抗拔桩设计

抗拔桩设计

水池抗浮设计方案的分析与比较

毕雅明

（同济大学建筑设计研究院环境工程设计分院，上海200092）

提要对目前在水池抗浮设计中常用的各种方案进行了较为深入的分析，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。有利于在工程设计中采用更为经济、合理的抗浮方案。

关键词水池抗浮，抗浮设计，抗浮措施

Analysis and comparison about Anti-floating

on concrete water pool design

Abstract In-depth analysis about various

anti-floating design projects of commonly used on concrete water pool design, and measures against various anti-floating in its application conditions and the economy, feasibility. Be benefit to chose a more economical and reasonable anti-floating program in design works.

Keywords anti-floating of water pool, anti-floating design, Anti-floating measures

1 概述

在市政、环境、水利和工业项目建设中，有大量的埋地式水池构筑物。对于建设在地下水位较高地区的埋地式水池，其抗浮措施是设计中必需解决的重要问题之一。

目前在抗浮设计中常用的方

法有自重抗浮、压重抗浮、基底

配重抗浮、打抗拔桩抗浮或打锚杆抗浮等多种。这些方法各有特点，针对不同的建设场地和不同结构体型的池子，选用不同的抗浮措施，会对结构受力和工程造价产生较大的影响。

2抗浮设计方案的分析与比较水池的抗浮计算公式为：

G/F≥1.05

式中：G为不含池内盛水的水池自重等永久作用荷载，当构筑物为沉井等侧壁与土体紧密接触的结构，可计入侧壁上的磨擦力；F为地下水浮力。

下图为水池考虑整体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。

在水池内设置支承结构时，水池还需验算局部抗浮，其抗浮力示意图如下：

此时各抗浮力均为每一支承单元

内的值。

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，但由于结构厚度的增加，可以减小池内配筋，降低配筋率，所以适当的增加结构厚度，其造价的增加幅度并不很大。同时，此方法加大了结构件的截面，提高了结构刚度，对池体结构本身进行了加强。

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最为经济适用，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，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15%，考虑到1.05的抗浮系数及由于结构尺寸加大新增的浮力，结构自重需增加的量一般可表达为：

0.15G1×25/(25-10)×1.05=0.2 63G1

可见此时池体需加重25%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。

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G2抗浮，一般需将池体落深，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，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。

池顶压重则增加G3，常用于埋地式水池或半埋地的水池，如自来水厂的清水池、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，增加基坑面积，并且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。此法可直接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。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池底配重抗浮

池底配重抗浮即增加G5，是在水池基础底板以下设配重混凝土，通过底板与配重混凝土的可靠连接来满足抗浮要求。其典型例子就是在沉井结构设计中，如果井体的自重不足以满足抗浮要求，可在底板与封底混凝土间设置拉结短筋，利用封底混凝土的自重抗浮。此法用于一般水池时，其受力情况近似池内压重抗浮，它不需增加池壁高度，但要保证底板与配重混凝土的可靠连接，并且其配重材料一般应采用标号不小于C15的混凝土。

基底配重抗浮一般比池内

压重抗浮更为经济，但若池内压重可在工程所在地就地取材采用块石等，则造价可能比基底配重更低。

2．4打抗拔桩抗浮或打锚杆抗浮打抗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。

打抗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。为增加桩体摩擦力，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。抗拔桩的桩长宜尽量控制在单节桩的长度范围内，这样可以减少接桩费用及避免由于接桩不牢固造成抗拔力损失。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。

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“ GB 50330-2002”和