水池的抗浮设计

水池的抗浮设计

摘要: 在给排水构筑物的设计中，水池的结构计算固然重要，水池的抗浮设计同

样重要，直接影响水池的结构布置方案，影响整个水池的造价。故针对水池抗浮

使用的地下水位选择及各种抗浮措施在其适用条件及经济性、可行性上进行分析。关键词: 地下水位，抗浮措施。

1 概述

净水厂、污水厂等水处理构筑物多为地下结构或半地下结构。当这些构筑物的地下水水

位较高，或者距离江、河、湖、海较近，水池抗浮就是设计中经常遇到的问题。当水池内无

水的工况为抗浮设计最不利的工况，如果浮力大于水池抗浮力，水池就会漂浮起来，拉断给

水及排水等管道接口，造成安全事故。因此合理的确定地下水位，合理的确定抗浮措施，是

水池抗浮设计的关键。抗浮措施主要分为”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，设计人员应在设计中仔细分析、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。

2 合理确定地下水位

水池设计中抗浮设计与地下水位的确定有直接的关系，地下水位是水池抗浮设计的前提，地下水对于水池是一种荷载，直接影响水池的结构。在水池无法满足靠自身重量抗浮时，附

加抗浮措施，也直接影响水池的壁厚、配筋，故合理确定地下水位至关重要。由于地下水位

未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故时有发生。根据现行国家设计规范，地

下水位应根据地方水文资料，考虑可能出现的最高地下水位。一般设计均取用水文资料的最

高地下水位。在50年设计基准期内，一般水工构筑物地下水可变作用的取用按“工程结构可

靠度设计统一标准”原则确定，不考虑罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地质

勘察报告所提供的地下水位未能从地方水文资料分析得出，而仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当地枯水期进行，所提供的地下水位标高将无法被设计取用，或导致结构计

算的失误。所以设计人员应详细了解当地的水文情况，对未满足设计要求的地质勘察报告予

以补充。要求考虑当地有无暴雨、台风的影响，是否会出现由于地表水不能及时排除而引起

地下水位提高。当构筑物距离江、河、湖、海距离较近时，应考虑江、河、湖、海的水位达

到最高时对本构筑物的影响。由于水池的标高多为管道标高控制，调整空间不大，故当抗浮

水位很高时，应合理确定抗浮措施。

3.合理确定抗浮措施

《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS138：2002 5.2.4条内容为：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。验算时作用均取标准值，抵抗力

只计算不包括池内盛水的永久作用和水池侧壁上的摩擦力，抗浮抗力系数不应小于1.05。水

池内设有支撑结构时，还须验算支撑区域内局部抗浮。

此条表示为

1.05Ｆｗｋ≤∑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--抗拔构件提供的抗拔承载力标准值；

由于池内无水时为抗浮设计的不利工况，故抵抗力只计算不包括池内盛水的永久作用。

水池侧壁的摩擦力大小与回填土土质，施工措施和质量等有关，故不宜控制，宜作为抗浮储备。故不计水池侧壁上的摩擦力。

由抗浮计算公式可知，抗浮的两个思路为增加重量及增加抗拔措施，即主要分为”压”和“拉”两大类，“压”法主要有加大自重抗浮、顶部压重、池底设置配重抗浮；“拉”法是水池构

件与可靠地基之间通过抗拔桩或锚杆来抗浮。这些方法各有特点，有不同适应条件，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为池壁外挑墙址上压重；

G4为池顶压重；

G5为池底配重；

N1为池底抗浮桩或锚杆的抗拔力。

3.1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厚度或增加底板厚度来实现，这样会增加混凝土用量。

当设计水池截面较小，配筋率相对较大时，此做法最为经济适用，既降低了池壁配筋率，又

增加了安全性，使设计更加合理，且增加的造价不大，可以接受。若原水池截面较大，配筋

率较小或接近最小配筋率时，使用此方法会造成造价增大很多，因为池壁及底板的厚度增大，还需要满足最小配筋率的要求，势必造成混凝土用量及钢筋用量大幅度增加。此方法不会造

成水池底板的应力增加，也不会造成降水的费用增加，是比较简单的处理方法。

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%，永久荷载的影响系数取0.95。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：

0.2G1×25×0.95×1.05/(25×0.95-10)=0.35G1

可见此时池体需加重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。

3.2压重抗浮

压重抗浮是通过在池内配重、池顶压重或池底外挑墙趾上压重来抗浮。

池内配重一般需将池体加深，在池内填筑素混凝土或浆砌块石等其它材料（增加G2)来

达到抗浮的目的。此法增加了基坑深度和池壁高度，会增加施工降水量、土方量及混凝土量，但由于配重直接作用于水池底板，故一般不会增加池底所受的不均匀荷载反力，对底板的内

力计算影响较小，总体来说钢筋量增加不大。

池底外挑墙趾上压重是将底板做成外挑形式，在外挑墙趾上填筑毛石等自重较大的材料

或利用回填土自重（增加G3)来抗浮。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（周长与面积之比相对较大）的水池抗浮，对于平面尺寸较大的水池效果不明显，对需考虑局部抗浮的水池也无较大

提升。此法由于增加了外挑墙趾的压重，增加了底板的端部应力，对底板设计有一定影响，

对施工降水及土方量的也有一定的增加量，对于平面面积较小的水池，经济性较好。

池顶压重是指在水池顶部增加覆土或压重（增加G4)来抗浮，常用于埋地式水池或半埋

地的水池。采用此法，对于埋地式水池，可考虑美观，在覆土上种植绿化。如果规划不能使

池顶凸出自然地面或半地下水池顶部不可以加高时，则需要将水池标高下落，基坑加深，施

工降水量增加，池顶、池壁、底板的荷载均增加，势必增加结构的截面及配筋。当可以凸出

地面或半地上式顶部可以加高时，只需增加压重即可，此时顶板的荷载增加，也会增加整个

结构的截面及配筋。

3.3 池底设置配重抗浮

池底设置配重池是指在水池基础底板以下设配重混凝土抗浮（增加G5），通过底板与配

重混凝土的可靠连接来满足抗浮要求。此法原理与压重抗浮基本一致，但不增加池壁高度，

只增加基坑深度，受力与原结构变化不大，有不错的经济性。但施工要求高，其配重材料一

般应采用标号不小于C15的混凝土，需要保证底板与配重混凝土的可靠连接，具体做法可在

底板与配重混凝土间设置拉结短钢筋，实现其共同工作。

3.4 打抗拔桩抗浮或打锚杆抗浮

抗拔桩抗浮或打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