摘要：在清水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗浮設(shè)計(jì)往往成為制約結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要影響因素之一。本文簡(jiǎn)要介紹了清水池幾種不同的抗浮設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合工程實(shí)例予以詳細(xì)計(jì)算。

　　關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)師職稱論文,期刊發(fā)表,清水池,抗浮設(shè)計(jì),抗浮錨桿

　　1、概述

　　清水池為儲(chǔ)存水廠中凈化后的清水，以調(diào)節(jié)水廠制水量與供水量之間的差額，并為滿足加氯接觸時(shí)間而設(shè)置的水池。同時(shí)，清水池還具有高峰供水低峰儲(chǔ)水的功能。

　　因?yàn)榍逅�池的�?chǔ)水作用，所以一般清水池的容積和面積較大，因此清水池抗浮設(shè)計(jì)往往成為制約結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要影響因素之一。GB50069-2002《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.2.3條指出：抗浮驗(yàn)算屬于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算的強(qiáng)制性條文。因此本文簡(jiǎn)要闡述清水池的抗浮方法及其相關(guān)的抗浮計(jì)算。

　　2、清水池的抗浮方法

　　清水池的抗浮設(shè)計(jì)主要有抗和放兩個(gè)方向。所謂抗，就是利用配重，錨固等方法進(jìn)行硬抗;所謂放，就是用降水等方法，降低水位從而減少水的浮力。常用的抗浮方法有配重抗浮、錨固抗浮、降水抗浮等。

　　2.1配重抗浮

　　配重抗浮就是給水池附加其它重量以用于抗浮，一般有4種方法。

　　1)在底板上部設(shè)低等級(jí)混凝土壓重;

　　2)加厚底板;

　　3)在底板下配重;

　　4)在頂板上部覆土壓重。

　　配重抗浮的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，當(dāng)構(gòu)筑物自重與浮力相差不大的時(shí)候應(yīng)盡量采用配重抗浮，這樣對(duì)工程造價(jià)影響較少，投產(chǎn)后也沒有管理成本。

　　2.1.1在底板上部設(shè)低等級(jí)混凝土配重

　　使用該方法，混凝土配重將加大水池的埋深，將導(dǎo)致增加挖方、排水及基坑支護(hù)的費(fèi)用，配重也增加了基底應(yīng)力，引起較大的地基變形，見圖1。

　　2.1.2加厚底板

　　加厚底板也增加池體的總體埋深，增加挖方、排水及基坑支護(hù)的費(fèi)用。雖然壁板的計(jì)算長度不會(huì)增加，但是很多情況下底板的受力較少，按構(gòu)造配筋即可。這時(shí)候增加底板的厚度按最小配筋率設(shè)置的構(gòu)造配筋將會(huì)增大，增加造價(jià)。

　　2.1.3在底板下配重

　　底板與掛重部分混凝土需要用鋼筋連接，施工比較麻煩，當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)鋼筋和混凝土具有腐蝕性時(shí)在底板掛混凝土的方法需謹(jǐn)慎使用，見圖2。

　　2.1.4在頂板上部覆土壓重

　　在頂板上部覆土壓重不會(huì)加厚底板，效率較高。但是覆土壓重會(huì)加大頂板的荷載，增加頂板配筋及板厚，所以覆土壓重的重量不宜過大，見圖3。

　　2.2錨固抗浮

　　2.2.1錨桿

　　錨桿是在底板與其下土層之間設(shè)置拉桿，當(dāng)?shù)装逑掠袌?jiān)硬土層且深度不大時(shí)，設(shè)置錨桿較為經(jīng)濟(jì)方便;但有機(jī)質(zhì)土、液限WL>50%和相對(duì)密度Dr<0.3的地層不得作為永久性錨桿的錨固地層。錨桿直徑一般取150mm~180mm。

　　2.2.2抗拔樁

　　抗拔樁是利用樁與土的摩擦力來抵抗浮力，可以采用灌注樁或預(yù)制樁。抗拔樁的設(shè)置可以與池體的基礎(chǔ)受力模式總體考慮。在淤泥層較厚的地區(qū)，可以采用樁基礎(chǔ)作為清水池的基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)同時(shí)起到抗拔樁的作用。

　　2.3降水抗浮

　　降水抗浮的思路是不硬抗浮力，而是通過降低地下水位從而減少浮力。具體的做法是在構(gòu)筑物的底板下設(shè)置反濾層，在構(gòu)筑物周邊設(shè)降水井，降水井與反濾層之間用盲溝相連。

　　降水抗浮的優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低，但也有其明顯的缺點(diǎn)：

　　1)可靠性差，反濾層很容易被堵塞，使水位難以下降到底板以下;

　　2)如果遇到非正常排空，將會(huì)發(fā)生構(gòu)筑物上浮，出現(xiàn)工程事故。

　　3、抗浮計(jì)算

　　3.1抗浮驗(yàn)算的安全系數(shù)

　　基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式要求：

　　Gk——建筑物自重及壓重之和(只計(jì)入永久作用且采用標(biāo)準(zhǔn)值)

　　Nw,k——浮力作用值(地下水對(duì)建筑物的浮托力標(biāo)準(zhǔn)值)

　　Kw——抗浮穩(wěn)定系數(shù)，一般情況下可取1.05

　　在進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算的同時(shí)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)自重較小的區(qū)域進(jìn)行局部驗(yàn)算;在地下水作用下，底板構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并應(yīng)進(jìn)行水浮力作用下的抗彎、抗剪和抗沖切承載力驗(yàn)算;當(dāng)抗浮力驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，應(yīng)采取抗浮措施。

　　3.2.抗浮錨桿的計(jì)算

　　3.2.1抗浮錨桿的軸向抗拔承載力

　　粘結(jié)型錨桿

　　qsia——第i土層的錨桿錨固段側(cè)阻力特征值

　　li ——第i土層的錨桿錨固段有效錨固長度

　　3.2.2抗拔錨桿體的橫截面面積As

　　式中 As——抗拔錨桿鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼絞線橫截面面積;

　　Ntd——荷載效應(yīng)基本組合下的錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值;

　　Rt ——錨桿豎向上拔力;

　　fy ——鋼筋或鋼絞線的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;

　　ξ2 ——錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久錨桿取0.69。

　　3.2.3錨桿鋼筋與砂漿體之間的錨固長度還應(yīng)滿足下式驗(yàn)算要求

　　式中 n——鋼筋或鋼絞線根數(shù);

　　D——單跟鋼筋或鋼絞線直徑;

　　fb——鋼筋或鋼絞線與錨固注漿體之間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

　　ξ3——鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取0.60，臨時(shí)性錨桿取0.92

　　3.3抗拔樁的計(jì)算

　　基樁抗拔承載力特征值可按下列公式計(jì)算

　　式中Rta——基樁抗拔承載力特征值;

　　Tuk——基樁抗拔極限承載力標(biāo)注值;

　　Gp——基樁自重，地下水位以下取浮重度，對(duì)于擴(kuò)底樁按表確定樁、土柱體周長，計(jì)算樁、土自重;

　　ui——破壞表面周長，對(duì)于等直徑樁取ui =πd;

　　qsik——樁側(cè)表面第i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)注值;λi——抗拔系數(shù)

　　4、工程實(shí)例

　　4.1工程概況

　　廣東省從化市某水廠清水池，平面尺寸48米×30米，池總高度6.38米，見圖4。其中地下部分4.1米，地上部分2.28米(包括1米覆土)。因該廠區(qū)靠近流溪河，根據(jù)地質(zhì)資料顯示，地下水位取室外標(biāo)高。結(jié)構(gòu)采用無粱樓蓋式，柱距4.2米×4.3米。

　　4.2抗浮驗(yàn)算

　　根據(jù)該工程場(chǎng)地地質(zhì)條件，清水池采用天然筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為粉質(zhì)粘土層。因地下水位高，采用在底板上部設(shè)低等級(jí)混凝土壓重、加厚底板、在底板下配重等形式，需要加大開挖深度，且浮容重部分才可用于抗浮。因此擬采用池頂覆土1米用于配重抗浮且用作綠化土壤，(見圖5)抗浮不足部分，采用錨桿抗浮。

　　4.2.1抗浮計(jì)算

　　本清水池為無梁樓蓋式底板，應(yīng)計(jì)算局部抗浮。經(jīng)計(jì)算，單根柱子區(qū)域池體自重+池頂1米覆土產(chǎn)生的總抗浮力為598.40kN。按池體的抗浮設(shè)計(jì)水位為地面±0.00計(jì)算，單根柱子分?jǐn)偟某伢w浮力為740.46kN。則局部抗浮系數(shù)為598.4/740.46=0.85<1.05，抗浮不滿足要求。

　　4.2.2錨桿設(shè)計(jì)

　　按每2.10m×2.15m范圍布置一條錨筋，則單根柱承重區(qū)域4.2m×4.3m范圍內(nèi)布置4條錨筋，取錨桿直徑D=150mm，長度10米，主要地層為可塑粉質(zhì)粘土層。

　　單條錨筋抗拔力：

　　錨桿鋼筋截面面積

　　取2Ф25，則 As=982mm 滿足要求。

　　錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度

　　取la=10000mm 滿足要求，按Nak=90KN計(jì)算。

　　4.2.3局部抗浮驗(yàn)算

　　則局部抗浮滿足要求。

　　5、結(jié)語

　　清水池的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合地基土層及構(gòu)筑物的埋深、平面尺寸等實(shí)際情況選擇使用，從而達(dá)到安全可靠，節(jié)省造價(jià)、管理維護(hù)方便的目的。本工程綜合運(yùn)用頂板上部壓重，錨桿等方式抗浮，節(jié)約了工程造價(jià)。項(xiàng)目現(xiàn)已建成投入使用，運(yùn)行效果良好。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 給水排水工程設(shè)計(jì)手冊(cè).第二版.中國建筑工業(yè)出版社

　　[2] GB50069-2002《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》

　　[3] GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

　　[4] GB50330-2002《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》

　　[5] 《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ))》2009