淺議水泥工廠水池抗浮設(shè)計(jì)

鄒 沁

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司， 安徽 合肥 230051）

0 引言

水泥工廠的水池，從使用功能上，有用于水處理池、貯水池和生產(chǎn)用循環(huán)水池三類(lèi)水池。從水池建造標(biāo)高與地面標(biāo)高關(guān)系，水池又可分為地下式、半地下式及地上式。對(duì)于地下式和半地下式水池，同時(shí)抗浮水位較高的水池，要特別注意抗浮設(shè)計(jì)。

1 抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50007-2011第5.4.3條和《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50069-2002第5.2條均規(guī)定，水池必須進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，包括施工階段和使用階段抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。在建筑物施工階段，應(yīng)根據(jù)施工期間的抗浮設(shè)防水位和抗力荷載進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，必要時(shí)采取可靠的降、排水措施滿(mǎn)足抗浮穩(wěn)定要求。在建筑物使用階段，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期抗浮設(shè)防水位進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。

2 整體抗浮驗(yàn)算和局部抗浮驗(yàn)算

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，特別是上部結(jié)構(gòu)缺層或大范圍樓板缺失開(kāi)洞部位。在地下水作用下，基礎(chǔ)底板構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并應(yīng)進(jìn)行浮力作用下的抗彎、抗剪和抗沖切承載力驗(yàn)算。當(dāng)抗浮驗(yàn)算不滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)采取抗浮措施。

3 抗浮設(shè)防水位確定

施工期間和使用期間的抗浮設(shè)防水位主要由勘察單位提供，其中施工期間的抗浮設(shè)防水位應(yīng)考慮鄰近工程建設(shè)對(duì)場(chǎng)地地下水補(bǔ)給、排泄的影響，并結(jié)合工程的抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)，選用抗浮勘察時(shí)實(shí)測(cè)的場(chǎng)地最高水位、預(yù)測(cè)的雨期地下水位升高、近3年～5年的最高水位中的最不利水位。

使用期間的抗浮設(shè)防水位根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限、抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)、與設(shè)計(jì)使用年限相同時(shí)限的歷史最高水位和抗浮工程勘察抗浮設(shè)防水位建議值；城市建成區(qū)具有地下水長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料并進(jìn)行抗浮設(shè)防水位區(qū)劃的地區(qū)，選擇具有一定預(yù)測(cè)成果在內(nèi)的抗浮設(shè)防水位區(qū)劃值。

4 水池浮力的計(jì)算

水池底板所承受的浮力包括穩(wěn)定水頭產(chǎn)生的靜水壓力、動(dòng)水坡降產(chǎn)生的水壓力和扣減上覆不透水層土體重力后的承壓水壓力。水池底板所承受的浮力荷載應(yīng)為根據(jù)抗浮設(shè)防水位與基底標(biāo)高高差、基礎(chǔ)埋深及其下一定深度范圍地層透水性、基底以下地下水的承壓性等計(jì)算的最不利組合。

5 抗浮荷載計(jì)算

水池使用期抗浮荷載包括水池及其上部結(jié)構(gòu)的自重荷載、水池頂板上永久性覆土及設(shè)備自重荷載，由于水池頂板的可變荷載對(duì)抗浮驗(yàn)算有利，不應(yīng)考慮；水池池壁與其側(cè)面巖土體之間的側(cè)摩阻力與回填密實(shí)度、材料類(lèi)型等多種因素有關(guān)，不便把握，建議作為安全儲(chǔ)備，不應(yīng)計(jì)入抗浮荷載中。

施工期抗浮荷載則不應(yīng)包括水池頂板覆土荷載和施工荷載。水池內(nèi)填筑材料、室外上覆材料的重度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算和部位的不同，分別采用天然重度、飽和重度或浮重度。

6 水池抗浮預(yù)防措施

地下結(jié)構(gòu)抗浮措施宜按預(yù)防、減壓和結(jié)構(gòu)抗浮的順序進(jìn)行比較選擇。水池抗浮預(yù)防措施應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、水位變化及危害程度等采用截排、隔離、減壓或聯(lián)合措施，并宜符合下列規(guī)定。對(duì)上層滯水和潛水，采用設(shè)置截排水溝、泄水溝、滲水井、排水盲溝等措施；對(duì)承壓水，可采用隔水帷幕或減壓井等措施；施工期采取降排、地表封閉措施。

7 抗浮措施

常見(jiàn)的抗浮措施包括增加配重法、抗浮樁、錨桿抗浮法和釋放水浮力法。其中釋放水浮力法由可分為排水減壓法、隔水減壓法和泄水降壓法。

增加配重法包括增加抗浮底板厚度及其上部壓重、增設(shè)地下結(jié)構(gòu)外側(cè)邊挑出底板寬度及其上部覆土和增設(shè)地下結(jié)構(gòu)頂部壓重等，適用于結(jié)構(gòu)自重荷載與浮力荷載相差較小的抗浮工程。

抗浮樁應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)條件、環(huán)境條件、抗浮工程設(shè)計(jì)要求和耐久性要求選用灌注樁或預(yù)制樁。灌注樁可采用等截面灌注樁、擴(kuò)底灌注樁和后注漿灌注樁等；預(yù)制樁宜選用混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土樁。錨桿抗浮方案及選型應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告及工程條件與要求，對(duì)錨桿的工程安全性和施工可行性作出評(píng)估和判斷，并結(jié)合地下水浮力大小、結(jié)構(gòu)受力及變形要求等綜合確定。

排水減壓法適用于具有地下自行排水條件、允許設(shè)置永久性降排水設(shè)施且能自動(dòng)控制降排系統(tǒng)的抗浮工程，并可與隔水減壓法聯(lián)合使用。

排水減壓法宜根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)和環(huán)境條件和設(shè)計(jì)計(jì)算選擇排水減壓措施，并建立匯集、排出等完整的排水系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。有自行排水減壓條件的工程應(yīng)采用盲溝（管）、排泄溝等自流排水減壓措施；無(wú)自行排水條件且防水要求較高的工程可采用盲溝（管）、集水井等機(jī)械抽排水減壓措施。

隔水減壓法適合于水頭差不高、弱透水地層等易于設(shè)置隔水帷幕以及設(shè)置有隔水帷幕及具有隔水功能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的工程抗浮，并可與排水減壓法聯(lián)合使用。

泄水降壓法適用于弱透水地基土可在基礎(chǔ)底板下方設(shè)置可使壓力水通過(guò)透水或?qū)到y(tǒng)匯集到集水系統(tǒng)排出的抗浮工程，可與排水與隔水降壓法聯(lián)合使用。

8 總結(jié)

對(duì)于地下式和半地下式水池，同時(shí)抗浮水位較高的水池，要特別注意包括整體抗浮設(shè)計(jì)和局部抗浮設(shè)計(jì)。如抗浮不滿(mǎn)足，首選是水池抗浮預(yù)防措施，其次可采取抗浮措施。其中抗浮措施，可根據(jù)水文條件、場(chǎng)地地質(zhì)情況、抗浮不滿(mǎn)足產(chǎn)生的危害程度、工期和工程經(jīng)濟(jì)性，從常見(jiàn)的抗浮措施包括增加配重法、抗浮樁、錨桿抗浮法和釋放水浮力法中優(yōu)選，確定應(yīng)該采用的抗浮措施。