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摘要：本文針對新的《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》（CECS138:2002），提出地下式或半地下式水池進行閉水試驗這種工況可以不進行正常使用極限狀態驗算的觀點，并闡述了理由。

關鍵詞：水池施工驗收正常使用極限狀態

1.問題的提出

在污水處理廠或給水廠的設計中，我們經常會遇到大型的矩形或圓形水池。按照《給水排水構筑物施工及驗收規范》（GBJ141－90）的有關規定，水池施工完畢后必須進行閉水試驗，因此在進行水池的結構設計時必須考慮閉水試驗這種工況。由于水池為儲水構筑物，為確保其防滲、防漏和耐久，控制裂縫開展以及在某些情況下控制變形是必要的，按照新的《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB50069－2002）和《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》（CECS138:2002）的規定，各種類別、形式的水池結構均應按正常使用極限狀態驗算，為便于設計人員操作，水池規范的5.3.3條第二款規定：“按正常使用極限狀態驗算時，應根據水池形式及其工況按表5.2.2選取不同的作用組合。”表5.2.2如下：

水池形式及工況

永久作用

可變作用

結構自重

池內水壓

豎向土壓力

池外土側壓力

預加力

不均勻沉降

頂板活載

地面堆積荷載

池外水壓力

溫

(濕)度作用

地下式水池

有蓋水池

閉水試驗

√

√

△

√

使用時池內無水

√

√

√

△

△

√

√

√

敞口水池

閉水試驗

√

√

△

√

使用時池內無水

√

√

△

△

√

√

√

地面水池

有保溫設施的有蓋水池

閉水試驗

√

√

△

√

使用時池內有水

√

√

△

△

√

無保溫設施的有蓋水池

閉水試驗

√

√

△

√

使用時池內有水

√

√

△

△

√

√

敞口水池

閉水試驗

√

√

△

√

使用時池內有水

√

△

△

√

注：1表中有“√”的作用為相應池型與工況應予計算的項目，有“△”的作用為應按具體設計條件確定采用，當外土壓無地下水時不計池外水壓力；

2表中未列入地下式有蓋水池池內有水的工況，但計算地基承載力或池壁與池頂板為彈性固定時計算池頂板，須予考慮；

3（略）

（《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》表5.2.2）

對于上表，筆者有兩個疑問：1、對于一半在地上，一半在地下的半地下式水池的各種工況如何選取？2、對于地面水池，正常使用和閉水試驗這兩種工況作用（荷載）的情況基本一致，而對于地下式和半地下式水池，這兩種工況作用（荷載）的情況差異較大，對這種水池的閉水試驗工況進行正常使用極限狀態驗算，是否合適？試看一例：

某污水處理廠曝氣池為現澆混凝土矩形水池，水池池深為6m，地面以下埋深為3m，最高地下水位為地下1m，池壁近似為單向懸臂板，板長按6m計，池壁根部厚度設為650mm，混凝土為C25，鋼筋為HRB335。池壁結構計算時有以下幾種工況：（1）池內滿水，池外無土（滿水試驗）；（2）池內無水，池外有土（檢修）；（3）池內滿水，池外有土（正常運行）。分別計算如下

工況類型

工況一

工況二

工況三

最大彎矩標準值（kN.m）

360

－47

313

最大彎矩設計值（kN.m）

457.2

－59.69

397.51

按照承載能力極限狀態計算配筋面積（mm2）

2667

1300（最小配筋率）

2300

按照正常使用極限狀態（裂縫）計算配筋面積（mm2）

4354

1300（最小配筋率）

3470

可以看到，對工況一按照正常使用極限狀態驗算，配筋會比工況三的配筋增加約25%。相應的造價也會增加很多。

2.問題的討論與解決

《建筑結構可靠度統一標準》（GB50068－2001）第3.0.3條是這樣表述的：“建筑結構設計時，應根據結構在施工和使用中的環境條件和影響，區分以下三種設計狀況：（1）持久狀況。在結構使用過程中一定出現，其持續期很長的狀況。持續期一般與設計使用年限為同一數量級；（2）短暫狀況。在結構施工和使用過程中出現頻率較大，而與設計年限相比，持續期很短的狀況。如施工和維修等；（3）偶然狀況。在結構使用過程中出現頻率很小，且持續期很短的狀況，如火災、爆炸、撞擊等。對于不同的設計狀況，可采用相應的結構體系、可靠度水準和基本變量等。”

顯然，對水池進行閉水試驗應屬于上述第二種狀況即短暫狀況，對于這種狀況是否進行正常使用極限狀態驗算，按照《建筑結構可靠度統一標準》中3.0.4條第三款表述，“對短暫狀況，可根據需要進行正常使用極限狀態設計。”但參照新的《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》（CECS137:2002）第5.1.3條表述，“各類沉井結構構件的使用階段均應按正常使用極限狀態驗算…”；以及舊規范《給水排水工程結構設計規范》（GBJ69－84）第2.3.10條的說法，“鋼筋混凝土構筑物和管道結構的構件，當在使用階段組合荷載作用下為受彎、大偏心受壓或大偏心受拉的受力狀態時，應驗算其裂縫寬度”。沉井與滿水試驗均為施工階段，屬于短暫狀況，要求應該較之使用階段要低。參照沉井規范和舊規范，筆者認為，水池試水這種工況，可以僅按承載能力極限狀態進行驗算而不需進行正常使用極限狀態驗算。但是對于具有特殊重要意義的水池則要具體研究確定。

3.結論

水池是給水排水工程中最常見的構筑物，各種大型水池土建部分的造價經常會占到總投資的50％以上。因此對于水池的結構計算必須做到科學合理。而要做到結構計算的科學合理，各種工況要計算內容的選取必須科學合理。由于裂縫的開展是一個緩慢的發展過程，而水池閉水試驗的持續時間一般并不是很長，對其進行正常使用極限狀態驗算似乎有不妥之處，因此筆者認為對于一般的水池結構在試水階段可以類似于沉井結構的沉井過程，可不進行裂縫寬度的正常使用極限狀態驗算，但對于重要的或有特殊要求的水池則要視具體情況研究確定。由于筆者自身理論水平有限，因此，對以上提法有不妥之處，希望得到同行的指正。