浅谈钢筋混凝土敞口水池的局部抗浮

黄世剑

[摘要]钢筋混凝土敞口水池是给排水工程中常见的构筑物。当水池受到地下水的作用时，需要进行水池的整体及局部抗浮验算，以确保水池的安全性。在抗浮验算时经常存在水池整体抗浮满足，但局部抗浮不满足的情况，本文通过结合工程设计实例，对几种常用抗浮措施如：自重抗浮、配重抗浮、锚固抗浮、人工降排水结合管理抗浮等进行了分析比较，得出这几种方法的适用条件和经济性。

[关键词]敞口水池局部抗浮抗浮措施

概述

钢筋混凝土敞口水池(以下简称水池）常用于给水排水工程中。当水池受到地下水的作用时，需要进行水池的整体及局部抗浮验算，以确保水池的安全性。水池的整体抗浮可通过增大底板外挑尺寸来增大底板上部配重重量或增加池体顶部恒荷载来满足，但局部抗浮验算通常较难满足。

一、水池局部抗浮设计中一些常用的处理措施

1、自重抗浮

自重抗浮一般通过增大池体壁板或底板的厚度来增大自重，抵消浮力。当水池自重与浮力相差<15%~20%且配筋率较大时采用此类措施较为经济，可通过加大截面，增加结构整体刚度，降低配筋率，减小造价。

2、配重抗浮

配重抗浮主要分为两种：一、在水池内填筑素土、级配碎石、毛石（片石）混凝土及素混凝土等材料；二、类似沉井做法，在水池底板下增设毛石混凝土或素混凝土，通过设置梅花状拉结筋进行连接。在工艺设计标高及地基土层满足要求的情况下，两种处理措施均会造成土方挖方量的增加，但第一种做法还会增大池壁的计算长度，造成配筋的增加；第二种做法则会增加施工难度，且还应考虑底板与配重交接处的防水处理，以免造成拉结筋的腐蚀。配重抗浮一般适用于自重与浮力相差不大、基底存在深度不大的软弱土层或施工工期较紧的情况。

3、锚固抗浮

锚固抗浮主要为设置抗拔桩或锚杆来抗浮。当底板位于坚固、完整、厚实的基岩上或与基岩层的距离较小时通常采用锚杆；当底板位于深厚土层时通常采用抗拔桩。抗拔锚杆造价较低，互相间距较小，荷载均匀分布，不会造成应力集中的效果；但施工工艺要求较高，一般由专业施工队伍进行施工。抗拔桩适用性广，施工工艺成熟，质量便于控制，但为了避免应力集中的产生，通常会采用较小桩径的预制桩进行密布，造价较高。

4、人工降排水结合管理抗浮

当水池位于地势较高的坡地或地下水位较浅、地下水大多数为地表间隙水时通常可采用在池底设置一定厚度的砂石滤水层、盲沟、观测井及井点降排水处理系统来进行降排水抗浮。在池体检修频率不高，年度最高水位峰期不长的情况，盲沟距离较短时可结合现场管理条件进行采用。

三、工程设计实例

以百色市污水处理厂提标改造工程的辐流式沉淀池为例，选择几种不同的抗浮方案进行比较。工程概况：沉淀池为半埋式敞口式水池，内径19.0m，水池平面图见图1，剖面图见图2。根据岩土勘察报告，地质土层分布情况如下：杂填土①层，层厚为1～4.8m。黏土②层，层厚为3～6.0m。中风化泥岩③-2层，层厚大于10m，局部地段存在强风化泥岩③-1层。勘察期间静止水位均低于底板底，但受大气降水影响较大,且上部均有人工填土，局部回填土层中赋有一定的上层滞水，为了保证池体安全，现抗浮水位按地面下2.0m采用。池壁厚度400mm，底板厚度600mm。经试算当底板外挑1.5m时，水池的整体抗浮满足，但局部抗浮不满足，现分别采用以下处理措施进行分析比较。

1、自重抗浮。经按弹性地基反力假定试算，当底板厚度为1200mm时，虽然水池在地下水浮力作用下，局部区格的抗浮验算不满足，但底板、池壁等混凝土构件均能满足承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求，此时判定局部抗浮验算是满足的。当底板厚度为1200mm时，经计算底板底部钢筋均为构造配筋，如再增大底板厚度，虽然可减小底板上层面筋的配筋面积，但底板底部构造钢筋也同时会加大，两者钢筋量总和相差不大，所以在采用自重抗浮时底板厚度选用1200mm。

2、配重抗浮。经计算，当水池底板厚度为500mm时，底板上部或底部可采用增设1100mm厚的（素砼或毛石砼）配重，局部区格的抗浮验算满足。

3、锚固抗浮。结合现场情况，采用锚杆抗浮，锚杆长6m，孔径D=150，锚固体为M30水泥砂浆，杆体采用3根直径25螺纹钢筋(HRB400级钢筋)。锚杆抗拔承载力特征值估算Rt=0.8×f×ur×hr=0.8×150×3.14×0.15×13×0.15=110.21kN，取100kN；共需锚杆数=210根。

4、因水池并未位于坡地上，且业主为了后期运营的便利，所以不考虑采用人工降排水结合管理抗浮措施进行处理。

根据表中增加的投资对比可见，由于该敞口水池尺寸较大，且水池中部并未设置立柱及其他配重，局部抗浮很难满足。如通过增加底板厚度，虽然经计算，底板均能满足承载能力极限状态的要求和正常使用极限状态的要求，但配筋量增加极大，经济效益较差，所以优先会选用配重抗浮或锚杆抗浮等措施进行处理。配重抗浮的优点是施工简单快捷，质量容易保证，但造价相对较高；采用锚杆抗浮造价较低，但施工工艺要求较高，施工时需要加强技术把控保证质量。本工程因锚杆施工工艺在当地尚缺乏可靠的经验，所以并未采用，最终采用当地原材较多的毛石砼进行处理；当然配重层也可以选用素土压实回填后增设构造防水层，此类更为经济的措施进行处理；当局部区格配重大于区格的浮力且地基为均匀性土层时，也可把底板厚度减小至250~300mm的构造厚度，从而降低构造配筋量。因上述做法施工较为繁琐，防水性较差，由于工期原因并未采用。

四、结语

在市政工程中，当敞口水池的局部区格或局部单元面积上的抗浮验算不满足时，可通过验算底板、池壁、隔墙、立柱等构件是否满足承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求来判定是否满足局部抗浮要求；当池体尺寸不大，存在有立柱或隔墙，且立柱或隔墙上部有可靠的刚度连接时，可作为底板的支撑端进行计算，从而降低底板的配筋。水池抗浮设计处理措施的合理选用，会直接影响到结构的安全性和工程造价的经济性。在具体项目设计时应结合水池的尺寸、埋深、地质情况及当地的施工技术条件，对各种抗浮方案的可行性和经济合理性进行综合对比分析，只有这样才能选择安全、经济合理的抗浮方案。

参考文献

[1]GB50069--2002给水排水工程构筑物结构设计规范[s]．中国建筑工业出版社

[2]给水排水工程结构设计手册(第二版)[s]中国建筑工业出版社

[3]钢筋混凝土水池设计计算手册[S]．中国建筑工业出版社