陈健
上海华谊工程有限公司 200235
摘要：本文总结了水池设计的抗浮问题及其解决方法，并通过实例进行说明。
关键词：水池抗浮；抗浮水位；抗拔桩
前言
水池的布置非常灵活，构造千变万化，分类较细，常常与给排水专业相结合，往往一个构筑物结合了不同类型的结构类型，所有这些都给结构设计人员怎么入手带来一定困难。水池是一个混合的基础设计，概念设计是其首要不变的原则。所以一个水池设计条件拿到手，脑中第一要考虑的就是这个水池的抗浮是否满足要求。
1.水池抗浮设计机理
根据规范《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）5.4.3条第一款和《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138：2002）5.2.4条抗浮公式为：GK/NW，K≥KW，GK为水池自重及配重，NW，K为浮力作用值，KW为抗浮安全系数，取1.05。抗浮包括整体抗浮和局部抗浮。
首先，讨论水池自重问题。
水池自重包括池壁，有内池壁和外池壁；有顶板和底板，底板包括外挑部分的重量；还有的水池含有梁柱结构，应该一并计入水池自重。
但是底板外挑部分上的填土应不应计入水池自重呢？这个问题分两步思考。
一：施工中，由于填土未压上，所以不计。有的同志说，那施工时我同时进行降水措施，抗浮都不需要了。但是按最不利原则，不排除施工方从经济角度出发未进行降水或天气突发状况连日暴雨，那就必须要计算在不计填土重的情况下进行抗浮验算。
二：施工完毕，填土压上，可以计入。按压实度计土容重。
这两种情况，当然是第一种施工中较不利，因此，设计时，可不必考虑土重。
如果水池自重比较小，有如下几个方法：
其一，可适当放大池壁及顶、底板的厚度。需注意的是，加大底板厚度是保证构筑物底板上标高前提下进行的，换言之，底板厚度一增加，浮力也加大，对抗浮作用贡献不大。
其二，填土不能作为自重考虑，但是配重就可以。比如，在底板外挑部分压上实心砖等措施。
其三，配重的另一种形式就是——在池底配重。在某些地区，毛石并用素砼灌浆比较经济，但毋庸讳言，池底埋深加大，浮力也相应增大，效果不是很好。
其四，如果浮力与抗浮实力相差悬殊，最好就是采用抗拔桩。
此外，水池抗浮与水池面积无关；若有池顶覆土，考虑原则一样为最不利原则；荷载采用标准组合。
接着，讨论浮力的作用。
讨论浮力，必须搞清抗浮水位，抗浮水位一般查阅地质报告，正规的地质报告都应有一项抗浮水位的指标。当然也会有诸如此类的情况：上海就按地面下-0.5m考虑抗浮水位；若地质报告没有给出，注意与防水水位的区别。防水水位是地下水的最大水头，可按历史最高水位加1m确定，针对防腐和防渗而言，并由此采取构造措施。而抗浮水位就是用于计算抗浮的，有长期水位观测资料时，可采用实测最高水位；无长期水位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场地地形、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。见《软土地区岩土工程勘察规程》第8.6.2条第一款。
抗浮计算的外包尺寸是有规定的，不能按水池壁的外包尺寸，而必须是底板外挑后的外包尺寸，即底板挑越大，浮力越大。
2.水池抗浮计算
以下是根据自己经常使用的一些情况编制的小程序，并加以说明：
1）外包尺寸不同，会引起浮力差别10%左右，对于需用抗拔桩来承受浮力的水池来讲，一根桩的误差，抗浮力可能要相差36吨。
2）云线指出的“配重挑出长度”，区别底板挑出长度，用于实心砖配重等。池底毛石配重在本程序中没有标出，可根据使用者的实际使用添加。
3）抗拔桩的计算见《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008），注：抗拔系数λ可参见地质报告。
1.整体抗浮稳定计算
2.水池抗浮计算实例
3.水池抗浮计算实例
水池抗浮不论大小
A.烟台某项目初期雨水池，面积19.6mx54.6m，全地下结构。室外标高±0.000，池底标高-4.500，抗浮水位-2.200。
结论：水池构件按结构计算所得，抗浮满足要求，不需采取池壁加厚等抗浮措施。
B.上海某项目生产废水池，首要考虑因素就是抗浮。面积9.1mx9.1m，全地下结构。室外标高±0.000，池底标高-4.500，抗浮水位-0.500。
结论：水池不满足抗浮要求，需采取池壁加厚等抗浮措施。池壁按构件计算所得仅250mm，经过抗浮计算后，池壁加厚至450mm。
由此可见：水池抗浮与否与水池平面尺寸无关，与以下因素相关：1、地下抗浮水位；2、水池埋深。
1）设有抗拔桩的水池抗浮计算
上海某项目初期雨水池平面布置图，室外标高±0.000，池底标高-4.500，抗浮水位-0.500。见平面图和剖面图：
一、抗浮计算：
1、结构自重
25x[（28.8x0.4x2+7x0.4x2）x4.7+（28.8+1）x（7.8+1）x0.5]=6643.2 kN
2、浮力
10x（5-0.5）x[（28.1+1）x（7.8+1）]=11800.8 kN
3、抗浮验算
6643.2÷11800.8<<1.05
∴11800.8x1.05=12390.84 kN
12390.84-6643.2=5747.64 kN
4、14米长Ф500钻孔灌注桩抗拔力为160 kN
n=5747.64÷160=35.9根，实际布39根。
二、底板配筋计算：
讨论两种情况的底板配筋：
1、桩只布于池壁下时，底板配筋按浮力作用下的弯矩配筋，并扣除底板浮重。
1）浮力（单位面积每平方米）
4.5x1x1x10=45 kN
2）底板浮重（单位面积每平方米）
0.5x1x1x（25-10）=7.5 kN
3）单位面积上所受力
45-7.5=37.5 kN
4）计算底板弯矩及配筋
Mk=（1/8）x37.5x72=230 kN?m
M =1.35X230=310.5 kN?m
配筋略，须满足裂缝要求。
2、当底板中间布桩时，要进一步考虑冲切计算
1）~3）步骤同第一种情况
4）计算底板弯矩及配筋
支座
Mk=（1/8）x37.5x3.52=57.4 kN?m
M =1.35X57.4=77.5 kN?m
跨中
Mk=（1/8）x37.5x3.52=57.4 kN?m
M =1.35X57.4=77.5 kN?m
底板配筋可上下相同，按不利原则，配筋及裂缝计算略。
2）冲切计算
η1=0.4+1.2÷2=1
η2=0.5+αsh0÷（4x5600）
=0.5+40x450÷（4x5600）
=1.3
取η=η1=1
0.7βhftημmh0
=0.7x1x1.57x1x5600x450
=2770 kN
F=F浮-GK
=37.5x1.4x1.4
=73.5 kN<2770 kN
结束语
水池设计灵活多变，需不断地从实践中总结经验和方法，光靠程序既不能解决所有问题，也无法提高自身水平。从课本到规范，从规范到手册，从手册到程序，只有善于思考善于总结才能从容面对下一个新的问题。以上是作为书本知识的一个补充，也是自己对水池设计的一个小节。
参考文献：
[1]中国建筑工业出版社 给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程 CECS 138：2002
[2]中国建筑工业出版社 建筑地基基础设计规范 GB50007-2011
[3]中国建筑工业出版社 建筑结构静力计算手册（第二版）
论文作者:陈健
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/30
标签：水池论文; 底板论文; 浮力论文; 浮水论文; 标高论文; 自重论文; 水位论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;