摘要：在市政工程中，污水处理厂或者自来水厂中的地下式水池结构及半地下式水池结构的应用越来越广泛，而且工程中的地质勘察报告所提供的地下抗浮水位越来越保守，抗浮水位一般在设计地面以下仅0.5米。对于较为大型地下构筑物（如二沉池、氧化沟、排水排泥池、清水池等），由于该类构筑物平面尺寸大、基础埋藏较深，中间池壁较少，在抗浮水位较浅的情况下，结构自重不足以抵抗地下水的上浮力，地下构筑物的抗浮问题日益突出。因此，这些构筑物在抗浮设计中应根据现场实际情况以及工程的经济、环保等因素考虑采取相关的抗浮措施。
关键词：抗浮 锚杆 导渗层 抗浮水位
一、抗浮水位的确定
（1）当有长期水位观测资料时，抗浮设防水位可根据该层地下水实测最高水位和建（构）筑物运营期间地下水的变化来确定；无长期观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定，工程地质勘察报告中需要提供设计抗浮水位标高；一般厂区抗浮设防水位可取设计地面标高以下0.5m。
（2）考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。
二、抗浮计算
计算抗浮力时应按池体最为不利的工况，即池内无水的情况下，不考虑活荷载及侧壁上的摩擦力，仅考虑池体壁板及底板等自重、池顶压重及底板外挑墙趾覆土重量之和ΣG。浮力根据阿基米德定律F=ρgV计算，水头的高度根据地质勘查报告所提供的抗浮高度。验算时均取标准值，并满足抗浮系数不应小于1.05。即ΣG/F≥1.05。若抗浮不满足的情况下，可以考虑增加分子项的外力达到满足状态。
三、抗浮措施
（1）自重抗浮
工程设计中，对于构筑物平面尺寸较小或者构筑物埋置深度较浅的水池结构考虑利用结构自重加覆土来满足抗浮要求。若抗浮力不满足且抗浮力差值不大的情况下，可考虑以下措施：
1）延长底板外挑墙趾以增加覆土重量；
2）若池体顶板可覆土，可增加池顶覆土高度；
3）必要时，增加池体壁板及底板的厚度，但不可一味增加壁厚达到满足抗浮要求。
（2）导渗层抗浮
在底板下设置导渗层，铺设透水性材料，并在池体四周布置观测井和抽水井，使池体周边的地下水集中在导渗层内排出，结合抽排水措施来降低地下水水位，满足抗浮要求，使险情趋于稳定。具体做法如下：
基坑开挖后应立即将基底整平，并在导渗层底面及外周（包括底板外缘导渗层顶部）满铺300g/m2的土工布一层，然后进行导渗层及观察井和抽水井的施工。
导渗层可采用级配碎石（或级配卵石）分层夯实,粒径8~40毫米，含泥及石粉量不得超过3%，且不得含植物根系等有机物，要求最大干密度不小于2.1t/m3。
地下水位观测井为DN300UPVC管,其环刚度不小于8KN/m2。在UPVC管下端1.5米范围内钻中心角为30°的D25孔洞，孔洞离管底50毫米起,竖向间距为100毫米，呈梅花状布置。在此范围内在管周用300g/m2的土工布包裹。
地下水位抽水井井壁用M7.5水泥砂浆砌MU10砖，井壁外侧距底面1.5米以上用1:2防水水泥砂浆抹面厚20毫米，地下水位抽水井井壁下端1.5米范围沿环向每30°沿竖向每三皮砖预留120x60孔洞,上下孔成梅花型布置,并用300g/m 土工布沿井壁外周圈包裹,以防土体堵塞排水孔。并在土工布外围用M10水泥沙浆砌120厚MU10砖（对应井壁应预留120x60孔）。
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地下水位抽水井和观测井是用于保证水池抗浮稳定安全的附属构筑物。当水池安装阶段或需要放空检修时，应在抽水井内抽水，并注意观测观测井内的水位变化，观测井内稳定水位均低于某个标高时（具体高度需进行计算设计），方可对该水池进行放空检修，否则严禁放空。此要求应列入水厂安全操作管理规程中，并严格执行。
锚杆抗浮
抗浮锚杆是抵抗其上池体向上移位而设置的结构构件，与地下水位高低及变化情况有关，与抗压桩受力方向相反。抗浮锚杆不同于一般的基础桩，有其自身的独特性能，抗浮桩为抗拔桩体承受拉力，自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化。
抗浮锚杆可集中点状布置、集中线状布置和面状均匀布置。
1）集中点状布置一般布置在柱下，可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力，由于锚杆布置集中，有很强的抵抗力，要求锚固于坚硬岩体中，不适用于软岩与土体，破坏往往是锚固岩体的破坏。由于局部锚杆较密，锚杆施工不方便，且地下室底板梁板配筋较大。
2）集中线状布置一般布置于池体底板梁下，由于锚杆布置相对集中，有较强的抵抗力，但不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力。要求锚固于较硬岩体中，不适用于软岩与土体，同时地下室底板板配筋较大。
3）面状均匀布置在池体底板下均匀布置，适用于所有土体和岩体，且池体底板梁板配筋较小，但不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力。池体一般采用钢筋混凝土整板基础，常此种方式布置。
（4）工程桩抗浮
当工程地质情况为高地下水的软弱土层时，地下构筑物不仅考虑处理地基承载力，还应考虑抗浮稳定，此时，可利用工程桩协助抗浮作用。因受地下水变化的影响，该桩应同时满足抗拔和承压的要求。
（5）局部抗浮
水池内有支撑结构时，还需要验算支撑区域的局部抗浮。若抗浮不满足时，可在局部范围内增重，如增加底板局部厚度，也可增加底板顶的配重或者增加支撑结构区域范围内的配重。
（6）施工期抗浮措施
当地下水位高于基坑底面时，水池基坑施工前必须采取人工降水措施，将水位降至基底以下不少于500mm处，以防止施工过程中构筑物浮动，保证工程施工顺利进行。当水池底板混凝土浇筑完成并达到规定强度时，应及采取抗浮措施。由于雨季时可能在局部土层中形成上层滞水，为防止其对构筑物的稳定产生不利影响，应在平面上作好场区内及其周围地面防水、排水措施，如设置排水沟及场内排水系统等，防止地面雨水大量渗入地下。施工期间必须采取有效措施保证基坑排水通畅，在基坑回填之前，基坑排水不得停止。为了防止暴雨积水引起水池意外浮起，应准备相应的抗浮措施（如向池内灌水或利用水管将水池内外连通（管道不能堵塞）等），防止构筑物在施工期间上浮。
四、抗浮措施的比较
对于构筑物平面尺寸较小或者构筑物埋置深度较浅的情况，常用水池自重或增加配重进行抗浮，对于构筑物平面尺寸较大或构筑物埋置深度较深且抗浮力相差较大的情况，常用导渗层抗浮和锚杆抗浮。导渗层抗浮施工简单，工期短，造价低，但后期需要实时观测，增大管理难度；锚杆桩抗浮前期施工难度大且繁杂，工期长，造价高，但后期无需管理。对于构筑物处于软弱地质的情况，可采用工程桩结合抗浮桩设计。
结束语：
随着我国市政建设进程的不断发展，地下空间的开发利用逐渐引起重视。池体的基础埋置深度越来越深的同时，为充分利用地下空间，全地下式水厂的推广也越来越多。因此地下水浮力作用或抗浮措施设置不当会引起地下工程的破坏，应引起工程师的广泛关注。同时应根据实际情况采取相应的抗浮措施，达到安全、经济、环保，具有极高的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]GB50007---2011 建筑地基基础设计规范[S]
[2]GB 50330-2013建筑边坡工程技术规范 [S]
[3]曾伟，工程的抗浮措施和抗浮设计[J]城市建设理论研究
论文作者:翁雪娇
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/17
标签：构筑物论文; 底板论文; 水池论文; 浮力论文; 水位论文; 措施论文; 地下水论文; 《防护工程》2019年第5期论文;