水池抗浮设计方法论文

水池抗浮设计的方法心得

摘要:对目前在水池抗浮设计中常用的各种方案进行分析，并针对各种抗浮措施在其适用条件及经济性、可行性上进行比较。

关键词:自重抗浮压重抗浮抗拔桩（锚杆）抗浮

1 概述

近年来，本人从事市政和企业配套项目中的污水处理领域土建结构设计，特别是一些水池结构设计工作，其多为地下结构，面积、深度随水池功能不同变化较大且市政项目地理位置多为江、河、湖海附近，地下水位较高，故水池抗浮是设计中经常遇到的问题。如果浮力大于水池不利工况下的自重水池就会漂浮起来，造安全成事故。所以设计人员应重视抗浮设计工作，应采取可靠措施防止其浮起。措施主要分为”压”和“拉”两大类，“压”法主要有加大自重抗浮、顶部压重抗浮、基底配重抗浮；“拉”法是水池构件与可靠地基之间通过抗拔桩或锚杆的拽来抗浮。这些方法各有特点，有不同适应条件，设计不当常常增加施工难度、增大土建成本，设计人员应在初步设计中仔细分析多方比较，根据土质、环境的不同，结合地域经验和施工单位技术情况选用不同的抗浮措施。

下图为水池考虑抗浮时的抗浮力示意图：

其中：g1为池体自重；

g2为池内压重；

g3为池顶压重；

g4为池壁外挑墙址上压重；

g5为池底板下部配重；

n1为池底抗浮桩或锚杆的抗拔力。

根据阿基米德定律浮力f=ρgv排,水头的高度应根据地下土层含水情况的不同区别对待。应该注意的是勘探时无地下水并不能保证设计用期的地下水情况，地勘资料应明确地下水文情况，预计抗浮水位的标高，做到设计有依有据，确保安全。

2 抗浮设计方案的分析与比较

水池的抗浮一般应做整体和局部验算见（图一）、（图二），行业标准cecs138-2002《给水排水钢筋混凝土结构设计规程》中5.2.4条当水池承受地下水（含上层滞水）浮力时，应进行抗浮稳定验算。验算时均取标准值，抗力只计算不包括池内盛水的永久荷载标准值和水池侧壁上的摩擦力，抗浮系数不应小于1.05。水池内有支撑结构时还必须验算支撑区域的局部抗浮。北京《北京地区建筑地基基础勘察设计标准》dbj11-501-2009也明确抗浮设计需满足：fwk<γg∑gki： --------- 2.1

ｆｗｋ＜tk= ∑nwki+γg∑gki＞

式中：fwk--地下水浮力标准值=ρgv；

gki--建筑物自重及压重标准值；

γg--永久荷载的影响系数，取0.9～1.0；

ｎkｉ--抗拔承载力提供的抗拔承载力标准值；

笔者认为考虑水池侧壁的摩擦力大小与回填土质，施工措施和质量等有关故不宜控制，宜作为抗浮储备。应按公式2.1计算抗浮，

γg取0.9～0.95。

此时各抗浮力均为每一支承单元内的值，计算公式与2.1相同。

2．1 自重抗浮

自重抗浮即通过提高池体结构自重g1来达到抗浮的目的。此种方法一般适用于水池自重与地下水浮力相差不大的情况下。

增加自重一般通过增加水池池壁或加厚底板来实现，这样会增加混凝土用量，但也会增加土方的挖方量，增加的等同于底板厚度的挖深对水池类深基坑的支护代价和如施工期间有地下水其影响

也不可忽视。采用自重抗浮对于原设计水池截面配筋率相对较大的水池配筋可能降低，但若原水池截面配筋率不大，增大截面后有可能使结构构件为满足最小配筋率而增加钢筋用量，这样池体造价会大幅上升，就宜考虑采用其它抗浮措施。

根据工程实践，在自重与地下水浮力相差在10%以内的情况下，通过增加结构自重抗浮具有较好的经济性。若自重与地下水浮力相差达20%，考虑到抗浮系数γg取0.95及由于结构尺寸加大新增的浮力，结构自重需增加的量可简化为：

需平衡的水浮力≤0.2g1×25/(25-10)×1/0.95=0.35g1

说明此时池体需加重35%以上才能满足抗浮，此时应考虑结合其它措施抗浮，以达到经济合理的效果。

增加自重也可采用钢渣砼等材料增加重量，可避免增大构件尺寸引起土方、基坑支护费用增加。

2．2 压重抗浮

压重抗浮是通过在池内、池顶或池底外挑墙趾上压重来抗浮。

池内压重即增加前图g2抗浮，一般需将池体加深，在池内填筑压重混凝土或浆砌块石等其它材料来达到抗浮的目的。此法增加了基坑深度和池壁高度，加大基础压力值，对地基承载力应复核。但一般不会增加池底所受的不均匀荷载反力，对底板的内力影响较小。但同自重抗浮一样增加基坑的支护和基坑降水费用。

池顶压重则增加g3，常用于埋地式水池或半埋地的水池，如水厂的清水池、吸水井和一些埋地式污水处理构筑物等等。采用此法，可充分利用池顶覆土种植绿化或作为活动场地。但池顶压重会大大增加池顶板和底板的荷载，使顶底板的结构厚度和配筋都相应增加。

在外挑墙趾上压重增加了g4，它不增加基坑深度，但一般均需将底板外挑较大范围，利用外挑墙趾上的回填土自重或填筑毛石等自重较大的材料抗浮，若直接利用回填土，考虑到回填土的不均匀性及填挖的不确定性，一般应乘0.8～0.9的折减系数。因为增加基坑面积，从而加大土方工程量。如场地条件狭窄可能对邻近建构筑物或管线等的布置造成一定的影响，另外会增加池底所受的不均匀荷载反力，使池底板的内力增大。它常用于一般中小型的水池抗浮，但不宜用在平面尺寸较大的水池，对需考虑局部抗浮的水池也不适用。

2．3 打抗拔桩抗浮或打锚杆抗浮

拔桩抗浮或打土层锚杆抗浮对池体的受力情况相似，它们是通

过桩或锚杆的抗拔力n1来抗浮。此类方法对大体积埋地水池的抗浮相当有效，它不仅能满足池体的整体抗浮，还能通过合理布桩或锚杆，很好地解决大形水池的局部抗浮问题。

拔桩或打土层锚杆是利用桩或锚杆的锚固力来抗浮，抗拔桩的抗拔力由桩体与土的摩擦力和桩身抗拉强度中取小值，一般情况下由桩体与土的摩擦力控制。桩宜为圆桩，径宜小（300mm～400mm），桩径越小则同体积桩体的表面积越大，摩擦力也越大。另外，由于大部分水池为平板基础，若单桩抗拔力过大，对底板的集中荷载作用明显，必须进行局部加强或改变底板结构形式才能承受抗拔力，这样使造价进一步増加。所以，抗拔桩一般宜选用桩径较小，单桩抗拔力相应较小的桩进行密布。由于桩端承载力对抗拔力无帮助，所以一般无需打入硬土层。

灌注桩对不同土质的适应性和与周土摩擦力的可靠性较预制桩强，应优先选用。对桩承载力要求较高时宜采用桩侧后注浆、扩底灌注桩，当裂缝控制等级较高时，可采用预应力桩。对单桩和群桩均应进行承载力验算。

锚杆抗浮分为岩石锚杆和土层锚杆二种。岩石锚杆适用于基础直接座落于基岩上的情况，由于锚杆直接插入基岩灌浆，岩石锚杆的抗拔力较大。在一般土层中则为土层锚杆，影响土层锚杆抗拔力的因素比较多，对设计和施工的要求也比较高。岩石锚杆和土层锚杆设计适用的规范为“gb50330-2002”和“gb50007-2002”中有关内容。采用锚杆技术造价相对较低，同时锚杆的布置密度相比抗拔