雙膜法污水池抗浮實例分析

林曉偉 陳夢駿

(1.中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131； 2.天津中海油服化學有限公司，天津 300301)

污水池在正常使用情況下，水池中盛滿水，不存在抗浮問題。但在當地下水位較高或雨、汛期時，以下幾種情況需考慮污水池抗浮問題：1)施工過程中：地下水水位標高高于基坑標高，可以采取降水措施使地下水位降低，滿足抗浮要求；2)施工結束時：降水設備退出工作，池中無水，污水池所受浮力大于其本身自重；3)使用過程中：采用浸沒式膜處理方法時，當需要更換膜或膜離線清洗時，污水池需要抽干水進入待用狀態，此時池中無水，由于地下水位高，污水池所受浮力大于其本身自重，需要采取措施防止水池上浮。

1 工程概況

本工程位于天津市地區，地下水位較淺，地質勘察報告給出最高地下水位相對標高-1.2 m，雙膜法污水池埋深5 m，底板在最高地下水位以下，故設計階段需要驗算水池抗浮穩定性，不滿足時采取抗浮設計，施工階段需要采取人工降水等施工措施保證施工的順利進行，以下為具體分析過程。

2 設計階段抗浮設計分析

雙膜法污水池寬14 m，長20 m，20 m長向分成兩個10 m分格，帶頂蓋，5 m高。水池壁板采用400 mm厚，底板采用600 mm厚，頂板采用150 mm厚，示意圖如圖1所示。

未進行抗浮設計之前，驗算抗浮穩定性：

污水池自重：G=25×14×0.4×5×3+25×(20-0.4×3)×0.4×5×2+25×20×14×0.6+25×20×14×0.15=9 230 kN。

浮力：F=10×(5-0.3+0.6-1.2)×20×14=11 480 kN。

G=9 230 kN<1.05F=1.05×11 480=12 054 kN,抗浮穩定性不滿足。

因抗浮穩定性不滿足規范要求需進行抗浮設計。抗浮設計主要采用的方法有：增加配重、設置抗浮構件、設置抗浮錨桿和設置抗拔樁。抗拔樁和抗浮錨桿相對工程造價比較高，首選增加配重方法，以下為兩種增加配重方法比較。

1)方案一：底板增加200 mm厚，如圖2所示。

此時，污水池自重：G=9 230+25×20×14×0.2=10 630 kN。

浮力：F=11 480+10×0.2×20×14=12 040 kN。

G=10 630 kN<1.05F=1.05×12 040=12 642 kN,抗浮穩定性不滿足。

底板增加200 mm后仍無法滿足抗浮要求。

2)方案二：底板四周各增加懸挑板800 mm寬，厚度同底板，如圖3所示。

污水池自重：G=9 230+25×0.8×(14+0.8×2)×0.6×2+25×0.8×20×0.6×2+18×0.8×(14+0.8×2)×5×2+18×0.8×20×5×2=15 210.8 kN。

浮力：F=10×(5-0.3+0.6-1.2)×(20+0.8×2)×(14+0.8×2)=13 815.4 kN。

G=15 210.8 kN<1.05F=1.05×13 815.4=14 506.1 kN,抗浮穩定性滿足。

以上兩種方案比較：采用方案一增加的混凝土用量為：14×20×0.2=64 m3，采用方案二增加的混凝土用量為：0.8×(14+0.8×2)×0.6×2+0.8×20×0.6×2=34.2 m3。

方案一需要增加混凝土用量多，并且抗浮穩定性還不滿足，方案二需要增加混凝土用量少，并且抗浮穩定性滿足規范要求，達到了節省造價的目的，本工程選用方案二的抗浮設計方案。

3 施工階段降水措施選用

由于地下水位高于污水池基坑底面，污水池基坑施工前必須采取人工降水措施，本項目采用井點降水，井點降水在基坑四周埋設濾水管，用泵將水抽出。井點降水分為輕型井點、噴射井點和管井井點。噴射井點降水深度可達8 m～20 m，但是抽水系統復雜，能量損耗較大。管井井點適用于滲透系數較大的砂礫層和輕型井點降水效果不理想的場地。輕型井點施工簡便，經濟安全，降水深度可達6 m。本項目在天津地區，淤泥質土層，要求的降水深度取為基坑底面以下0.5 m為4 m，輕型井點配合電滲井點可以適用。當基坑寬度小于6 m時可以采用單排井點，本工程基坑寬度大于6 m，面積較大，采用環狀井點布置。

降水工程施工前，首先根據公式計算濾水管埋深。環狀井點水力坡度取為1/10，降水深度取為基坑底面以下0.5 m，以14 m方向計算，井點管距基坑中心距離取為8 m。通過計算本項目濾管埋置深度為：H=4.7+0.5+1/10×8=6 m。

依據埋置深度進行降水工程的施工：

1)選擇井點管和濾管。濾管選用φ48×3，2 m長鍍鋅管，一端用厚為4.0 mm的鋼板焊死，在距端點1.4 m長范圍內的管壁上鉆φ15 mm的小圓孔，孔距為25 mm，外包兩層編織布濾網，外部再包一層網眼較大的尼龍絲網，每隔50 mm用10號鉛絲綁扎一道，濾管另一端與井點管進行連接。井點管選用φ35×3鍍鋅管。用透明管的連接管，將井點管和總管連接起來，用鉛絲扎緊以防漏氣。總管選用φ50 mm×4鋼管，用法蘭盤加橡膠墊圈連接，防止漏氣、漏水。

2)井點安裝程序。井點放線定位→安裝高位水泵→鑿孔安裝埋設井點管→布置安裝總管→井點管與總管連接→安裝抽水設備→試抽與檢查→正式投入降水程序。井點降水過程中要做好降水監測，根據水位水量變化情況及時采取調整措施。采用流量表監測流量，監測頻率為每天一次，采用水位計監測地下水位，監測頻率為剛開始抽水時每5 h一次，第3天至達到預定標高前為每天2次，水位降至標高后每4 d一次。土方工程可在降水7 d后施工。土方開挖完畢后，應加緊組織水池底板及抗浮構件的施工，在施工期間應保持基坑的連續降水，防止地下水涌入基坑。

4 結語

在做雙膜法污水池工程項目時，抗浮設計和施工期間的抗浮措施是此類項目的很重要的環節。避免出現水池的自重小于其承受的浮力現象，避免污水池等地下構筑物浮起，造成工程事故。在此類工程項目中應考慮因地制宜，結合地基土層及水池構筑物的埋深、平面尺寸等實際情況，選擇合適的抗浮設計方案和合理的施工期間抗浮措施，使水池免于破壞，達到安全可靠、節省造價、管理維護方便的目的。