摘要：地下水池在施工期間的抗浮是困擾技術人員的一個難題，筆者首先介紹了水池抗浮方案的比較分析，結合實際工程，詳細介紹了水池的抗浮設計及計算，同時，對設計方案進行了優化比選，可供相關技術人員參考。
　　關鍵詞：地下水池、抗浮、設計
　　
　　
　　1引文
　　在市政、環境、水利和工業項目建設工程中，有大量的埋地式水池構筑物。當構筑物建設在地下水位較高地區時，埋地式水池構筑物的抗浮措施是設計中必須解決的重要問題之一。因建設場地的不同，或是結構體型的不同，埋地式水池構筑物的抗浮設計方案可有不同的選擇。選用的抗浮設計方案合理與否，對結構受力和工程造價會產生較大的影響。
　　本文基于抗浮穩定性的設計驗算要求，介紹目前在抗浮設計中常用的自重抗浮、壓重抗浮、基
　　底配重抗浮、打抗拔樁抗浮或打錨桿抗浮等方法的施工技術與適用條件，以及對結構設計的影響。在此基礎上，結合工程實例對抗浮設計方案的合理選擇作進一步的討論。
　　2抗浮設計方案的分析與比較
　　水池抗浮設計時，其整體抗浮穩定性驗算公式為:
　　G≥1.05F
　　式中，G為水池內不盛水時水池自重等永久作用荷載，當構筑物為沉井等側壁與土體緊密接觸的結構，可計人側壁上的摩擦力；F為地下水浮力。圖1為考慮水池整體抗浮時的抗浮力示意圖。圖中，G1為池體自重；G2為池內壓重；G3為池頂壓重；G4為池壁外挑墻址上壓重；G5為池底板下部配重；N1為池底抗浮樁或錨桿的抗拔力。
　　對設置有中問支柱的封閉式水池，除驗算整體抗浮穩定性外還需驗算局部抗浮。驗算時，局部抗浮力按圖2考慮。圖中，各抗浮力均為每一支承單元內的值。
　　                            
　　
　　                圖1整體抗浮時的水池抗浮力                                                                          圖2局部抗浮時的水池抗浮力
　　
　　2.1自重抗浮
　　自重抗浮即通過提高池體結構自重G1來達到抗浮的目的。此法一般適用于水池自重與地下水浮力相差不大的情況。
　　自重的增加一般通過加大水池池壁或底板來實現，這樣做雖然會增加混凝土用量，但由于結構厚度的增加，可以降低池壁與底板的配筋率，減小鋼筋用量，所以適當地增加結構構件的截面，對造價的增加幅度并不很大。同時，構件截面的加大，相應也提高了水池結構的剛度。
　　采用自重抗浮對于原設計水池截面配筋率相對較大的水池最為經濟適用。但若原水池截面配筋率不大，增大截面后，有可能使結構構件為滿足最小配筋率而增加鋼筋用量，池體造價會因此上升，這時宜考慮采用其他的抗浮措施。
　　2.2壓重抗浮
　　壓重抗浮是通過在池內、池頂或池底外挑墻趾上壓重來抗浮。
　　池內壓重即增加G2抗浮，一般需將池體落深，在池內填筑壓重混凝土或漿砌塊石等其他材料來達到抗浮的目的。此法增加了池壁高度和基坑深度，但一般不會增加池底所受的不均勻地基反力，故對底板的內力影響較小。
　　池頂壓重即增加G3，常用于埋地式或半埋地式水池，如自來水廠的清水池、吸水井和一些污水處理構筑物等。采用此法，可充分利用池頂覆土種植綠化或作為活動場地，但池頂壓重會大大增加池頂板和底板的荷載，使頂、底板的結構厚度和配筋都相應增加。
　　外挑墻趾上壓重即增加G4，這樣做不需增加基坑深度，但一般均需將底板外挑較大范圍，以增加基坑面積，并且可能對相鄰的建筑物、構筑物或管線等造成一定的影響，另外會增加池底所受的不均勻地基反力，使池底板的內力增大。此法可直接利用外挑墻趾上的回填土或填筑毛石等自重
　　較大的材料抗浮。若直接利用回填土，考慮到回填土的不均勻性及填挖的不確定性，一般應乘0.8~0.9的折減系數。此法常用于一般中小型水池的抗浮，但不宜用在平面尺寸較大的水池，對需考慮局部抗浮的水池也不適用。
　　2.3池底配重抗浮
　　池底配重抗浮即增加G5，是在水池底板以下設配重混凝土，通過底板與配重混凝土的可靠連接來滿足抗浮要求。其典型例子就是在沉井結構設計中，如果井體的自重不足以滿足抗浮要求，可在底板與封底混凝土問設置拉結短筋，利用封底混凝土的自重抗浮。此法用于一般水池時，其受力情況近似池內壓重抗浮，不需增加池壁高度，但要保證底板與配重混凝土的可靠連接，并且其配重材料一般應采用強度等級不小于C15的混凝土。基底配重抗浮一般比池內壓重抗浮更為經濟，但若池內壓重可在工程所在地就地取用塊石等，則池內壓重抗浮的造價可能比基底配重抗浮更低。
　　2.4打抗拔樁抗浮或打錨桿抗浮
　　打抗拔樁抗浮與打土層錨桿抗浮的方法相似，分別是通過樁或錨桿的抗拔力N1來抗浮，即利用樁或錨桿對池體的錨固力來抗浮。此類方法對大體積埋地水池的抗浮相當有效，不僅能滿足池體的整體抗浮，還能通過樁或錨桿的合理布置，很好地解決大型水池的局部抗浮問題。
　　抗拔樁的抗拔力設計按樁體與土的摩擦力和樁身抗拉承載力的較小值取用，一般情況下由樁體與土的摩擦力控制。樁徑越小，同體積樁體的表面積越大，則摩擦力也越大。另外，由于大部分水池為平板基礎，若單樁抗拔力過大，對底板的集中荷載作用明顯，此時為承受此抗拔力而必須采取的底板的局部加強或改變底板的結構形式，會使造價進一步增加。所以，抗拔樁一般宜選用樁徑較小、單樁抗拔力相應較小的樁進行密布。抗拔樁的樁長宜盡量控制在單節樁的長度范圍內，這樣可以減少接樁費用以及避免由于接樁不牢固造成的抗拔力損失。由于樁端承載力對抗拔力無幫助，所以抗拔樁一般無需打入硬土層。
　　3工程設計實例
　　以廣東省佛山市某污水處理廠工程中二沉池設計為例，選擇幾種不同的抗浮方案進行比較。
　　本工程地質土層情況：1層，粉質黏土層，=160kPa，厚1.2m；2層，黏土混姜石層，=180kPa，厚2m；3層，黏土層，=200kPa，=28kPa，厚度大于10m；地下水抗浮設計水位為場地設計地面下1.3m。
　　二沉池為內徑42m圓形錐底水池，水池底面埋深3.4～4.5m，地上部分高1.6m。池體自重G=27508kN；浮力F=39285kN。
　　關于二沉池的抗浮設計，以下就分別采用壓重抗浮、打抗拔樁抗浮和打土層錨桿抗浮的方案進行作分析比較。
　　(1)壓重抗浮。采用池內壓重與池周外挑墻址上壓重結合的方式。將原錐形池底做成平底后在池內填筑毛石混凝土形成錐底，另外在底板外挑墻址上填土分層壓實。
　　經計算，此法需增加的工程量如下：
　　池壁增加鋼筋混凝土重=1096kN；
　　池內填筑毛石混凝土重G2=25386kN：
　　池壁外挑墻址上土重G4=2436×0.8=1949kN；
　　總浮力F=53048kN；
　　總抗浮力ΣG=G1++G2+G4=55939kN；
　　抗浮穩定性驗算ΣG／F’=55939／53048=1.054>1.05，滿足。
　　(2)打抗拔樁抗浮。采用D400預應力混凝土管樁，壁厚95mm，樁長10m。單樁抗拔力設計值N=200kN。
　　共需樁數=(1.05F—G)=(39285×1.05一27508)=69根；經布樁后取72根。
　　總抗浮力為ΣG：G1+72N1=41908kN；
　　抗浮穩定性驗算ΣG／F=41908／39285=1.07>1.05，滿足。
　　(3)打土層錨桿抗浮。采用錨桿長8m，直徑150，錨固體為M30水泥砂漿，桿體采用125螺紋鋼筋。
　　錨桿抗拔力設計值N1=πd／1.3=(28×π×0.15×8)／1.3=81kN：
　　共需錨桿數=(1.05F—G)/81
　　=(39285×1.05—27508)/81=170根；
　　總抗浮力ΣG=G1+170N=41278kN；抗浮穩定性驗算ΣG／F=41278／39285=1.051>1.05，滿足。
　　本池由于平面尺寸及浮力較大，自重較輕，其自重與地下水浮力相差30%，所以采用壓重抗浮將使造價大大增加，明顯不經濟。采用打抗拔樁或土層錨桿抗浮較為合適，其中尤以土層錨桿更為經濟，但土層錨桿對施工隊伍的要求較高。本工程考慮到土層錨桿抗浮在當地尚缺乏經驗，所以未予采用；另外，考慮到若單獨為本池的抗浮采用打抗拔樁，則樁基施工將對整個工程的管理和工期有所影響。最后，經工藝調整后將水池整體抬高0.5m后采用壓重抗浮。
　　4結論
　　(1)抗浮設計的驗算要求看似簡單，但抗浮設計方案可有不同選擇。常用的抗浮設計措施在方法上各有特點。抗浮設計方案選用的合理與否，對結構受力和工程造價會產生較大的影響。
　　(2)抗浮設計方案的選擇必需考慮工程所在地的具體情況，做到就地取材，因地制宜，并盡量符合當地的施工力量現狀和習慣做法，以便在確保質量的前提下做到既經濟又合理。另外，為了達到經濟、可靠、易操作的目的，抗浮設計方案也可選擇由幾種不同的措施組合而成。
　　(3)為使抗浮設計更為合理、經濟，設計抗浮方案時應注意根據工程的具體情況，基于對各種
　　方案的分析比較，綜合考慮后判斷選擇。
　　
　　參考文獻：
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