论文部分内容阅读
摘要：在市政，给排水和燃气工程建设中，一般都会有大量的埋地式水池构筑物，在建设地下水位较高地区的埋地式水池时，抗浮措施是设计中必须解决的一个重要问题，其中水池抗浮包含有整体抗浮和局部抗浮两类，整体抗浮设计只需通过在池体外压实填土配重解决，相对的，局部抗浮设计就会比较难以满足。本文主要通过设计中的公式计算来解决在实际工程中水池局部抗浮设计常见问题的改善措施。
关键词：局部抗浮；配重；不透水层；变形协调
中图分类号：TL353+.2 文献标识码：A 文章编号：
引言
水池一般由底板和壁板组成，有些水池设有顶板。当平面尺寸较大时，为了减少顶板的跨度，可在水池中设中间支柱。设计要求：在水压及其他荷载的作用下，池体的各部分应有足够的强度、刚度和耐久性；贮存水的渗透量应在允许的范围内；水池的材料应能防腐和抗冻，对水质无影响。结构计算：水池所受的荷载除自重外，还有水压力、土压力和下述各种荷载。在地震区，地震时可能引起自重惯性力、动水压力及动土压力；在寒冷地区，如无防寒措施，有可能产生冰压力。此外，水池内外的温湿度差及季节温湿度差，也在水池中产生温湿度应力。
二、水池局部抗浮设计中的处理措施
规范规定．设计中间立柱或隔墙等支撑构件的水池．局部区格或局部单元的抗浮设计应满足下式要求：Gn/(Yw X Hd×An)≥Km．且计算抗浮力时不应计入池内贮水重，上部设备重、池内物料重及池壁与土之间的摩擦力等。水池局部抗浮简图如下：
从局部抗浮设计计算公式可以看出，解决局部区格单元抗浮措施主要有兩种途径。一是增大Gn值，即增加局部区格单元的有效自重：二是减小Hn值．即减小地下水位。具体措施如下：
1、增加池体自重．如增大顶板．底板构件的厚度。
该项措施适用于水池埋深浅、上浮力较小或者池体白重与水浮力相差不多的情况。工程实例统计表明，当池体自重与水浮力相差<15％时，可通过增加池体自重解决局部抗浮。否则．顶板或底板厚度增加会增强温度作用对构件的不利影响导致混凝土量和用钢量增加．增大工程投资。
2、池顶上部回填覆土，底板上部增设毛石混凝土配重层或底板下部增设素混凝土配重。
增加局部区格单元配重是解决局部抗浮的一个有效措施．但也存在一定的弊端。池顶上部覆土会导致顶板荷载增加，底板上部增设毛石混凝土会导致壁板计算高度增大．底板下部增设毛石混凝土需要在底板和素混凝土之间设置拉结锚筋。为解决池壁高度因增设毛石混凝土配重增大的问题，一般在毛石混凝土配重层顶面按构造要求设置刚性地坪作为池壁受力计算的水平向约束。增加池顶配重常用于埋地式或半埋地式水池．如自来水厂的清水池、吸水池和一些埋地式生活污水处理池．污水集水池等。采用此法可充分利用池顶覆土作为绿化区、活动场地和停车场等。增加池底配重常用于竖井等结构中．利用封底混凝土重量来平衡上浮力。一般情况下增加池底配重相对于增加池顶配重更为经济，但若池内配重可在工程所在地区就地取材．则工程造价可能比基底配重更低。
3、局部区格范围内设抗拔桩或抗拔锚杆．利用摩擦力抵抗上浮力。
抗拔桩和抗拔锚杆对池体的受力情况相似．都是通过桩或者锚杆与土体的摩擦力来平衡水浮力。桩一般采用预制桩或现场灌注桩。为增加状体摩擦力，桩径越小则同体积状体的表面积越大．摩擦力越大。另外采用小直径桩密布方案对于水池底板受力更加均匀。
抗拔锚杆分为土层锚杆和岩层锚杆。当池底落在基岩上时．由于锚杆直接插入基岩灌浆．岩石锚杆抗拔力较大．因此该类工程较多采用岩石锚杆抗浮。土层锚杆的抗拔力依赖于锚杆与锚固体之间的粘结强度．受土层影响因素较多．对设计和施工的要求也较高．该类工程较多采用抗拔桩来平衡水浮力。
4、采用加固地基的方法将池底下一定深度范围内的土层加固成超压密难透水层或者不透水层．以减小或者消除水浮力。
渗透系数小于0．001米，昼夜的土层．称为不透水层。渗透系数大于0．001米，昼夜且小于1m，昼夜的图层称为弱透水层。该措施是利用灌浆法或者高压旋喷注浆技术等地基处理方法将水泥类硬化剂注入到土层当中使其形成水泥土体．达到不(弱)透水层的要求。池体垫层与不透水层之间缝隙通过垫层中埋设注浆管注入硬化剂加以封堵防止水渗漏。其原理为水池置于隔水层土当中，若隔水层在水池使用期间可始终保持非饱和状态，且下层承压水不可能冲破隔水层．则水池底板不受上层滞水浮力作用；若加固土层为弱透水层．则水池底板应考虑水浮力作用．考虑到水渗流作用的影响，水浮力应予以折减。
5、结合工程实际情况．充分利用池内贮水重抗浮。
该措施需要结合使用单位的具体使用情况．征得使用单位认可。在水池使用过程中不得出现空池工况．检修时应选择低水位或者枯水季节进行。如某污水处理站的沉淀池即使不运行常年都是满水工况．只有检修期间而且地下水位高的时候局部抗浮才不满足．水池2～3年检修一次。设计时可以利用这个工程特点巧妙避开水池抗浮问题。丰水季节检修时在水池周边设置降水井结合反滤层、盲沟等措施，采取人工降水．将地下水位降至安全水位．检修完毕后再停止降水，或者将检修日期安排在枯水季节。这样解决局部抗浮节省的工程费用足够水池使用年限内的降水费用。释放水浮力：根据工程实际情况．池底下铺设反滤层作为静水压力释放层．配合盲沟、渗流管等透水系统．将地下水导入到专用集水井中排出，从而释放部分水浮力。主要用于池底位于不(弱)透水且土质较坚硬的土层。该措施配合水压检测系统、排
水系统实施．一般在技术可行、安全可靠，节约投资的条件下选用。静水压力释放主要系统构造如图2所示：
6、在整体抗浮满足局部抗浮不满足时．可采用增大结构构件刚度的措施。
三．结语
解决水池局部抗浮的措施较多．汇总起来如下表所示：
水池局部抗浮措施
增大Gn(增大自重或配重) ①增大底板或顶板厚度
②池顶增设覆土
③底析上部或下部增设毛石混凝土
④设抗拔桩或抗拔锚杆
减小Hn（降低抗浮设计水位） ①结合工程实际情况充分利用池内贮水重量，水池检修或者使用过程中不能出现空池现象或者超过安全水位。
②采用加固地基的方法，将池底下一定深度范围内土层加固层超压实难透水层或者不透水层，以减小或消除水浮力。
③根据工程实际情况，池底下铺设反滤层，配合盲沟或者渗流管，用以降排地下水位。
增大结构刚度 ①整体抗浮满足而局部抗浮不满足时，可采用增大结构构件刚度的措施。
具体工程设计时须结合工程实际情况．进行多方案比选．选用安全可靠、经济合理的技术措施。
参考文献：
[l]《给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002）》
[2]《全国民用建筑工程设计技术措施2009》．
[3]《地基处理手册》(第三版)．
关键词：局部抗浮；配重；不透水层；变形协调
中图分类号：TL353+.2 文献标识码：A 文章编号：
引言
水池一般由底板和壁板组成，有些水池设有顶板。当平面尺寸较大时，为了减少顶板的跨度，可在水池中设中间支柱。设计要求：在水压及其他荷载的作用下，池体的各部分应有足够的强度、刚度和耐久性；贮存水的渗透量应在允许的范围内；水池的材料应能防腐和抗冻，对水质无影响。结构计算：水池所受的荷载除自重外，还有水压力、土压力和下述各种荷载。在地震区，地震时可能引起自重惯性力、动水压力及动土压力；在寒冷地区，如无防寒措施，有可能产生冰压力。此外，水池内外的温湿度差及季节温湿度差，也在水池中产生温湿度应力。
二、水池局部抗浮设计中的处理措施
规范规定．设计中间立柱或隔墙等支撑构件的水池．局部区格或局部单元的抗浮设计应满足下式要求：Gn/(Yw X Hd×An)≥Km．且计算抗浮力时不应计入池内贮水重，上部设备重、池内物料重及池壁与土之间的摩擦力等。水池局部抗浮简图如下：
从局部抗浮设计计算公式可以看出，解决局部区格单元抗浮措施主要有兩种途径。一是增大Gn值，即增加局部区格单元的有效自重：二是减小Hn值．即减小地下水位。具体措施如下：
1、增加池体自重．如增大顶板．底板构件的厚度。
该项措施适用于水池埋深浅、上浮力较小或者池体白重与水浮力相差不多的情况。工程实例统计表明，当池体自重与水浮力相差<15％时，可通过增加池体自重解决局部抗浮。否则．顶板或底板厚度增加会增强温度作用对构件的不利影响导致混凝土量和用钢量增加．增大工程投资。
2、池顶上部回填覆土，底板上部增设毛石混凝土配重层或底板下部增设素混凝土配重。
增加局部区格单元配重是解决局部抗浮的一个有效措施．但也存在一定的弊端。池顶上部覆土会导致顶板荷载增加，底板上部增设毛石混凝土会导致壁板计算高度增大．底板下部增设毛石混凝土需要在底板和素混凝土之间设置拉结锚筋。为解决池壁高度因增设毛石混凝土配重增大的问题，一般在毛石混凝土配重层顶面按构造要求设置刚性地坪作为池壁受力计算的水平向约束。增加池顶配重常用于埋地式或半埋地式水池．如自来水厂的清水池、吸水池和一些埋地式生活污水处理池．污水集水池等。采用此法可充分利用池顶覆土作为绿化区、活动场地和停车场等。增加池底配重常用于竖井等结构中．利用封底混凝土重量来平衡上浮力。一般情况下增加池底配重相对于增加池顶配重更为经济，但若池内配重可在工程所在地区就地取材．则工程造价可能比基底配重更低。
3、局部区格范围内设抗拔桩或抗拔锚杆．利用摩擦力抵抗上浮力。
抗拔桩和抗拔锚杆对池体的受力情况相似．都是通过桩或者锚杆与土体的摩擦力来平衡水浮力。桩一般采用预制桩或现场灌注桩。为增加状体摩擦力，桩径越小则同体积状体的表面积越大．摩擦力越大。另外采用小直径桩密布方案对于水池底板受力更加均匀。
抗拔锚杆分为土层锚杆和岩层锚杆。当池底落在基岩上时．由于锚杆直接插入基岩灌浆．岩石锚杆抗拔力较大．因此该类工程较多采用岩石锚杆抗浮。土层锚杆的抗拔力依赖于锚杆与锚固体之间的粘结强度．受土层影响因素较多．对设计和施工的要求也较高．该类工程较多采用抗拔桩来平衡水浮力。
4、采用加固地基的方法将池底下一定深度范围内的土层加固成超压密难透水层或者不透水层．以减小或者消除水浮力。
渗透系数小于0．001米，昼夜的土层．称为不透水层。渗透系数大于0．001米，昼夜且小于1m，昼夜的图层称为弱透水层。该措施是利用灌浆法或者高压旋喷注浆技术等地基处理方法将水泥类硬化剂注入到土层当中使其形成水泥土体．达到不(弱)透水层的要求。池体垫层与不透水层之间缝隙通过垫层中埋设注浆管注入硬化剂加以封堵防止水渗漏。其原理为水池置于隔水层土当中，若隔水层在水池使用期间可始终保持非饱和状态，且下层承压水不可能冲破隔水层．则水池底板不受上层滞水浮力作用；若加固土层为弱透水层．则水池底板应考虑水浮力作用．考虑到水渗流作用的影响，水浮力应予以折减。
5、结合工程实际情况．充分利用池内贮水重抗浮。
该措施需要结合使用单位的具体使用情况．征得使用单位认可。在水池使用过程中不得出现空池工况．检修时应选择低水位或者枯水季节进行。如某污水处理站的沉淀池即使不运行常年都是满水工况．只有检修期间而且地下水位高的时候局部抗浮才不满足．水池2～3年检修一次。设计时可以利用这个工程特点巧妙避开水池抗浮问题。丰水季节检修时在水池周边设置降水井结合反滤层、盲沟等措施，采取人工降水．将地下水位降至安全水位．检修完毕后再停止降水，或者将检修日期安排在枯水季节。这样解决局部抗浮节省的工程费用足够水池使用年限内的降水费用。释放水浮力：根据工程实际情况．池底下铺设反滤层作为静水压力释放层．配合盲沟、渗流管等透水系统．将地下水导入到专用集水井中排出，从而释放部分水浮力。主要用于池底位于不(弱)透水且土质较坚硬的土层。该措施配合水压检测系统、排
水系统实施．一般在技术可行、安全可靠，节约投资的条件下选用。静水压力释放主要系统构造如图2所示：
6、在整体抗浮满足局部抗浮不满足时．可采用增大结构构件刚度的措施。
三．结语
解决水池局部抗浮的措施较多．汇总起来如下表所示：
水池局部抗浮措施
增大Gn(增大自重或配重) ①增大底板或顶板厚度
②池顶增设覆土
③底析上部或下部增设毛石混凝土
④设抗拔桩或抗拔锚杆
减小Hn（降低抗浮设计水位） ①结合工程实际情况充分利用池内贮水重量，水池检修或者使用过程中不能出现空池现象或者超过安全水位。
②采用加固地基的方法，将池底下一定深度范围内土层加固层超压实难透水层或者不透水层，以减小或消除水浮力。
③根据工程实际情况，池底下铺设反滤层，配合盲沟或者渗流管，用以降排地下水位。
增大结构刚度 ①整体抗浮满足而局部抗浮不满足时，可采用增大结构构件刚度的措施。
具体工程设计时须结合工程实际情况．进行多方案比选．选用安全可靠、经济合理的技术措施。
参考文献：
[l]《给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002）》
[2]《全国民用建筑工程设计技术措施2009》．
[3]《地基处理手册》(第三版)．