染；
2 高层建筑给水方式
蓄水池、供水设备、高位水箱加压供水方式是高层建筑中使用最广泛的供水方式；高层建筑的高位水箱给水方式有串联、并联、减压水箱和无减压水箱的减压给水、无水箱给水方式和管网叠压给水方式。在进行设计时需考虑工程具体情况和各种方案的优缺点等各方面的因素，对其进行比较选取最优方案。
2.1 高位水箱给水方式
可分为并列供水方式、串联供水方式、减压水箱供水方式、减压阀供水方式。
2.1.1 高位水箱串联供水方式：供水设备分区设置，根据设计要求，下一区水箱供水设备供水上一区，一级一级以此类推供水。该方法优点：使用的管道短，管材管件设备无需承受高压，减少了投资成本；总体耗能少，运行费用经济；缺点：供水可靠性差，一旦下层发生故障则其上面的所有楼层均不能正常用水，影响面大；维护管理不便；楼层水箱过大，楼层结构要求高；设置楼层中间供水设备，需要防震动、防噪音、防漏水设施。
2.1.2 高位水箱并列供水方式：在各分区独立设水箱和供水设备，供水设备集中设置在建筑底层或地下室，分别向各区供水。优点是独立的分区供水系统，干扰小，压力稳定，供水安全可靠； 供水设备集中，往往在低层或地下室便于施工安装；便于维护管理；供水效率高，运行经济，符合客户要求；并联设计，水箱容积小，利于结构设计；缺点是一次性设备投资增加，原因：管线长，管件多，结构复杂，且承高压；楼层设置水箱，占楼层面积，影响投资效益。
2.1.3 减压水箱供水方式 ：高层建筑的用水量由底层或地下室供水设备供水提升至屋顶总水箱，再送至各分区减压水箱。其优点为供水设备集中且少，管道简单，一次性投资少，利于维护和管理；设备用房小，楼层减压水箱容积小，有利于楼层结构设计；其缺点为最高层设置总水箱并供水，对结构要求高，不利于抗震要求；各分区减压水箱用水来自最高层总水箱，能源浪费严重；楼层设置水箱，占用面积，影响经济效益；上层分区出现故障，下层分区都将不能正常用水，供水可靠性,不如并联方式。
2.1.4 减压阀供水方式：一般底层或地下室供水设备直接供水，用减压阀代替减压水箱，分区供水。优势是供水设备集中且少，施工安装方便，一次投资少；利于维护与管理；分区设置减压阀，并且独立分区并联设置两个减压阀，出现故障，影响小，灵活，极大的提高了供水系统的安全可靠性；对其他专业影响小，有利于抗震要求；因为减压阀代替来楼层水箱，减少占用面积，提高了经济效益。
2.2 无水箱给水方式
目前国内外高层建筑无水箱供水发展迅速，成为了主流，根据给水系统中用水量情况利用变频给水设备来自动调整出流量并使供水设备具有较高工作效率。 变频供水设备并列供水方式和变频供水设备减压阀供水方式两种方式 ，后一种给水系统目前使用比较多的。其优势在于不需高位水箱，不占建筑面积；供水设备使用变频技术，且运行中处于较高工作效率，节能效果明显，符合节能减排的要求；其缺陷是供水设备一次性投资大，但减压阀供水方式投资少于并联供水方式；供水设备型号多、数量多，设备维修复杂，对管理提出了更高的要求。
2.3 管网叠压给水方式
由于科技的进步和节能减排的要求，目前一些地区采用管网叠压供水系统（无蓄水池），管网叠压供水设备由智能型变频控制柜、稳流罐、供水机组、仪表、阀门及管路等组成，其基本原理是：是供水设备在运行中，通过设备的控制方式、稳流罐与真空抑制器的共同作用，利用市政管网原有压力，实现压力差多少补多少的节能、无污染的供水方式。优势在于无水箱、无蓄水池、全封闭无污染供水，无二次供水，清洁、卫生、环保，供水质量优；设施全封闭，全面杜绝了使用中跑、冒、漏、清洗等水源浪费现象，同时节约了定期清洗用水；充分利用市政管网压力，实现压力差多少补多少，供水设备扬程可适当降低，大大提高节能效果，一般达到50%；设备寿命延长，运行效率高，不做无用功；因为无蓄水池，结构简单、占地面积大大减少，提高了建筑面积利用率；设备工厂化生产，产品质量有保证，安装现场，安装单位把自来水进水管和出水管直接与设备对接即可，设备安装简单、容易、建筑投资减少，同时加快了工期。
缺陷为主要是在极端情况下供水停止，使用中具有一定的局限性；在实际推广中的阻力主要是无蓄水池，安全可靠性降低，除了停电会停水外，一旦市政管网停水，供水也将停止。在实际的应用中，业主应用管网叠压技术往往会减小蓄水池容积，来提高供水的可靠性。目前已经有智能化一体供水系统，即缩小的水箱（替代蓄水池）容积和无负压设备组成供水设备机组，小型化+智能化。
3 对给排水设计管理的几点体会
3.1 设计应紧紧跟上时代的步伐：节能减排已经成为国家的基本政策，给排水工程师应该与时俱进，学习新知识，密切关注科技变化和社会发展对设计管理工作的影响。人们对生活品质的要求而带来的用水习惯、用水环境的变化，给排水工程师要体现出敏锐的观察力和专业素养。
3.2 建筑给排水工程师应对给排水部分的投资进行有效的控制：一个项目在作出投资决策后，投资控制的关键就在于设计。作为业主的给排水工程师，应该充分认识设计管理对投资的影响，加强和设计人员沟通，根据现行法律、法规和相关设计规范对建筑物进行准确合理的定性分析，合理地确定设计标准；提高通过对设计技术管理来控制投资。
3.3 建筑给排水工程师在工作中应及时对设计索赔事故进行索赔。随着市场经济的发展，市场竞争日益激烈。各方为保证自己的利益，索赔事件将不断发生。因此应与设计人员做好沟通工作，让设计人员正确理解业主的设计意图，要求设计人员努力做到按合同约定交付设计文件，提高设计质量，减少无谓的设计变更并应仔细审查设计文件的周密性；对未认真履行合同或因文字或图纸表达漏洞造成业主损失的，及时进行设计索赔。同时对一些有争议的问题应及时与设计人员书面沟通，并保管好这些往来文件和会议记录，以便明晰双方的责任，使设计人员能为业主提供一份高质量的设计文件。
4 结束语
高层建筑给排水系统，与我们的日常生活息息相关。因而业主的给排水工程师，应本着安全、节能、经济的原则，在工程实践中努力创新，适应时代的需要，满足人民群众不断提高生活工作品质要求。
参考文献：
近几年来，随着我国经济及社会的发展，人防地下室平时大都数被作为商场或车库使用，只有在发生大型战争时才会作为人员的掩蔽所使用，作为战时人员的掩蔽工程，需结合战争大背景下掩蔽人员的需要，进行合理高效的给排水工程设计。鉴于给排水工程的重要地位及作用，人防地下室给水、排水以及消防等的设计就显得尤为重要，对未来的国防安全等有着很重要的现实意义。
一、 人防地下室给排水设计的概念
作为建筑给排水系统施工的重点项目，人防地下室给排水设计在建筑设计中占有极其重要的位置。高层建筑在设计施工的时候都会设置1～2层的地下空间，用来作存货仓库或者是停车场，这就要求建筑设计者在设计时-要结合我国现阶段地下室的结构功能，对人防地下室的防水防震功能要求应有针对性的设计，在精心设计提高其结构质量的同时要对其结构功能进行进一步的完善，满足当前发展的功能需求，所以，这就要求设计者在进行人防地下室结构设计时要将设计的重心转移到给排水设计上，避免给排水设计对地下室结构造成影响，确保其功能的完整性。
二、人防地下室给排水设计分析
（一）地下室的给水设计
近年来，在人防地下室的使用及演变过程中，对其给水的设计，要结合原始的使用功能，严格按战时标准设计， 这就要求人防地下室的给水设计要满足所掩蔽人员的日常生活需求，在此基础上，也要满足战后清理人防地下室过程中的冲洗需求。在设计的过程中，也要考虑到人防地下室内部设备和现状，为了满足战时掩蔽人员的饮用水、生活用水以及人员洗消用水和口部洗消用水的需求，要根据实际情况设计贮水箱，并使用水量达到《人民防空地下室设计规范》里的需求标准，而且对于饮用水、生活用水可在贮水箱上设取水龙头，供人员使用，或装置相应的洗漱用水装置，增大给水管道的供水泵流量进行战时的日常用水使用。此外，要结合战后撤出人防地下室后对污染房间的冲洗需要，在染毒区域设冲洗龙头及简易洗消间中设1-2个洗脸盆并设供水泵加压供水，设计相应的贮水箱，通过使用皮带水龙头抽取贮水箱的水进行出入口的冲洗。根据战时的用水需求，对战时用水量的计算是人防地下室设计的重点，下表是战时人员掩蔽用水量统计[1]：
另外，如设有电站时也应考虑电站的用水，移动电站的冷却水用水量设计为2m3，洗消用水可由贴临的人员掩蔽部供给，或独立设置。通过上述设计，满足了人防地下室的用水，做到了合理的给水设计，
（二）人防地下室的排水设计
作为人防地下室给水设备的配套设备，排水系统应该是单独设计的，地上建筑的生活污水管、雨水管、燃气管不得进入人防地下室。也就是与建筑物上部用水的不同，人防地下室排水系统具有战时污水排放以及战后染毒房间及通道冲洗废水排放等，这也就决定了其上部建筑的排水系统不允许穿过地下室的人防区域。在实际的设计及建造中，应将人防地下室清洁区的污水设污水池及排水管独立排出，染毒区的洗消废水设染毒水池及排水泵独立排出。地上建筑的排水应在人防地下室的顶板上设覆土层或管沟敷设排水管，将污水排至室外。在管材的选择方面，应根据敷设区域的不同，按规范要求选择抗震效果较好的水管。
以一个人防地下室的二等人员掩蔽部排水设计为例，此工程的设计时，战时排水可利用平时集水井以及排水管道排出，根据平时及战时流量和扬程的要求合理的选择污水泵，做到平战结合。人防地下室各战时出入口防护密闭门外的通道内、竖井及防毒通道和密闭通道内设置有染毒水池，并在其他染毒房间设防爆波地漏接至防毒通道和密闭通道的染毒水池，方便排出染毒污水。战后排污过程中，设计有移动式潜污泵等装置排出废水 [2]。
（三）人防地下室的消防设计
当前的人防地下室大多被当做车库使用，基于此现状，设计相应的消防系统势必不可少的，要确保所设计及建造的消防系统能实现发生火灾时自动喷水的需要，进行设计时，要考虑到，人防地下室消防系统可连接上部建筑消防系统，形成两者的共用。为了方便简易操作，可连接安装阀门控制进行二者的转换，满足当前人们生产生活对建筑人防地下室消防方面的需求。与此同时，要考虑到空间密实的情况，和密闭造成的室内烟气大雾温度高情况，所以，要将给排水工程所用的消防水箱水池以及消防泵与地面消防设施进行共用合用，并在人防地下室外墙或顶板有消防管道穿过的地方采取防护密闭措施。
（四）平战结合要求的设计
人防地下室在不同时期的作用是不同的，基于此，要考虑平战结合的原则，针对不同时期的应用进行综合设计。在设计时，给排水管道的位置应在混凝土浇筑之前预留孔道，为了保证人防地下室的整体性和密闭性，不得进行管道二次安装，上部建筑的燃气管以及雨水管等不能进入防空地下室，遇到必须要穿过的情况，其公称直径不宜大于150mm。为了方便战时能及时封堵日常用的给排水管道，穿人防地下室的围护结构，应设防护阀门，防护阀门采用压力不小于1.0MPa，阀芯为不锈钢或铜材质的闸阀或截止阀。临战时关闭，以供战时需要。
（五）给排水系统管材和连接
首先，在给水管的选择方面，应选用内壁衬塑的钢塑复合管，并采用防腐处理的机制排水铸铁管用于围护结构以内的重力排水管。同时，在敷设结构底板时应采用热镀锌钢管，另外，对于集水池的通气管，则应选用热镀锌钢管；其次，当管道穿越人防围护结构时，应在围护结构内侧设置相应的防护阀门，对大于100mm的给水管直径用卡箍接口进行连接，小于100mm的则选择丝扣连接；此外，在设计时，要注意到人防地下室围护结构的内侧设置的防护阀门，其阀门近端面的距离墙应不大于200mm，并安装在穿墙或顶板的管道上，确保人防地下室的安全维护的进行[3]。
三、结束语：
综上所述，基于人防地下室的特殊性，在给排水设计的过程中要充分考虑到人防地下室的给水、排水以及相应的消防设计，并结合当前社会的发展现状，进行其平战结合要求的设计，在材料选择方面严格把关，因地制宜进行设计，满足当前发展的需求。
参考文献：
0引言：沉井，顾名思义，是一种在地面上制作、通过机械或人工取除井内土体的方法使之沉到地下某一深度的井体结构，具有井壁同时兼做基坑坑壁支撑的特点。广泛用于取水构筑物，矿山竖井，桥墩等。
1工程概况：本工程水泵站均采用沉井工法，为墙板地下结构，结构使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，沉井底部受力层在不同区域为粉质粘土层、全风化层、中风化层。墙身采用C30强度等级的混凝土，采用C20素混凝土封底砼。
2.1设计要点：
一、场地选择：沉井应选择在平坦开阔的地方，如是斜坡地要防止不均匀土压力，避免选择在地质不均匀的地方，在一定范围内不得有现状建构筑物，地下不得有现状管线等，本文提到的沉井规划可利用场地较小，泵站设置在规划红线区域内的中间位置，避免对周边市政路和房屋产生影响，泵站周边设置厂区路。
二、施工方法选择：沉井的施工方法应根据工程地质和水文地质资料结合施工条件决定，从地质报告及地质资料分析，详表一，泵站局部出现强透水层，有可能出现流砂或补给水量很大而排水困难，故从地质情况分析宜选择不排水下沉，但不排水下沉工期长，费用高，由于透水层较薄，可采取止水措施解决，故最终选择“排水沉井+搅拌桩止水”的工法，详表二，沉井四周土的破坏棱体范围，一般可按下式估算：L=Htg（45-(Φ/2）)，为防止下拉荷载引起断桩，搅拌桩与沉井壁的应保持不小于L的安全距离。罗村沉井穿越土层全周长皆为透水层（珠三角地区的淤泥仍可定义为透水层），由于止水效果是排水下沉的关键，大范围止水效果存在风险或不理想，故选择不排水下沉。
三、制作沉井前的准备：表层土较为软弱的情况下，场地应先换填表层松散土1m～2m，使得上部压力扩散至软弱层后小于软弱层的承载力，换填材料一般为粗砂；由于刃脚面的面积较小，容易对下部土体产生下切力，刃脚之下可选择枕木扩大其接地面积，也可根据实际情况，选择砖砌扩大刃脚或砼块与砖砌刃脚相结合的方式，详图一，且应结合第一节井壁重量来计算枕木接地面积、混凝土垫层厚度等。砖砌刃脚和混凝土垫层不宜过大过厚，否则凿除时间过长，容易导致沉井初沉阶段即倾斜。
四、下沉次数的确定：一般地，分次下沉次数应根据沉井的高度、施工条件、
地基承载力、下沉系数、下沉稳定系数、下沉过程中刃脚每次停顿的目标土层等确定，每节沉井的高度仍需结合浇捣混凝土的高度决定，一般应控制在3m～5m，。
图一：刃脚支承方式
枕木支承扩大刃脚 砖砌支承扩大刃脚 砼块与砖砌联合扩大刃脚
表二 泵站和南村泵站关于沉井与基坑的比较
施工工法 造价 工期 对环境影响 对周边建（构）
筑物影响
不排水沉井 中等 中等 小 中等
排水沉井+
搅拌桩止水 低 短 中等 小
钻孔桩+旋喷桩支护开挖 高 长 大 大
表一：三个泵站地质剖面图
长洲岛污水泵站地质 南村污水泵站地质 罗村污水泵站地质
六、壁厚的确定：1、受力需要：壁板厚度应有一定的刚度和强度，排水下沉的壁厚主要来自外水土压，封底前可截取一延米的水平闭合框架计算，封底后参照设计水位和土压力按单块板或水池结构计算，不排水下沉的沉井，封底前按外土压力加2～3m水头差压力，同样截取一延米的闭合框架计算，封底后同排水下沉。砂、砂质土按水土分算，粘土、粉土、淤泥质土可按水土合算。2、下沉需要，下沉系数应大于1.05，依靠自重克服其摩擦力，但应与配重相结合考虑，太重时，下沉系数过大，不利于下沉稳定，下沉稳定系数一般控制在0.8~0.9。3、抗浮要求，南方地区的沉井由于地下水较高，适当的壁厚，可抵抗浮力的作用，并有可能降低配筋率。4、抗渗要求，井壁靠自身混凝土抗渗，水头差较大时，对应抗渗系数应有最小的壁厚要求。5、抗拉断验算要求，当刃脚掏空，井壁仅靠与土之间的摩擦力维持平衡，井壁产生竖向拉力。
七、沉井的常见构造，1、沉井的长宽比一般不大于2.0，重心居中，分隔对称，刚度对称且无薄弱环节；2、刃脚根据土质软硬程度选择不同的形式，详图二；
图二：刃脚大样
干封底型 常用型 减摩型 硬土型 清障型
3、刃脚踏面宽度可随土层软硬调整，软土一般在0.4~0.6m，硬质土一般在0.15~0.3m取值；4、为确保突沉时人身安全，斜面与水平面的夹角一般在50°~60°；5、刃脚内侧和凹槽在下沉前应凿毛，以利于新旧混凝土的结合防渗漏，凹槽深度在150~200mm为宜，过大，则削弱井壁，过小，则抗渗和抗剪能力降低；6、沉井内受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于35mm，计入磨损对保护层的影响；7、刃脚竖向钢筋应设置在水平向钢筋的外侧，并锚入根部以上；8、沉井壁板在底板厚度范围内设凹槽时，其深度不宜小于150mm；9不设刃脚的底梁和隔墙的底面距沉井刃脚底的距离，不宜小于500mm，主要是避免顶到土层影响下沉；10、南方地区地下水丰富，封底混凝土可能因各种原因与刃脚和壁板接触不好，导致部分地下水会渗过封底砼对新浇筑的底板产生压力进而破坏，故偏于安全的设计是多设置若干道砂滤罐，有横隔墙分开的区域，应分别设置砂滤罐，详图三。
图三：滤股大样图
2.2设计计算的主要内容：
结合三个具体的沉井实例，进一步阐明沉井的技术要点。
一、 平面尺寸与高度满足给排水工艺要求，由于沉井为矩形容易下沉，故有些进
水泵站工艺虽只需“手榴弹”型已可满足使用要求，但设计应做成矩形才方便下沉施工，多余部分为中空，里面一般是填土帮助抗浮，且一般在里头设置爬梯方便安装和检修管道，详图四。
图四：泵站外部尺寸调整
二、 地基承载力验算和地基变形验算：三个沉井持力层分别为强、中风化层和粉
质粘土，粉质粘土地基承载力特征值160Kpa，经过深度修正承载力值可超400 Kpa，满足设计要求。
三、 抗浮验算：罗村沉井为不排水沉井，施工阶段抗浮出现在封底后抽干里面的
水浇注底板，规范要求不计摩阻力的前提下抗浮稳定系数应大于1.，计算得到抗浮系数为1.015，满足，如此时不能满足则应适当降低井外水位，超深沉井可适当计入摩阻力的有利影响，施工阶段如满足抗浮则使用阶段一般能满足，因顶板、泵基础、池内最低水位的水及上部结构等对抗浮有帮助，验算得到抗浮系数为1.19，满足《给水排水构筑物设计规范》关于抗浮系数大于1.05的要求；使用阶段抗浮出现在上部土建结构完成后，此时继续借助井点降水已不可行，必须自身重力能够抵抗水浮力，故底板往往须用拉筋与封底砼可靠连接，局部格室设置成填土（素砼）区，如图四。南村沉井和长洲岛沉井周围有搅拌桩一圈，排水下沉的沉井，可不验算施工阶段抗浮，由于有上部结构，经验算满足使用阶段要求。
四、 下沉系数与下沉稳定系数：下沉稳定与否直接关系到沉井施工的成败，是沉
井计算的重中之重，下沉系数须满足kst≥1.05，
kst＝（Gk-Ffw，k）/ Ffk，式中
kst―下沉系数，Gk ―沉井自重标准值（KN），Ffw，k―下沉过程浮托力标准值（KN），Ffk―井壁总摩阻力标准值（KN），fk――单位摩阻力标准值（Kpa），
当下沉系数过大，或遇到淤泥等软弱土层时，须验算下沉稳定计算，下沉稳定系数需满足0.8～0.9，kst,s＝（Gk－F’fw，k）/(F’fk+Rb)，Rb为沉井刃脚，隔墙和横梁下地基土极限承载力之和（KN）；罗村沉井下沉至某段为淤泥，反复调试下沉稳定系数仍过大，最后采用沿着刃脚周长一圈每隔若干米施工一根搅拌桩，搅拌桩水泥参入量为一般承重型搅拌桩的四分一，以避免压断桩，根据复合地基承载力计算，改善后地基承载力应从淤泥提升至淤泥质土等级，验算后满足下沉稳定要求，南村沉井下沉至某段时，遇到中风化层，长洲岛沉井局部微风化层，设计时预先将刃脚宽度尽量取低值，外加角钢保护，接触中风化的部分壁板涂抹剂已可满足，接触微风化的壁板宜预埋循环注浆管，以减少摩阻力并适应平面上的软硬不均，另外，还将刃脚做成图二所阐述的“减摩型”，并在施工图注明必须先挖硬质土，才挖软质土，逐层开挖，最终三个沉井都顺利下沉到位。
五、 刃脚计算：方形沉井和圆形沉井计算公式不同，刃脚计算按成因分成两种工
况，第一种工况为下沉至设计标高，刃脚内侧全部挖空，在水土作用下刃脚向内弯曲，套用公式M=(2qB+qA)h12/6计算出弯矩，并对应刃脚有效计算截面进行配筋，第二种工况为下沉时，自重在刃脚踏面和斜面上产生的垂直反力和水平推力，刃脚向外弯曲计算。
小结：沉井是一种特殊的结构，有其独特的优点，不但可以作为外壳部分，而且挖土下沉的过程中可作为开挖支护，省去了开挖支护的费用，沉井对周围建筑物影响小，施工方便，深度越大，则沉井的优点就越为显现，熟悉掌握沉井的设计要点与技巧，结合现场情况与施工条件，提前确定施工方案，再按既定方案分别从施工阶段和使用阶段核算，另外，沉井只要做好措施能适应淤泥甚至微风化地质，适应土层较广，值得重视的是，钻探资料应齐全且适当加密，它是沉井成功的先决条件，另外，沉井还是一项实践性很强的施工技术，设计应结合新技术的特点进行针对性优化。
参考文献：
[1] 协会标准：给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程 （CECS 137：2002）
[2] 葛春辉 钢筋混凝土沉井结构设计施工手册 中国建筑工业出版社
[3] 国家规范：混凝土结构设计规范（GB50010-2002）
[4] 国家规范：给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002）
Abstract: Water supply and drainage engineering usually consists of buildings, structures, water pipeline and ancillary works, and pool structure often accounted for the majority of engineering quantity, become the main content of the whole design of Engineering structures.
Key words: water supply and drainage engineering; pool structure; structure; design
一、水池构筑物结构的设计内容
1.结构荷载
水池结构上的作用可分为：永久作用（结构自重、土的竖向压力和侧向压力等）；可变作用（池顶盖上的活荷载、地下水压力、流水压力、地面堆积荷载、温湿度变化作用等）；偶然作用（地震作用等）。
作用在水池上的侧向土压力，规范按朗金公式计算主动土压力，这与土的重度和内摩擦角有关。同时要考虑地下水位以下的池外水浮力，使土的有效重度降低而对土压力的影响。地下水对池体的浮力需要抗浮验算，分别计算水池的整体抗浮和局部抗浮，根据工程地质勘察报告和当地水文地质条件确定抗浮水位，既保证使用阶段的结构安全又要考虑不利情况下的抗浮安全。对于大型水池、地下水池和地下水丰富的地区，抗浮验算尤为重要。
温、湿度作用对于地上水池的计算不容忽视。壁面温差的低温一侧受拉，对冬季应考虑温差作用。温差和湿差不需要同时考虑，对夏季应考虑湿差作用，由于效果与温差相似，设计时将湿差折算为当量温差按10°C计算。按规范要求设变形缝的水池，可不计算温湿度变化作用，对水池构件的中面温差作用一般也不作计算。
水池设计时，地基不均匀沉降引起的永久作用，需计算水池构筑物的沉降量。考虑到钢筋混凝土水池的结构整体性比较好，设防烈度8度以下可不进行抗震验算，但仍需满足抗震构造措施要求。
2.池体选型
水池设计时，应选择合理的体型和适当的壁厚。为了结构受力的合理性和工程造价的经济性，池壁和底板尽量设置为双向板，这就要求池体的选型尽量规整。当水池长度较大时需设适应温度变化的伸缩缝，所以水池尽量布置适当的长宽，这需要和其他专业之间沟通和反馈。
对于池壁厚度的确定，按经验值通常按hB/20左右选取（hB为池深），通常选取在250～500mm之间。池壁太薄，既不符合规范也给施工增加难度；池壁太厚，可能使计算结果为满足最低配筋率而不经济，也对温湿度作用不利。底板厚度一般为池壁厚度的1.2～1.5倍，底板的抗弯刚度要大于池壁才能满足作为固端约束的要求。底板对池壁的嵌固作用效应的程度与池壁高度、底板单位截条的弹性特征有关，而底板单位截条的弹性特征又与底板的厚度、地基的基床系数有关。当土质较好时，底板厚度可取1.2倍池壁厚度；当土质较差时，底板厚度可取1.5倍池壁厚度。
3.池壁设计
水池结构内力分析计算时，合理的选择结构计算简图，与实际情况相符的边界条件的假定，才能保证结构设计的准确可靠。池壁的计算形式通常可分为：（1）三边固定顶端自由或简支板；（2）深池可按上部三边嵌固一边自由或简支板、下部水平闭合框架两部分；（3）浅池按悬臂式挡水墙。
池壁顶端和盖板现浇时可按铰接考虑；当池壁设置走道板时，走道板需具有足够的刚度，方可作为池壁的铰支端。对于比较大的水池，可设扶壁柱和拉梁，考虑做成梁柱框架可节省工程投资。扶壁柱承受的荷载面积，由池壁计算简图确定。
池壁设计时，须考虑水平角隅的计算问题，浅池壁板的水平向角隅处的局部弯矩应计算；池壁的计算应考虑和底板的弯距分配，这对池壁底部配筋有较大的影响。池壁底部钢筋较密，注意满足规范对钢筋间距不宜小于100mm的要求，而且钢筋间距太密会影响混凝土振捣。
4.底板设计
如上所述，底板厚度不宜太小，按1.2～1.5倍池壁厚选取，既保证底板的刚度也是考虑池壁与底板节点平衡。底板的计算简图可采用四边嵌固板计算。
底板跨度较小时，假定地基反力按直线分布，可认为底板是固定支撑于池壁上的。此时作用于底板上的池内水重和底板自重与它们引起的地基反力相抵消，而不产生弯曲应力；由池壁和池顶、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力，会使底板产生弯曲应力。对于多格水池分格盛水时，地基反力可按照局部均布荷载下的直线分布的原则计算，应分格满池最不利布置进行静力计算。处于软土地基或底板跨度较大时应按弹性地基上的板计算，按文克尔假定或半无限弹性体假定计算。
5.构造措施
（1）水池受力构件的混凝土强度等级不低于C25，严寒和寒冷地区不低于C30。控制水胶比和良好的骨料级配，保证混凝土浇捣密实。
（2）根据最大作用水头与混凝土厚度的比值，确定抗渗等级为S4、S6、S8，一般水池采用S6可满足要求。水池混凝土的密实性满足抗渗要求时，一般不作其他抗渗处理。
（3）池壁相交处、池壁与底板相交处均设腋角和构造钢筋，该处钢筋锚入相邻池壁和底板，满足最小锚固长度的要求。水池受力钢筋计算主要由裂缝验算控制，考虑造价因素，采用二级钢要优于选择三级钢。
（4）《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》要求敞口水池顶端宜配置水平向加强钢筋。为加强结构的薄弱处，设计时在池壁顶部和底部均加设水平向钢筋。
（5）处于土基上的现浇钢筋混凝土水池，地上水池不超过20m，地下水池不超过30m应设置伸缩缝。当混凝土加外掺剂或设置后浇带时，可缓解温度效应，设计时可酌情考虑伸缩缝间距。
二、水池构筑物结构设计应注意的问题
1.设计地下水位的合理确定
水池构筑物的设计与地下水位的标高密切相关。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故也时有发生。地下水位不仅与土建设计有关，与工艺设计也有关。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，并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。如果详勘在当地枯水期进行，所提供的地下水位标高将无法被设计取用，或导致结构计算的失误。设计人员应详实了解工程所在地的水文情况，对未满足设计要求的地质勘察报告要求予以补充。要求考虑当地有无暴雨、台风影响，会否出现由于地表水不能及时排除而引起的地下水位提高。水工艺设计人员，应结合对地下水位及地质情况的了解，与土建设计人员一起决定各构筑物的基底标高，综合工艺流程要求、土建造价、运营成本、投产年限诸多因素，制定总体方案及各构筑物方案，以求经济合理。例如当地下水位较高或地质剖面有流沙层时，水工艺设计者应考虑是否可适当抬高基底标高，减少浮力对结构影响及避开流沙层。
对设计在正常使用阶段池内均有水，仅在检修等特殊时段才排空的水池，可以根据实际情况，结合地方永文资料，确定一个合适的地下水位标高做设计地下水位，做到既保证使用阶段结构安全和不利情况抗浮安全，又能降低工程造价、节省工程投资的双赢目的。而这一切需要土建、工艺设计人员共同讨论并采取一系列设计及操作措施来确保安全生产及设计意图的实现。
2.构筑物设置伸缩缝及后浇缝
（1） 伸缩缝的设置
根据设计规范，矩形构筑物最大伸缩缝间距一般为20～30m。近年来，一方面水工艺要求设计的水工构筑物长度已远超过规范间距，另一方面随着建筑材料、施工方法的改进，又为超长水工构筑物不设缝、少设缝提供了可能。设计人员在具体设计时应根据地基、气温等工程情况，考虑是否设缝及施工方法，认真进行计算并采取适当设计措施。
一般水池类构筑物设计中，对结构强度、裂缝开展宽度、抗浮等计算，一般均按规范要求考虑较好，但由于温度、变形以及不均匀沉降引起开裂，在工程中常常遇到。大多出现裂缝的工程实例表明，设计对温度、混凝土收缩变形等因素影响考虑欠缺是问题的主要原因。笔者认为有两点需设计人员重视。
①水池类构筑物并非必须保证不开裂，对设计人员来讲重要的是做好裂缝的控制。一方面设计人员要事先对可能的不利因素及其影响予以预防，另一方面在施工过程中万一发生较大裂缝也要有处理方法及技术措施，确保工程交付验收及投产后的安全生产及运行需要。一般说来，影响裂缝的主要因素是温差及混凝土的收缩，温度越高越易开裂，裂缝的数量及宽度也越大；混凝土收缩越快也带来同样后果。为此，设计人员要从设计与施工两个方面来加强控制。
②加强对允许伸缩缝间距的计算。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，设计人员要详尽收集有关资料，针对地基软硬及温差大小，选择伸缩缝的间距。一般水池壁厚≤500mm时，设计不考虑水池热的影响，主要考虑施工阶段的最不利温差和混凝土收缩产生的当量温差，保证由于综合温差对混凝土产生的拉应力与混凝上相应龄期的极限抗拉强度之比值符合安全要求，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人模温度或浇筑时气温与混凝土达稳定时温度之差。当构筑物及时回填土时，由于地下温度一般常年变化不大，混凝土达稳定时温度可近似取当地年平均温度；但如果工程施工周期较长，可能要越冬后回填情况，混凝土达稳定时温度应取当地月平均最低温度[2]。对设计考虑设置伸缩缝情况，笔者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） 后浇缝的做法
当设计较长矩形水池时，设计可采用后浇缝或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[3]。后浇缝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。考虑施工的难度，建议设计在后浇带垫层混凝土上设置凹槽，这样方便后期后浇带的清理，杂物等可弃置于四槽，冲洗也方便。当设计采用UEA加强带做法时，依靠加强带混凝土较大的膨胀应变，补偿两侧混凝土的温差应变。设计可通过对UEA掺量的调配，补偿混凝土的收缩，使混凝土收缩当量温差≤0，同样达到增大伸缩缝的允许间距目的[4]。
3.土建与工艺、设计与施工间的配合
在水池类水工构筑物设计中，工艺设计人员要了解土建一些设计要求，例如对较大水池壁与壁之间、壁板与底板之间的构造加腋（八字角）要求。如水工艺不允许加腋，应向土建设计人员讲明。另一方面土建设计人员应尽量满足水工艺要求，对较小水池可不加腋。设计应以设计规范为依据，专业之间互相配合，对一些构造措施应区别情况灵活掌握。
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、后浇带间隔天数等等，这些设计条件必须要求施工逐一落实。而要做好这些又要求设计人员要了解施工，了解施工中新材料、新技术、新方法，了解施工顺序，施工对设计的要求，使设计切合施工、方便施工。水池施工为便于支模及浇筑混凝土，一般在离池底及加腋以上300～500mm处留置施工缝，设计人员应考虑施工要求，在此范围避免设计有子留洞、予埋管、悬挑梁板等。
三、结束语
在水池构筑物设计中，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正常工期完成等施工失误产生的渗漏裂缝处理，也应有所了解、准备，对当前常用处理裂缝及堵漏方法、所用材料应有所了解，以便更好地完成设计后期服务。
