大型排水構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計(jì)

　　一、抗浮方式的探討

　　1. 配重抗浮：小型水池一般不需要配重抗浮，因其池壁相距

　　較近， 再加上底板向外突出部分上部的土重和壁板與土的摩擦力（規(guī)范未計(jì)入以策安全），抗浮安全系數(shù)很容易滿足規(guī)范要求。

　　砼的缺點(diǎn)之一是自重大，但事物均有兩面性，抗浮時(shí)自重越大越有利。配重抗浮一般有三種方法，一是在底板上部設(shè)低等級(jí)砼壓重；二是設(shè)較厚的鋼筋砼底板；三是在底板下部設(shè)低等級(jí)砼掛重。一、二種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，當(dāng)構(gòu)筑物的自身重度與浮力相差不大時(shí)，應(yīng)盡量采用配重抗浮，對(duì)工程造價(jià)的影響小，投產(chǎn)后亦沒有管理成本。但構(gòu)筑物的自身重度與浮力相差較大時(shí)，本方法將會(huì)增加工程量使土建造價(jià)提高，原因是配重部分要扣除浮力，導(dǎo)致配重部分的厚度增大；較大的埋深也將增加挖方量和排水費(fèi)用，同時(shí)也會(huì)增大基底壓力，引起較大的地基變形。如采用底板上設(shè)低等級(jí)砼壓重的方法，將會(huì)使壁板的計(jì)算長度H加大，而壁板根部的彎矩值與H是平方關(guān)系，這樣會(huì)使壁板根部的彎矩值增長較快，彎矩值較大時(shí)，板厚和配筋也會(huì)相應(yīng)增大；如采用較厚的鋼筋砼底板的方法，其工程量與設(shè)低等級(jí)砼壓重相差不多，壁板的彎矩值雖小，但底板的鋼筋用量會(huì)有些許增加；如采用底板下設(shè)砼掛重的方法，壁板的彎矩值小，底板的鋼筋用量也不會(huì)增加，但底板和掛重部分砼須用鋼筋連接，施工比較麻煩，當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)鋼筋和砼具有侵蝕性時(shí)，設(shè)砼掛重的方法須謹(jǐn)慎。

　　2.錨固抗浮：錨固抗浮一般有兩種方法：

　　a）錨桿：錨桿是在底板和其下土層之間的拉桿，當(dāng)?shù)装逑掠袌?jiān)硬土層且深度不大時(shí)，設(shè)錨桿不失為一種即簡便又經(jīng)濟(jì)的方法；近年來，在飽和軟粘土地基中，也有采用土錨技術(shù)的，也有采用短錨加擴(kuò)大頭技術(shù)的。錨桿的直徑一般為150～180mm.錨桿抗浮有三個(gè)問題需要注意，一是受力問題，當(dāng)構(gòu)筑物內(nèi)無水時(shí)，錨桿處于受拉狀態(tài)，當(dāng)構(gòu)筑物滿水時(shí)，錨桿又處于受壓狀態(tài)，錨桿的底端類似于樁端，錨桿在反復(fù)拉壓狀態(tài)下的工作性能有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究；二是施工問題，錨桿的施工需有專門的機(jī)械，施工前要進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)，較細(xì)的錨桿在施工時(shí)有一定的難度，如何控制鋼筋偏移，如何使灌漿飽滿、如何避免斷桿等都是施工難題，尤其是錨桿較長時(shí)，不如配重抗浮來得簡便。三是適用性，當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)鋼筋有侵蝕性時(shí)， 細(xì)錨桿的耐久性問題不易解決，這將在一定程度上限制其適用性。

　　b）抗拔樁： 抗拔樁利用樁側(cè)摩阻力和自身重度來抵抗浮力，樁型可采用灌注樁或預(yù)制樁，樁徑一般為400mm，也可采用方樁，樁距和樁長應(yīng)通過計(jì)算確定，樁距不宜過大，否則會(huì)增加底板厚度，樁端最好能伸入相對(duì)較硬的土層。抗拔樁也有拉壓受力問題，但其施工較簡單，耐久性亦比錨桿容易得到保證。

　　3.降水抗�。哼@是抗浮設(shè)計(jì)的另一條思路，即不硬抗，而采用放的方法。具體做法是在構(gòu)筑物底板下設(shè)反濾層，在構(gòu)筑物周圍設(shè)降水井，降水井和反濾層間用盲溝相連，當(dāng)構(gòu)筑物因檢修設(shè)備而需要放空時(shí)，可在降水井內(nèi)抽水使地下水位降至底板下，從而保證構(gòu)筑物的穩(wěn)定。降水抗浮的關(guān)鍵問題是反濾層的設(shè)計(jì)，當(dāng)土的顆粒較細(xì)時(shí)，應(yīng)采取可靠措施防止土粒隨地下水的漲落而進(jìn)入反濾層，引起反濾層堵塞而失去作用。降水抗浮的優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低，因采取了抗浮措施，構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)可按無地下水時(shí)考慮。當(dāng)?shù)叵滤�位很高且地基土較軟時(shí)，采取降水抗浮措施可大大降低工程造價(jià)。但降水抗浮也有其缺點(diǎn)，第一是可靠性，雖然構(gòu)筑物在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)放空檢修的時(shí)間很短，但每年也有一二次，如反濾層被堵塞，則水位很難降至底板以下；第二，如果遇到非正常排空，將會(huì)發(fā)生構(gòu)筑物上浮事故。當(dāng)然，在排水工程中，可采取適當(dāng)?shù)拇胧�，在非正常排空時(shí)使地下水自動(dòng)進(jìn)入構(gòu)筑物內(nèi)，提高構(gòu)筑物的可靠度。

　　4.觀察井抗浮

　　和降水抗浮相似，只是不設(shè)反濾層，利用地下水的漲落安排構(gòu)筑物放空檢修的時(shí)間。方法也很簡單，在構(gòu)筑物周圍設(shè)若干觀察井，井內(nèi)標(biāo)示可放空檢修的臨界水位線，如在一個(gè)時(shí)期內(nèi)地下水位低于臨界水位，則可放空檢修。應(yīng)該講，在地下水位漲落差較大的地區(qū)采用本方法，是所有抗浮方法中土建工程造價(jià)最低的。其缺點(diǎn)是檢修時(shí)間不靈活，且有一定的管理成本，非正常排空亦有可能發(fā)生上浮事故。

　　二、經(jīng)濟(jì)分析比較

　　例：某排水工程終沉池，內(nèi)徑40m，池凈高5m，地下水位距池底板頂3.0m.抗浮方法分別為：

　　1.配重抗�。ㄔO(shè)較厚的鋼筋砼底板）；2.抗拔樁抗��；3.降水抗浮；4.設(shè)觀察井抗浮。其工程量分別為：

　　1.配重抗�。�

　　挖土方：2508 m3；3.86×2508=9681元

　　素砼墊層C10：134m3；145×134=19430

　　鋼筋砼底板C25：2904 m3；460×2904=1335840

　　預(yù)應(yīng)力砼池壁C40：190m3；899×190+40000=210810

　　2.抗拔樁抗浮：

　　挖土方：200m3；3.86×200=772

　　直徑400mm沉管灌注樁，長12m：150根；548×1.51×150=123892

　　素砼墊層C10：134m3；145×134=19430

　　鋼筋砼底板C25：594m3；460×594=273240

　　預(yù)應(yīng)力砼池壁C40：190m3；899×190+40000=210810

　　3.降水抗�。�

　　挖土方：200m3；3.86×200=772

　　素砼墊層C10：134m3；145×134=19430

　　鋼筋砼底板C25：413m3；501×413=206913

　　預(yù)應(yīng)力砼池壁C40：190m3；899×190+40000=210810

　　反濾層：726m3；59.5×726=43197

　　降水井：4座；1521×4=6084

　　4.設(shè)觀察井抗�。�

　　素砼墊層C10：134m3；145×134=19430

　　鋼筋砼底板C25：413m3；558×413=230454

　　預(yù)應(yīng)力砼池壁C40：190m3；899×190+40000=210810

　　觀察井：3座；1521×3=4563

　　其土建工程造價(jià)（直接費(fèi)）分別為：

　　1.配重抗浮：1575761元

　　2.抗拔樁抗�。�628144元

　　3.降水抗�。�487206元

　　4.設(shè)觀察井抗浮：465257元

　　——依據(jù)1999年全國市政工程定額。土方工程量為相對(duì)量。

　　需要說明的是，本例的結(jié)果并無傾向性，抗浮方案的確定是一個(gè)復(fù)雜的問題，工程造價(jià)是重要因素但不是決定性因素。