浅析水池建筑构造抗浮策划

浅析水池建筑构造抗浮策划

论文栏目:建筑结构理论论文

作者：葛英华 单位：中煤科工集团武汉设计研究院
降排节水法适用于池体水位达到警戒水位时能够实行降排的场地，这个方法运用得好，将会大大降低抗浮造价，尤其对于地下水池的W与F相差较大的情况。笔者就曾经在污水处理厂的二沉池抗浮设计过程中采用了这个方法，该二沉池是一个半径为15.0m的圆形水池，池壁高度为4.5m，埋深为3.5m，抗浮水位为地表以下0.5m，经过计算，池体自重W=13843.9kN，池体所受的水浮力为F浮=24879kN，抗浮抗力系数Kf仅为0.556，显然池体的自重无法满足抗浮的要求。到现场查看后，发现二沉池所处场地比较开阔，远离河流，当雨季或者发生洪水时，可以进行降排。所以决定采用设置导渗层法来解决抗浮问题。导渗层从底板地面往下的构造为300mm的碎石层、100mm的粗砂垫层（粗砂的干密度t≥1.6t/m3）、300g/m2的土工布。导渗层伸出池壁外1m，在池壁外设置一个观测井和抽水井。在安装阶段或者放空检修时，应从抽水井内抽水，并从观测井内观测，当地下水位降至安全水位以下时，方可进行。遇到雨季时，应从观测井内观测，当地下水位达到警戒水位时，应往池内装水，保持池内的水位在工艺设计水位。采用了这种方法大大降低了二沉池的造价。
如果地形限制无法采用降排节水法，并且抗浮抗力系数较小时，可以采用抗浮锚杆进行抗浮，抗浮锚杆是利用锚杆与砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力。目前抗浮锚杆的设计并无相应的规范条文，《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中的“岩石锚杆基础”部分、《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002中有关锚杆部分可以参考使用，不过这些都只用于估算，锚杆的抗拔承载力特征值应通过现场实验确定，有些锚杆的构造做法可以参考锚杆。抗浮锚杆设计过程中还应注意以下四个问题：（1）抗浮锚杆应作为永久性锚杆进行设计；（2）单根锚杆的抗拔承载力特征值的确定，Rt=Rk/K，其中Rt为单根锚杆极限抗拔承载力标准值应根据实验进行确定，K为安全系数，可以取2。另外，锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载，未考虑锚杆间距影响，特别是锚杆间距较为密集时的情况。当单根锚杆影响范围内的土体自重大于锚杆拉力时，可以不考虑锚杆间距影响；（3）锚杆锚固体与（岩）土层的锚固长度应取有效锚固长度。由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动，特别是采用爆破开挖的基坑，一般要加300~500mm；（4）抗浮锚杆的严重腐蚀现象主要发生在锚头和自由段。若锚杆不设自由段，且钢筋直接锚入底板内，可以不考虑钢筋被腐蚀。但底板下附近锚杆水泥砂浆可能灌注不饱满或底板施工时被破坏，底板地面处锚杆钢筋在长度范围为0.5~1.0m的，宜刷防锈漆。
桩基础也经常被用于地下水池的抗浮设计中，当池子的持力层土质很差（如为淤泥或淤泥质土），地基承载力无法满足要求，并且地下水位很高，池子的抗浮无法满足设计要求时，就可以考虑采用桩基。例如笔者曾经设计的一个污水处理池，池子大小为35.85m×12.70m，埋深为3.0m。抗浮水位与室外地坪平。地质情况为：①粘土，厚度为0.70~1.10m，地基承载力特征值fak=100kPa；②淤泥，厚度为10.30~14.80m，地基承载力特征值fak=45kPa；③淤泥质土，厚度为8.70~10.50m，地基承载力特征值fak=60kPa；④卵石，厚度为5.00~10.0m，地基承载力特征值fak=200kPa。污水处理池的底板正好落在淤泥层上。
随着国民经济的日益发展，地下构筑物的应用越来越广泛，抗浮问题日益突出，抗浮措施种类繁多，设计人员应根据地质水文情况及构筑物的自重情况选择合适的抗浮措施，从而满足安全经济的条件。