地下水池在施工期間的抗浮計算

1、地下水池在施工期間的抗浮計算 地下水池在施工期間的抗浮計算 摘要：地下水池在施工期間的抗浮是困擾技術(shù)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(jié)合實際工程，詳細介紹了水池的抗浮設(shè)計及計算，同時，對設(shè)計方案進行了優(yōu)化比選，可供相關(guān)技術(shù)人員參考。關(guān)鍵詞：地下水池、抗浮、設(shè)計 1引文在市政、環(huán)境、水利和工業(yè)項目建設(shè)工程中，有大量的埋地式水池構(gòu)筑物。當構(gòu)筑物建設(shè)在地下水位較高地區(qū)時，埋地式水池構(gòu)筑物的抗浮措施是設(shè)計中必須解決的重要問題之一。因建設(shè)場地的不同，或是結(jié)構(gòu)體型的不同，埋地式水池構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計方案可有不同的選擇。選用的抗浮設(shè)計方案合理與否，對結(jié)構(gòu)受力和工程造價會產(chǎn)生較大的影響。底

2、配重抗浮、打抗拔樁抗浮或打錨桿抗浮等方法的施工技術(shù)與適用條件，以及對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實例對抗浮設(shè)計方案的合理選擇作進一步的討論。2抗浮設(shè)計方案的分析與比較水池抗浮設(shè)計時，其整體抗浮穩(wěn)定性驗算公式為:g1.05f式中，g為水池內(nèi)不盛水時水池自重等永久作用荷載，當構(gòu)筑物為沉井等側(cè)壁與土體緊密接觸的結(jié)構(gòu)，可計人側(cè)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(nèi)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(shè)置有中問支柱的封閉式水池，除驗算整體抗浮穩(wěn)定性外還需驗算局部抗

3、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 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(jié)構(gòu)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(xiàn)，這樣做雖然會增加混凝土用量，但由于結(jié)構(gòu)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?shù)卦黾咏Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面，對造價的增加幅度并不很大。同時，構(gòu)件截面的加大，相應(yīng)也提高了水池結(jié)構(gòu)的剛度。 采用自重抗浮對于原設(shè)計水池截面配筋率相對較大的水池最為經(jīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件為滿足最小配筋率而增加鋼筋

4、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(nèi)、池頂或池底外挑墻趾上壓重來抗浮。池內(nèi)壓重即增加g2抗浮，一般需將池體落深，在池內(nèi)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(nèi)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(gòu)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(jié)構(gòu)厚度和配筋都相應(yīng)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

5、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(gòu)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(nèi)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(yīng)乘0.80.9的折減系數(shù)。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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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

6、凝土問設(shè)置拉結(jié)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(nèi)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(yīng)采用強度等級不小于c15的混凝土?；着渲乜垢∫话惚瘸貎?nèi)壓重抗浮更為經(jīng)濟，但若池內(nèi)壓重可在工程所在地就地取用塊石等，則池內(nèi)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

7、。 抗拔樁的抗拔力設(shè)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(chǔ)，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(jié)構(gòu)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(yīng)較小的樁進行密布?？拱螛兜臉堕L宜盡量控制在單節(jié)樁的長度范圍內(nèi)，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(shè)計實例以廣東省佛山市某污水處理廠工程中二沉池設(shè)計

8、為例，選擇幾種不同的抗浮方案進行比較。本工程地質(zhì)土層情況：1層，粉質(zhì)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(shè)計水位為場地設(shè)計地面下1.3m。二沉池為內(nèi)徑42m圓形錐底水池，水池底面埋深3.44.5m，地上部分高1.6m。池體自重g=27508kn；浮力f=39285kn。關(guān)于二沉池的抗浮設(shè)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(nèi)壓重與池周外挑墻址上壓重結(jié)合的方式。將原錐形池底做成平底后在池內(nèi)填筑毛石混凝土形成錐底，另外在底

9、板外挑墻址上填土分層壓實。經(jīng)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(nèi)填筑毛石混凝土重g2=25386kn：池壁外挑墻址上土重g4=24360.8=1949kn；總浮力f=53048kn；總抗浮力g=g1+g2+g4=55939kn； 抗浮穩(wěn)定性驗算gf=5593953048=1.054>1.05，滿足。(2)打抗拔樁抗浮。采用d400預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，壁厚95mm，樁長10m。單樁抗拔力設(shè)計值n=200kn。共需樁數(shù)=(1.05fg)=(392851.05一27508)=69根；經(jīng)布樁后取72根。總抗浮力為g：g1+72n1=41908kn；抗浮穩(wěn)定性驗算g

10、f=4190839285=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(shè)計值n1=d1.3=(280.158)1.3=81kn：共需錨桿數(shù)=(1.05fg)/81=(392851.0527508)/81=170根；總抗浮力g=g1+170n=41278kn；抗浮穩(wěn)定性驗算gf=4127839285=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(jīng)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

11、經(jīng)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?shù)厣腥狈?jīng)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(jīng)工藝調(diào)整后將水池整體抬高0.5m后采用壓重抗浮。4結(jié)論(1)抗浮設(shè)計的驗算要求看似簡單，但抗浮設(shè)計方案可有不同選擇。常用的抗浮設(shè)計措施在方法上各有特點?？垢≡O(shè)計方案選用的合理與否，對結(jié)構(gòu)受力和工程造價會產(chǎn)生較大的影響。(2)抗浮設(shè)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?shù)氐氖┕ちα楷F(xiàn)狀和習慣做法，以便在確保質(zhì)量的前提下做到既經(jīng)濟又合理。另外，為了達到經(jīng)濟、可靠、易操作的目的，抗浮設(shè)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(shè)計更