淺議水泥工廠水池抗浮設計

鄒 沁

（合肥水泥研究設計院有限公司， 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、貯水池和生產用循環水池三類水池。從水池建造標高與地面標高關系，水池又可分為地下式、半地下式及地上式。對于地下式和半地下式水池，同時抗浮水位較高的水池，要特別注意抗浮設計。

1 抗浮穩定性驗算

《建筑地基基礎設計規范》 GB50007-2011第5.4.3條和《給水排水工程構筑物結構設計規范》GB50069-2002第5.2條均規定，水池必須進行抗浮穩定性驗算，包括施工階段和使用階段抗浮穩定性驗算。在建筑物施工階段，應根據施工期間的抗浮設防水位和抗力荷載進行抗浮驗算，必要時采取可靠的降、排水措施滿足抗浮穩定要求。在建筑物使用階段，應根據設計基準期抗浮設防水位進行抗浮驗算。

2 整體抗浮驗算和局部抗浮驗算

在進行整體抗浮驗算的同時，應對結構自重較小的區域進行局部驗算，特別是上部結構缺層或大范圍樓板缺失開洞部位。在地下水作用下，基礎底板構件應具有足夠的強度和剛度，并應進行浮力作用下的抗彎、抗剪和抗沖切承載力驗算。當抗浮驗算不滿足要求時，應采取抗浮措施。

3 抗浮設防水位確定

施工期間和使用期間的抗浮設防水位主要由勘察單位提供，其中施工期間的抗浮設防水位應考慮鄰近工程建設對場地地下水補給、排泄的影響，并結合工程的抗浮設計等級，選用抗浮勘察時實測的場地最高水位、預測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。

使用期間的抗浮設防水位根據設計使用年限、抗浮設計等級、與設計使用年限相同時限的歷史最高水位和抗浮工程勘察抗浮設防水位建議值；城市建成區具有地下水長期監測資料并進行抗浮設防水位區劃的地區，選擇具有一定預測成果在內的抗浮設防水位區劃值。

4 水池浮力的計算

水池底板所承受的浮力包括穩定水頭產生的靜水壓力、動水坡降產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為根據抗浮設防水位與基底標高高差、基礎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算的最不利組合。

5 抗浮荷載計算

水池使用期抗浮荷載包括水池及其上部結構的自重荷載、水池頂板上永久性覆土及設備自重荷載，由于水池頂板的可變荷載對抗浮驗算有利，不應考慮；水池池壁與其側面巖土體之間的側摩阻力與回填密實度、材料類型等多種因素有關，不便把握，建議作為安全儲備，不應計入抗浮荷載中。

施工期抗浮荷載則不應包括水池頂板覆土荷載和施工荷載。水池內填筑材料、室外上覆材料的重度應根據設計計算和部位的不同，分別采用天然重度、飽和重度或浮重度。

6 水池抗浮預防措施

地下結構抗浮措施宜按預防、減壓和結構抗浮的順序進行比較選擇。水池抗浮預防措施應根據場地地質、水文地質條件、水位變化及危害程度等采用截排、隔離、減壓或聯合措施，并宜符合下列規定。對上層滯水和潛水，采用設置截排水溝、泄水溝、滲水井、排水盲溝等措施；對承壓水，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、增設地下結構外側邊挑出底板寬度及其上部覆土和增設地下結構頂部壓重等，適用于結構自重荷載與浮力荷載相差較小的抗浮工程。

抗浮樁應根據不同地質條件、環境條件、抗浮工程設計要求和耐久性要求選用灌注樁或預制樁。灌注樁可采用等截面灌注樁、擴底灌注樁和后注漿灌注樁等；預制樁宜選用混合配筋預應力混凝土樁。錨桿抗浮方案及選型應根據巖土工程勘察報告及工程條件與要求，對錨桿的工程安全性和施工可行性作出評估和判斷，并結合地下水浮力大小、結構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、允許設置永久性降排水設施且能自動控制降排系統的抗浮工程，并可與隔水減壓法聯合使用。

排水減壓法宜根據場地水文地質和環境條件和設計計算選擇排水減壓措施，并建立匯集、排出等完整的排水系統和自動監控系統。有自行排水減壓條件的工程應采用盲溝（管）、排泄溝等自流排水減壓措施；無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置隔水帷幕以及設置有隔水帷幕及具有隔水功能的圍護結構的工程抗浮，并可與排水減壓法聯合使用。

泄水降壓法適用于弱透水地基土可在基礎底板下方設置可使壓力水通過透水或導水系統匯集到集水系統排出的抗浮工程，可與排水與隔水降壓法聯合使用。

8 總結

對于地下式和半地下式水池，同時抗浮水位較高的水池，要特別注意包括整體抗浮設計和局部抗浮設計。如抗浮不滿足，首選是水池抗浮預防措施，其次可采取抗浮措施。其中抗浮措施，可根據水文條件、場地地質情況、抗浮不滿足產生的危害程度、工期和工程經濟性，從常見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選，確定應該采用的抗浮措施。