排水構筑物抗浮設計研究論文

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摘要：大型排水構筑物一般均有較深的埋深，當地下水位較高時，抗浮設計往往是很突出的問題，能否合理地解決這個問題，對工程的土建造價有很大的影響。

關鍵詞：構筑物抗浮設計

目前，在抗浮設計上，主要采用抗與放的方法。所謂抗，即是配重抗浮、錨固抗浮；所謂放，即是降水抗浮和設觀察井抗浮。具體采用哪一種方法，尚應根據工程的具體情況而定，同時還應著重考慮對工程造價的影響。下面就各種抗浮方式進行探討并做經濟分析比較。

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(規范未計入以策安全)，抗浮安全系數很容易滿足規范要求。

砼的缺點之一是自重大，但事物均有兩面性，抗浮時自重越大越有利。配重抗浮一般有三種方法，一是在底板上部設低等級砼壓重；二是設較厚的鋼筋砼底板；三是在底板下部設低等級砼掛重。一、二種方法的優點是簡單可靠，當構筑物的自身重度與浮力相差不大時，應盡量采用配重抗浮，對工程造價的影響小,投產后亦沒有管理成本。但構筑物的自身重度與浮力相差較大時,本方法將會增加工程量使土建造價提高，原因是配重部分要扣除浮力，導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用，同時也會增大基底壓力，引起較大的地基變形。如采用底板上設低等級砼壓重的方法，將會使壁板的計算長度H加大，而壁板根部的彎矩值與H是平方關系,這樣會使壁板根部的彎矩值增長較快，彎矩值較大時，板厚和配筋也會相應增大；如采用較厚的鋼筋砼底板的方法，其工程量與設低等級砼壓重相差不多，壁板的彎矩值雖小，但底板的鋼筋用量會有些許增加；如采用底板下設砼掛重的方法，壁板的彎矩值小，底板的鋼筋用量也不會增加，但底板和掛重部分砼須用鋼筋連接，施工比較麻煩，當地下水對鋼筋和砼具有侵蝕性時，設砼掛重的方法須謹慎。

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，當底板下有堅硬土層且深度不大時，設錨桿不失為一種即簡便又經濟的方法；近年來，在飽和軟粘土地基中，也有采用土錨技術的，也有采用短錨加擴大頭技術的。錨桿的直徑一般為150~180mm。錨桿抗浮有三個問題需要注意，一是受力問題，當構筑物內無水時，錨桿處于受拉狀態，當構筑物滿水時，錨桿又處于受壓狀態，錨桿的底端類似于樁端，錨桿在反復拉壓狀態下的工作性能有待進一步的實驗研究；二是施工問題，錨桿的施工需有專門的機械，施工前要進行試驗，同時，較細的錨桿在施工時有一定的難度，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，不如配重抗浮來得簡便。三是適用性，當地下水對鋼筋有侵蝕性時,細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:抗拔樁利用樁側摩阻力和自身重度來抵抗浮力，樁型可采用灌注樁或預制樁，樁徑一般為400mm，也可采用方樁，樁距和樁長應通過計算確定，樁距不宜過大，否則會增加底板厚度，樁端最好能伸入相對較硬的土層。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.降水抗浮：這是抗浮設計的另一條思路，即不硬抗，而采用放的方法。具體做法是在構筑物底板下設反濾層，在構筑物周圍設降水井，降水井和反濾層間用盲溝相連，當構筑物因檢修設備而需要放空時，可在降水井內抽水使地下水位降至底板下，從而保證構筑物的穩定。降水抗浮的關鍵問題是反濾層的設計，當土的顆粒較細時，應采取可靠措施防止土粒隨地下水的漲落而進入反濾層，引起反濾層堵塞而失去作用。降水抗浮的優點是工程造價低，因采取了抗浮措施，構筑物的設計可按無地下水時考慮。當地下水位很高且地基土較軟時，采取降水抗浮措施可大大降低工程造價。但降水抗浮也有其缺點，第一是可靠性，雖然構筑物在設計使用年限內放空檢修的時間很短，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，將會發生構筑物上浮事故。當然，在排水工程中，可采取適當的措施，在非正常排空時使地下水自動進入構筑物內，提高構筑物的可靠度。

4.觀察井抗浮：和降水抗浮相似，只是不設反濾層，利用地

下水的漲落安排構筑物放空檢修的時間。方法也很簡單，在構筑物周圍設若干觀察井，井內標示可放空檢修的臨界水位線，如在一個時期內地下水位低于臨界水位，則可放空檢修。應該講，在地下水位漲落差較大的地區采用本方法，是所有抗浮方法中土建工程造價最低的。其缺點是檢修時間不靈活，且有一定的管理成本，非正常排空亦有可能發生上浮事故。

二.經濟分析比較：

例：某排水工程終沉池,內徑40m,池凈高5m,地下水位距池底板頂3.0m。抗浮方法分別為：1.配重抗浮（設較厚的鋼筋砼底板）；2.抗拔樁抗浮；3.降水抗浮；4.設觀察井抗浮。其工程量分別為：

1.配重抗浮：

挖土方：2508m3；3.86×2508=9681元

素砼墊層C10：134m3；145×134=19430

鋼筋砼底板C25：2904m3；460×2904=1335840

預應力砼池壁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

預應力砼池壁C40：190m3;899×190+40000=210810

3.降水抗浮：

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

預應力砼池壁C40：190m3;899×190+40000=210810

反濾層：726m3;59.5×726=43197

降水井：4座；1521×4=6084

4.設觀察井抗浮：

素砼墊層C10：134m3；145×134=19430

鋼筋砼底板C25：413m3;558×413=230454

預應力砼池壁C40：190m3;899×190+40000=210810

觀察井：3座；1521×3=4563

其土建工程造價(直接費)分別為：

1.配重抗浮：1575761元

2.抗拔樁抗浮：628144元

3.降水抗浮：487206元

4.設觀察井抗浮：465257元

——依據1999年全國市政工程定額。土方工程量為相對量。

需要說明的是,本例的結果并無傾向性,抗浮方案的確定是一個復雜的問題,工程造價是重要因素但不是決定性因素。