关于是否对水池闭水试验工况进行正常使用极限状态验算的商榷

1关于是否对水池闭水试验工况进行正常使用极限状态验算的商榷摘要：本文针对新发布的《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138:2002），提出地下式或半地下式水池进行闭水试验这种工况可以不进行正常使用极限状态验算的观点，并阐述了理由。关键词：水池施工验收正常使用极限状态1.问题的提出在污水处理厂或给水厂的设计中，我们经常会遇到大型的矩形或圆形水池。按照《给水排水构筑物施工及验收规范》（GBJ141－90）的有关规定，水池施工完毕后必须进行闭水试验，因此在进行水池的结构设计时必须考虑闭水试验这种工况。由于水池为储水构筑物，为确保其防渗、防漏和耐久，控制裂缝开展以及在某些情况下控制变形是必要的，按照新发布的《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069－2002）和《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138:2002）的规定，各种类别、形式的水池结构均应按正常使用极限状态2验算，为便于设计人员操作，水池规范的5.3.3条第二款规定：“按正常使用极限状态验算时，应根据水池形式及其工况按表5.2.2选取不同的作用组合。”表5.2.2如下：水池形式及工况永久作用可变作用结构自重池内水压竖向土压力池外土侧压力预加力不均匀沉降顶板活载地面堆积荷载池外水压力温(湿)度作用地下式水池有盖水池闭水试验√√△√使用时池内无水√√√△△√√√敞口水池闭水试验√√△√使用时池内无水√√△△√√√地面水池有保温设施的有盖水池闭水试验√√△√使用时池内有水√√△△√无保温设施的有盖水池闭水试验√√△√使用时池内有水√√△△√√敞口水池闭水试验√√△√使用时池内有水√△△√注：1表中有“√”的作用为相应池型与工况应予计算的项目，有3“△”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池外水压力；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定时计算池顶板，须予考虑；3（略）（《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表5.2.2）对于上表，笔者有两个疑问：1、对于一半在地上，一半在地下的半地下式水池的各种工况如何选取？2、对于地面水池，正常使用和闭水试验这两种工况作用（荷载）的情况基本一致，而对于地下式和半地下式水池，这两种工况作用（荷载）的情况差异较大，对这种水池的闭水试验工况进行正常使用极限状态验算，是否合适？试看一例：某污水处理厂曝气池为现浇混凝土矩形水池，水池池深为6m，地面以下埋深为3m，最高地下水位为地下1m，池壁近似为单向悬臂板，板长按6m计，池壁根部厚度设为650mm，混凝土为C25，钢筋为HRB335。池壁结构计算时有以下几种工况：（1）池内满水，池外无土（满水试验）；（2）池内无水，池外有土（检修）；（3）池内满水，池外有土（正常运行）。分别计算如下工况类型工况一工况二工况三最大弯矩标准值（kN.m）360－47313最大弯矩设计值（kN.m）457.2－59.69397.51按照承载能力4极限状态计算配筋面积（mm2）26671300（最小配筋率）2300按照正常使用极限状态（裂缝）计算配筋面积（mm2）43541300（最小配筋率）3470可以看到，对工况一按照正常使用极限状态验算，配筋会比工况三的配筋增加约25%。相应的造价也会增加很多。2.问题的讨论与解决《建筑结构可靠度统一标准》（GB50068－2001）第3.0.3条是这样表述的：“建筑结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分以下三种设计状况：（1）持久状况。在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级；（2）短暂状况。在结构施工和使用过程中出现频率较大，而与设计年限相比，持续期很短的状况。如施工和维修等；（3）偶然状况。在结构使用过程中出现频率很小，且持续期很短的状况，如火灾、爆炸、撞击等。对于不同的设计状况，可采用相应的结构体系、可靠度水准和基本变量等。”显然，对水池进行闭水试验应属于上述第二种状况即短暂状况，对于这种状况是否进行正常使用极限状态验算，按照《建筑结构可靠度统一标准》中3.0.4条第三款表述，“对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。”但参照新发布的《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS5137:2002）第5.1.3条表述，“各类沉井结构构件的使用阶段均应按正常使用极限状态验算…”；以及旧规范《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69－84）第2.3.10条的说法，“钢筋混凝土构筑物和管道结构的构件，当在使用阶段组合荷载作用下为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时，应验算其裂缝宽度”。沉井与满水试验均为施工阶段，属于短暂状况，要求应该较之使用阶段要低。参照沉井规范和旧规范，笔者认为，水池试水这种工况，可以仅按承载能力极限状态进行验算而不需进行正常使用极限状态验算。但是对于具有特殊重要意义的水池则要具体研究确定。3.结论水池是给水排水工程中最常见的构筑物，各种大型水池土建部分的造价经常会占到总投资的50％以上。因此对于水池的结构计算必须做到科学合理。而要做到结构计算的科学合理，各种工况要计算内容的选取必须科学合理。由于裂缝的开展是一个缓慢的发展过程，而水池闭水试验的持续时间一般并不是很长，对其进行正常使用极限状态验算似乎有不妥之处，因此笔者认为对于一般的水池结构在试水阶段可以类似于沉井结构的沉井过程，可不进行裂缝宽度的正常使用极限状态验算，但对于重要的或有特殊要求的水池则要视具体情况研究确定。由于笔者自身理论水平有限，因此，对以上提法有不妥之处，希望得到同行的指正。