地下水池抗浮设计处理.docx

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地下水池抗浮设计处理

地下水池抗浮设计处理

何英姿

摘要：

本文详细介绍地下水池抗浮的各种荷载计算及抗浮计算，并结合工程实例阐述了抗浮处理措施。

　　关键词：

地下水池；抗浮设计；处理措施

　　1　水池的抗浮验算

　　1.1　池顶荷载

　　池顶荷载包括恒荷载或活荷载，恒荷载为覆土重、防水层重和结构自重。

整体式水池的防水层仅用冷底子油打底，然后刷一层热沥青，其重量可略去不计。

池顶覆土的作用是保温和抗浮。

活荷载考虑的因素是上人、堆料及车载。

　　1.2　池底荷载

　　池底所受的荷载有池底结构自重及地下水向上的反作用力。

　　1.3　水池的抗浮计算

　　地下水池产生的上浮现象的原因是结构体的重量和地下水池侧壁摩擦力之和小于水浮力所引起。

地下结构所受的地下水浮力，为作用在基础板上的静水压强与底板面积的乘积，即水浮力：

　　P=pxA　

（1）

　　式中P——基底所受的水浮力；

　　p——作用在底板上的静水压强；

　　A——底板面积。

基底静水压强p一般按以下式确定；P=Yw×H

（2）

　　式中Yw——水的密度；

　　H——抗浮设计水头值。

　　1.4　水池的总体抗浮按下式计算：

　　（水池总自重+池顶覆土重）/总浮力≥1.25

　　总浮力=F底×（Hw+h1）Yw

　　式中F底——水池底面积，必须算至最外周边

　　Hw——地下水位至底板面层的厚度；

　　h——底板厚度；

　　Yw——水的密度，取lOkN/m3。

　　由以上代入可得，抗浮稳定性验算式为：

　　W/（Yw×H×F底）≥1.25

　　（3）

　　式中：

W——基底以上全部净荷载，KN；

　　F底——水池底面积，m2；

　　H——抗浮设计水头值，m；

　　Yw——水的密度，取lOkN/m3；

　　上式只适用于平底水池。

　　2　满足抗浮要求的措施

　　地下结构抗浮方法很多，其中运用较多的技术措施有：

增加自重法即压载抗浮、降排截水法和抗浮锚桩等。

当整体抗浮不能满足时，均应采取相应抗浮措施。

（1）封闭水池可用增大覆土厚度的办法来解决；

（2）开敞式水池的整体抗浮不能满足时，可将底板挑出池壁以外，在上面压土或块石以增大抗浮力（这种方法同样适用于封闭水池），此时底板应以浮力作为均布荷载进行强度及抗裂计算；

　　（3）在地形受到限制而不能用上述两种方法时，可采用锚桩抗浮。

　　3　顶盖厚度的确定

　　水池的顶盖一般均有覆土，由于长期承受大荷载作用，钢筋保护层厚度大，则单向板厚宜大于或等于L/25且≥90mm。

　　4　工程实例

　　某封闭式400t地下水池，用于住宅楼供水，其上覆土400mm，矩形结构，长×宽×高=17.2m×6.1m×5.9m，池底为风化岩层（砂岩），池四边附近均建有构筑物，地势极低，地下水位很高（几乎与地面持平），因此抗浮是设计的重要内容。

　　4.1　池顶荷载

　　顶板重力8.05kN/m2，覆土重力7.2kN/m2，活载（考虑消防车）10kN/m2，则q顶=25.25kN/m2。

　　4.2　池底荷载：

　　q底=q页+池壁重/底板面积=51.63（kn/m2

　　4.3　水池的抗浮验算

　　水池的整体抗浮：

　　水池的总自重荷载=5065kN；

　　池顶覆土荷载=755.6kN；

　　总浮力=6610kN；

　　抗浮力=水池总自重荷载+池顶覆土荷载=5820.6kN

　　抗浮力/总浮力=O.88<1.25。

　　计算结果表明，不满足抗浮要求。

根据现有场地情况，底板不能外挑以增大抗浮力，埋深也不可能加大，而覆土亦无法增加，于是考虑底板下设锚桩基础以增加抗浮力，锚桩需进入风化岩中。

底板所受浮力设计值为73.5kN/m2。

　　锚桩布置如图1所示，单根锚桩所受拔力设计值为po=111.35kN。

　　设锚桩直径D=90mm，用M30水泥砂浆。

根据规范，水泥砂浆与风化岩间粘结强度设计值为f=450kPa，则锚桩须进入风化岩的最小深度为：

L=pO/（πDf）=0.88m。

　　锚桩配筋计算：

　　Ag=Po/fy=111.35X103/310=360mm2。

　　最后确定，锚桩为1φ22，长1030mm（图2）

　　5　管道敷设的处理

　　5.1　水池底管道的敷设处理

　　本工程水池下管道敷设，即在地下泥床上开挖一条基槽，进行抛砂、土工布等基础处理后，再将管道经过沉放至水下基槽，在管道胸腔以下抛砂，管道胸腔以上填砂、石袋并进行理坡处理等，完成水池下管道敷设。

一般的水池下连接上面的管道有数倍于水下管道的长度。

在管道运行时，大量上面管道内的空气因溢气阀来不及排气而被压送至水池下管段，在水池下的管段较容易积累大量气泡而形成空管。

　　根据以上情况，水池下管道全部在水下，当管道存在空管或局部空管时，造成管道浮力大干管道自重而引起上浮。

其计算公式如下：

　　F＝πR2ρ-2（R-δ/2）δρ2

　　式中：

F——每米管道浮力（T/m）；

　　R——管道外半径（m）；

　　p——水的密度，—般取1×103kg/m3；

　　δ——管道壁厚，水下钢管道一般取δ=Dn×1％+1～2mm（Dn为管道公称直径）；

　　ρ2——管道材质密度，钢管一般取7.8×103Kg/m3。

　　水池下管道上浮造成管道折断或整体上浮的事故不断，管道抗浮措施一般分为：

（1）主动抗浮，就是控制空气被压送至水下管道，尽量避免形成水池下管道空管现象，从根本上解决水池下管道上浮问题。

其措施主要有设置高位井、排气管、阀门控制排气管等。

（2）被动抗浮：

在可能造成空管后，管道在上浮时增加向下的拉力，从而避免管道上浮。

其措施主要有设置抗浮桩、钢砼压块、压翼结构、配重等

　　本工程采用阀门控制排气管，外加设计抗浮桩等措施进行池下水管抗浮处理。

　　5.2　水池上管道敷设的处理措施；

　　5.2.1　管道埋设时管沟宽度一般为管外径加0.5m，深度应依据冰冻深度，外部荷载等因素综合确实，在一般情况下，人行道为0.9m；住宅基道为0.6m，埋深且应在冰冻线以下0.2m。

　　管道可直接敷设在未经扰动的原土地基上，但如地基为岩石、砾石时，必须在地基上铺设厚度为0.15-0.2m的土或砂作为垫层并夯实。

随着管道的敷设，管道两肋及顶部宜用符合要求的砂土分多次回填捣实，但接口前后0.2m范围内不得回填，以便试压观察。

　　管道试压前，管顶以上回填土厚度应小于0.5m，以防试压时产生推移，当试压合格后，方可进行大面积回填土并夯实，见图3。

　　5.2.2　管道接头之混凝土防护

　　当有压水沿着管道流入弯头，三通和管道末端塞头或法兰盲板时，会产生向外的冲力，故在这些部位必须提供固定支座，以防移动，参见图4、图5。

（1）水压在弯头处产生的推力W=2P·π/4·d2·sin（Ф/2）

　　式中：

W——为推力（kg）；

　　P——水压（kg/cm2）；

　　d——管内径（cm）；

　　φ——弯头弯曲角度（°）。

（2）水压在三通接头或末端塞头产生的推力

　　W=P·π/4·d2式中：

W——为推力（kg）；

　　P——水压（kg/cm2）；

　　d——管内径（cm）。

　　（3）管道上阀门的混凝土巩固防护

　　为了防止因开启、关闭操作时发生扭曲或因自身重量而发生下陷，对口径大于110mm阀门需以混凝土来巩固防护。

　　6　结语

　　本工程通过加固及锚桩抗浮处理，建成后使用状况良好。

当底板下有坚硬土层且深度不大时，设置锚桩是一种较简便又经济的抗浮处理措施，而且不用管理成本，水池检修时间灵活方便。