朱宝臻
山东省淮海工程建设监理有限公司 山东济南 250033
摘要：在市政公用工程或者水利水电工程中，钢筋混凝土水池是一种比较常见的构筑物，特别是大型水池。而在近十几年以来，水池池体的抗浮设计逐渐占据了一个比较重要的位置。抗浮措施的增加，不但考虑了施工中停止降水后池体的安全性，还能兼顾后期运营阶段维修过程中水池池体的稳定性，渐渐成为一个必不可少的设计内容。本文以庆云县纯源污水厂的A2O反应池和二沉池为例，简单讨论一下水池池体的抗浮措施。
关键词：污水厂；水池；管桩；抗浮
1 前言
地下水，作为工程地质问题中最重要、最活跃、最不利的外在因素，对建筑物、构筑物的影响是显而易见的，主要包括：对岩体的软化、侵蚀；引起地基沉降；产生流沙和潜蚀；对钢筋的腐蚀；对建筑物的渗透、浮托作用等等。抗浮措施的增加，就是针对地下水的浮托作用。钢筋混凝土水池——特别是大型水池，由于体积庞大，一旦基础坐落于地下水位以下较深处，自身的重量可能无法达到稳定性和安全性的要求，因此必须考虑在空池（或者未注满水）状态下增加抗浮措施，这是现在水池设计的必要计算内容之一。
2 工程实例简介
庆云县纯源水务污水处理厂PPP项目，包含：A2O反应池两座、二沉池四座，其中：单个A2O反应池为68.6m×48.3m，池底大约在地下水位以下2.5米处；单个二沉池直径为30.8米，池底最深处大约在地下水位以下5米处。因此，设计单位增加了抗浮设计——抗浮措施采用PHC管桩（摩擦抗拔桩），桩型号：PHC 400 AB 95-6。从型号来看属于比较小型的预制管桩；从数量来看共计2200根，即13200米，工程量不大；从总体造价来看桩基础费用占水厂总投资4%以下。
3 工程实例分析
从桩型号来看，设计中的PHC管桩为6米长，桩径400，应该说型号非常小。根据《先张法预应力混凝土管桩GB13476-2009》中的“表1.管桩的基本尺寸”来看，型号PHC 400 AB 95的管桩，桩长为7至12米，也就是6米长的管桩并不是最常用的，且小于规范中的最小桩型。这说明：在抗浮验算时，地下水的浮托力不是很大，设计单位从优化工程造价的方面考虑，减小了PHC管桩（摩擦抗拔桩）与土的接触面积，即减小了桩长。但是，这样也同时带来几个问题：
第一，工程材料采购难度增加。既然规范规定的最常用的桩型为7至12米长，那么，预制管桩生产厂家一定是以7至12米为生产重点。同时，工程上也以7至12米的桩型使用最多，6米桩一般不会有厂家备料。在目前中国建筑市场普遍工期紧张的前提下，采购难度大大增加。如果单独定制，由于数量不多，考虑到模具的使用效率，生产厂家会把6米桩的生产不断压后从而优先保证大批量7至12米桩的生产。还有，单独定制再加上数量不多的因素，使得采购成本增加，实际询价中单根6米管桩的价格已经与7米桩相差无几。
第二，施工效率降低。无论单根PHC管桩长度如何，除了“接桩”这一工序之外，其他工序无法省略，特别是：桩机移位、焊桩尖、封堵桩头、观测垂直度等等，这些工序是以每根桩为工作对象的，不像刷防腐那样由于桩长缩短而使得工作量减小。因此，这些工作分摊在6米桩之上，造成工作效率大幅降低，现场管理也出现难度。
第三，施工难度加大。由于桩长较短，沉桩深度较浅，在使用锤击沉桩时很容易沉桩至设计标高以下。同时，桩长虽短，但是与基础间连接、防渗等施工工序却不能省略，因此，有抗拔桩的池体基础和无抗拔桩相比，施工难度孰高孰低是显而易见的。
综上分析，笔者认为此抗浮设计并非最佳抗浮措施。
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4 工程实例建议
4.1 池体抗浮措施
水池抗浮，是设计中的重要计算内容，这已经被很多水池的上浮事故所证实，但是抗浮方法却不只一种。主要有自重抗浮、压重抗浮、配重抗浮、抗拔桩、抗浮锚杆等等。
一、自重抗浮。顾名思义，此方法就增加池体自重来达到抗浮效果，更直白地说就是：把池壁和池底加厚，增加混凝土用量。此方法适用于池体本身自重与托浮力相差不大的情况，或者换一种说法就是：池底标高与地下水位之差较小的情形。这样需要增加的混凝土量比较小，相对比较经济。同时，因为增加了厚度，整体刚度变好，有可能减少钢筋用量（需要验算）。但是如果不满足这些条件，那么此法或许不经济。
二、压重抗浮。简单说来：就是在池体顶部、内部或池底外挑部分增加重物施压，来抵抗浮力。顶部压重一般用土，但是本文工程由于没有顶板所以不可采用；内部压重一般用毛石混凝土较好。顶部、内部压重均需要增加埋深，而池底外挑部分压重不须增加埋深，但需要增加挑出长度，容易造成池底内力增大，不适合大型水池。
三、配重抗浮。在笔者看来，此法是顶部、内部压重的优化，即在池底下方设置配重混凝土，并使池底与配重混凝土间可靠连接（一般用拉结短钢筋），达到增加总重量的目的，不需增加埋深，同时也适用于无顶板水池，而且底板受力均匀。
四、抗拔桩与抗浮锚杆。两种方法类似，都是利用桩（或锚杆）与土之间的摩擦力来抗浮，在池体外部，施工难度较大，技术要求较高。两者相比，抗拔桩的施工难度稍低一点，所以较为常用，同时还能兼做承重桩；抗浮锚杆虽然施工难度稍大，但是也有其优越性，就是方便局部设置，解决局部抗浮问题时较为灵活，笔者参与的济南某医院就是采用局部抗浮锚杆。
五、其他方法。除上述方法，还可以设置降水井。即在水池周围布置一定数量降水井和观测井，只有当地下水位降至底板以下时才允许排空水池。此法的好处是将施工降水井加以永久利用，但是需要后期严格的运营管理，一旦管理不善容易造成池体上浮。此法经济实惠，但需人员素质较高。
4.2 抗浮措施建议
针对本文实例：A2O反应池体积较大，上述方法一、二、三均不够经济，二沉池虽然小得多但是也不属于小型池。因此设计院采用了上述方法四中的抗拔桩。但是由于桩长造成的问题，使得采购困难，此方法唯一的缺点（工期较慢）被无限放大。
笔者认为，污水厂作为工业项目，时间代表效益，造价与进度是对立统一的，有时适当增加造价、加快工期，带来的提前收益是能够让投入得到回报的，这需要造价工程师提出合理的对比建议。如果考虑到施工难度加大、打桩造成的延期，还有可能导致开挖土方正赶上雨季等等因素，增加一点初期投入，采用池内压重或配重抗浮未必不可取，毕竟桩基础的造价比例还达不到总投资的4%。
更何况还有方法五，虽然只是一种说法，很少有人采用，但是笔者却很推崇。首先，此法优点较多，包括：永久利用施工降水井、节约成本、缩短工期、施工难度小、适用条件广等等。其次，此法唯一的缺点是管理难度大，但是作为污水处理厂这种有严格运营管理制度的单位，每次检修前做好充分的准备工作应该没有太大难度。
当然，二、三、五组合使用，应该具有更高的效益和价值！
5 结语
抗浮设计是水池设计的重要环节，影响施工阶段和运营维修阶段，应该做到质量、进度与造价的统一结合，同时兼顾后期运营管理：当进度要求较高允许适当增加造价时，可选方法一、二、三；当进度要求不高时可选方法四；当后期管理较严格，能达到相应要求时，方法五应该作为首选；组合使用效果更佳！
抗浮措施的选择需要多方面考虑，结合实际情况和业主需求，切忌一概而论。
参考文献：
[1]先张法预应力混凝土管桩（GB13476-2009）
[2]毕雅明.水池抗浮设计方案的分析与比较.上海：同济大学、华东建筑设计研究院，《结构工程师》2008.
论文作者:朱宝臻
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/30
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