水池抗浮力计算及解决方法.docx

大型排水构筑物的抗浮设计张健 摘要：大型排水构筑物一般均有较深的埋深，当地下水位较高时，抗浮设计往往是很突出的 问题，能否合理地解决这个问题，对工程的安全稳定性及土建造价有很大的影响 关键词：大型排水构筑物 抗浮设计 配重抗浮 锚固抗浮 降水抗浮 观察井抗浮 目前，在抗浮设计上，主要采用抗与放的方法所谓抗，即是配重抗浮、锚固抗浮；所谓放， 即是降水抗浮和设观察井抗浮具体采用哪一种方法，尚应根据工程的具体情况而定，同时 还应着重考虑对工程造价的影响下面就各种抗浮方式进行探讨并做经济分析比较一、抗浮方式的探讨：（一）配重抗浮：小型水池一般不需要配重抗浮，因其池壁相距较近, 再加上底板向外突出部分上部的土重和 壁板与土的摩擦力，抗浮安全系数很容易满足规范要求砼的缺点之一是自重大，但事物均有两面性，抗浮时自重越大越有利配重抗浮一般有三种 方法，一是在底板上部设低等级砼压重；二是设较厚的钢筋砼底板；三是在底板下部设低等 级砼挂重一、二种方法的优点是简单可靠，当构筑物的自身重度与浮力相差不大时，应尽 量采用配重抗浮，对工程造价的影响小,投产后亦没有管理成本但构筑物的自身重度与浮 力相差较大时,本方法将会增加工程量使土建造价提高，原因是配重部分要扣除浮力，导致 配重部分的厚度增大；较大的埋深也将增加挖方量和排水费用，同时也会增大基底压力，引 起较大的地基变形。

如采用底板上设低等级砼压重的方法，将会使壁板的计算长度H加大， 而壁板根部的弯矩值与H是平方关系，这样会使壁板根部的弯矩值增长较快，弯矩值较大时， 板厚和配筋也会相应增大；如采用较厚的钢筋砼底板的方法，其工程量与设低等级砼压重相 差不多，壁板的弯矩值虽小，但底板的钢筋用量会有些许增加；如采用底板下设砼挂重的方 法，壁板的弯矩值小，底板的钢筋用量也不会增加，但底板和挂重部分砼须用钢筋连接，施 工比较麻烦，当地下水对钢筋和砼具有侵蚀性时，设砼挂重的方法须谨慎二）锚固抗浮：锚固抗浮一般有两种方法：1、锚杆：锚杆是在底板和其下土层之间的拉杆，当底板下有坚硬土层且深度不大时，设锚 杆不失为一种即简便又经济的方法；近年来，在饱和软粘土地基中，也有采用土锚技术的， 也有采用短锚加扩大头技术的锚杆的直径一般为150~180mm锚杆抗浮有三个问题需要注意，一是受力问题，当构筑物内无水时，锚杆处于受拉状态，当构筑物满水时，锚杆又处于 受压状态，锚杆的底端类似于桩端，锚杆在反复拉压状态下的工作性能有待进一步的实验研 究；二是施工问题，锚杆的施工需有专门的机械，施工前要进行试验，同时，较细的锚杆在 施工时有一定的难度，如何控制钢筋偏移，如何使灌浆饱满、如何避免断杆等都是施工难题， 尤其是锚杆较长时，不如配重抗浮来得简便。

三是适用性，当地下水对钢筋有侵蚀性时, 细 锚杆的耐久性问题不易解决,这将在一定程度上限制其适用性2、抗拔桩: 抗拔桩利用桩侧摩阻力和自身重度来抵抗浮力，桩型可采用灌注桩或预制桩， 桩径一般为400mm，也可采用方桩，桩距和桩长应通过计算确定，桩距不宜过大，否则会增 加底板厚度，桩端最好能伸入相对较硬的土层抗拔桩也有拉压受力问题，但其施工较简单， 耐久性亦比锚杆容易得到保证三） 降水抗浮： 这是抗浮设计的另一条思路，即不硬抗，而采用放的方法具体做法是在构筑物底板下设反 滤层，在构筑物周围设降水井，降水井和反滤层间用盲沟相连，当构筑物因检修设备而需要 放空时，可在降水井内抽水使地下水位降至底板下，从而保证构筑物的稳定降水抗浮的关 键问题是反滤层的设计，当土的颗粒较细时，应采取可靠措施防止土粒随地下水的涨落而进 入反滤层，引起反滤层堵塞而失去作用降水抗浮的优点是工程造价低，因采取了抗浮措施， 构筑物的设计可按无地下水时考虑当地下水位很高且地基土较软时，采取降水抗浮措施可 大大降低工程造价但降水抗浮也有其缺点，第一是可靠性，虽然构筑物在设计使用年限内 放空检修的时间很短，但每年也有一二次，如反滤层被堵塞，则水位很难降至底板以下；第 二，如果遇到非正常排空，将会发生构筑物上浮事故。

当然，在排水工程中，可采取适当的 措施，在非正常排空时使地下水自动进入构筑物内，提高构筑物的可靠度四） 观察井抗浮： 和降水抗浮相似，只是不设反滤层，利用地下水的涨落安排构筑物放空检修的时间方法也 很简单，在构筑物周围设若干观察井，井内标示可放空检修的临界水位线，如在一个时期内 地下水位低于临界水位，则可放空检修应该讲，在地下水位涨落差较大的地区采用本方法，是所有抗浮方法中土建工程造价最低的其缺点是检修时间不灵活，且有一定的管理成本， 非正常排空亦有可能发生上浮事故二、经济分析比较：例：某排水工程终沉池，内径40m,池净高5m,地下水位距池底板顶抗浮方法分别为：1.配重抗浮（设较厚的钢筋砼底板）；2.抗拔桩抗浮；3.降水抗浮；4.设观察井抗浮其工程量 分别为：1. 配重抗浮：素砼垫层 C15： 134m3； 145X134=19430钢筋砼底板 C30： 2904 m3； 460X2904=1335840预应力砼池壁 C40: 190m3 ;899X190+40000=2108102. 抗拔桩抗浮：直径 400mm 沉管灌注桩，长 12m： 150 根；548XX150=123892素砼垫层 C15： 134ma； 145X134=19430钢筋砼底板 C30： 594 ma;460X594=273240预应力砼池壁 C40: 190ma ;899X190+40000=2108103. 降水抗浮：素砼垫层 C15： 134ma； 145X134=19430钢筋砼底板 C30： 413 ma;501 X413=206913预应力砼池壁 C40: 190ma ;899X190+40000=210810反滤层：726 m3;X726=43197降水井：4 座；1521 X4=60844. 设观察井抗浮：素砼垫层 C15： 134ma； 145X134=19430钢筋砼底板 C30： 413 ma;558X413=230454预应力砼池壁 C40: 190ma ;899X190+40000=210810观察井：3 座；1521 X3=4563其土建工程造价（直接费）分别为：1.配重抗浮： 1566080元 2.抗拔桩抗浮：627372元3. 降水抗浮： 486434元4. 设观察井抗浮：465257元 ——依据2010年全国市政工程定额。

土方工程量为相对量需要说明的是,本例的结果并无倾向性,抗浮方案的确定是一个复杂的问题, 工程造价是重 要因素但不是决定性因素三、结束语：大型排水构筑物的抗浮设计是个重点，它是保证在检修工况下水池安全稳定的重要因素抗 浮设计应依据现场的地质情况，水池的埋深，抗浮设计水位高程，工程造价等因素综合确定， 选择一个合理、安全、经济的抗浮处理措施参考文献(1)罗井国•钢筋混凝土水池设计的几个问题 J).黑龙江冶金，2003, (3)作者简介：张健(1981-)，男，湖北武汉人，泛华建设集团湖北设计分公司工程师，研究方 向：水工结构。