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(shè)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?shù)叵滤惠^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(jié)束時：降水設(shè)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(tài)，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(qū)，地下水位較淺，地質(zhì)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(shè)計階段需要驗算水池抗浮穩(wěn)定性，不滿足時采取抗浮設(shè)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(shè)計階段抗浮設(shè)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(shè)計之前，驗算抗浮穩(wěn)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(wěn)定性不滿足。

因抗浮穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求需進行抗浮設(shè)計。抗浮設(shè)計主要采用的方法有：增加配重、設(shè)置抗浮構(gòu)件、設(shè)置抗浮錨桿和設(shè)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(wěn)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(wěn)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(wěn)定性還不滿足，方案二需要增加混凝土用量少，并且抗浮穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，達到了節(jié)省造價的目的，本工程選用方案二的抗浮設(shè)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(shè)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(tǒng)復(fù)雜，能量損耗較大。管井井點適用于滲透系數(shù)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(jīng)濟安全，降水深度可達6 m。本項目在天津地區(qū)，淤泥質(zhì)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(huán)狀井點布置。

降水工程施工前，首先根據(jù)公式計算濾水管埋深。環(huán)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(jù)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(nèi)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(wǎng)，外部再包一層網(wǎng)眼較大的尼龍絲網(wǎng)，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(shè)井點管→布置安裝總管→井點管與總管連接→安裝抽水設(shè)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(jiān)測，根據(jù)水位水量變化情況及時采取調(diào)整措施。采用流量表監(jiān)測流量，監(jiān)測頻率為每天一次，采用水位計監(jiān)測地下水位，監(jiān)測頻率為剛開始抽水時每5 h一次，第3天至達到預(yù)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(yīng)加緊組織水池底板及抗浮構(gòu)件的施工，在施工期間應(yīng)保持基坑的連續(xù)降水，防止地下水涌入基坑。

4 結(jié)語

在做雙膜法污水池工程項目時，抗浮設(shè)計和施工期間的抗浮措施是此類項目的很重要的環(huán)節(jié)。避免出現(xiàn)水池的自重小于其承受的浮力現(xiàn)象，避免污水池等地下構(gòu)筑物浮起，造成工程事故。在此類工程項目中應(yīng)考慮因地制宜，結(jié)合地基土層及水池構(gòu)筑物的埋深、平面尺寸等實際情況，選擇合適的抗浮設(shè)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(jié)省造價、管理維護方便的目的。