抗浮设计

大型排水构筑物的抗浮设计 作者：吴铭 王金成 陈海燕 简介： 大型排水构筑物一般均有较深的埋深，当地下水位较高时，抗浮设计往往是很突出的问题，能否合理地解决这个问题，对工程的土建造价有很大的影响。 关键字：构筑物 抗浮设计 目前，在抗浮设计上，主要采用抗与放的方法。所谓抗，即是配重抗浮、锚固抗浮；所谓放，即是降水抗浮和设观察井抗浮。具体采用哪一种方法，尚应根据工程的具体情况而定，同时还应着重考虑对工程造价的影响。下面就各种抗浮方式进行探讨并做经济分析比较。 一.    抗浮方式的探讨： 1.​ 1.   配重抗浮：小型水池一般不需要配重抗浮，因其池壁相距 较近, 再加上底板向外突出部分上部的土重和壁板与土的摩擦力(规范未计入以策安全)，抗浮安全系数很容易满足规范要求。 砼的缺点之一是自重大，但事物均有两面性，抗浮时自重越大越有利。配重抗浮一般有三种方法，一是在底板上部设低等级砼压重；二是设较厚的钢筋砼底板；三是在底板下部设低等级砼挂重。一、二种方法的优点是简单可靠，当构筑物的自身重度与浮力相差不大时，应尽量采用配重抗浮，对工程造价的影响小,投产后亦没有管理成本。但构筑物的自身重度与浮力相差较大时,本方法将会增加工程量使土建造价提高，原因是配重部分要扣除浮力，导致配重部分的厚度增大；较大的埋深也将增加挖方量和排水费用，同时也会增大基底压力，引起较大的地基变形。如采用底板上设低等级砼压重的方法，将会使壁板的计算长度H加大，而壁板根部的弯矩值与H是平方关系,这样会使壁板根部的弯矩值增长较快，弯矩值较大时，板厚和配筋也会相应增大；如采用较厚的钢筋砼底板的方法，其工程量与设低等级砼压重相差不多，壁板的弯矩值虽小，但底板的钢筋用量会有些许增加；如采用底板下设砼挂重的方法，壁板的弯矩值小，底板的钢筋用量也不会增加，但底板和挂重部分砼须用钢筋连接， 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 比较麻烦，当地下水对钢筋和砼具有侵蚀性时，设砼挂重的方法须谨慎。 1.​ 2.   锚固抗浮：锚固抗浮一般有两种方法： a) 锚杆：锚杆是在底板和其下土层之间的拉杆，当底板下有坚硬土层且深度不大时，设锚杆不失为一种即简便又经济的方法；近年来，在饱和软粘土地基中，也有采用土锚技术的，也有采用短锚加扩大头技术的。锚杆的直径一般为150~180mm。锚杆抗浮有三个问题需要注意，一是受力问题，当构筑物内无水时，锚杆处于受拉状态，当构筑物满水时，锚杆又处于受压状态，锚杆的底端类似于桩端，锚杆在反复拉压状态下的工作性能有待进一步的实验研究；二是施工问题，锚杆的施工需有专门的机械，施工前要进行试验，同时，较细的锚杆在施工时有一定的难度，如何控制钢筋偏移，如何使灌浆饱满、如何避免断杆等都是施工难题，尤其是锚杆较长时，不如配重抗浮来得简便。三是适用性，当地下水对钢筋有侵蚀性时, 细锚杆的耐久性问题不易解决,这将在一定程度上限制其适用性。 b) 抗拔桩: 抗拔桩利用桩侧摩阻力和自身重度来抵抗浮力，桩型可采用灌注桩或预制桩，桩径一般为400mm，也可采用方桩，桩距和桩长应通过计算确定，桩距不宜过大，否则会增加底板厚度，桩端最好能伸入相对较硬的土层。抗拔桩也有拉压受力问题，但其施工较简单，耐久性亦比锚杆容易得到保证。 3. 降水抗浮：这是抗浮设计的另一条思路，即不硬抗，而采用放的方法。具体做法是在构筑物底板下设反滤层，在构筑物周围设降水井，降水井和反滤层间用盲沟相连，当构筑物因检修设备而需要放空时，可在降水井内抽水使地下水位降至底板下，从而保证构筑物的稳定。降水抗浮的关键问题是反滤层的设计，当土的颗粒较细时，应采取可靠措施防止土粒随地下水的涨落而进入反滤层，引起反滤层堵塞而失去作用。降水抗浮的优点是工程造价低，因采取了抗浮措施，构筑物的设计可按无地下水时考虑。当地下水位很高且地基土较软时，采取降水抗浮措施可大大降低工程造价。但降水抗浮也有其缺点，第一是可靠性，虽然构筑物在设计使用年限内放空检修的时间很短，但每年也有一二次，如反滤层被堵塞，则水位很难降至底板以下；第二，如果遇到非正常排空，将会发生构筑物上浮事故。当然，在排水工程中，可采取适当的措施，在非正常排空时使地下水自动进入构筑物内，提高构筑物的可靠度。 4. 观察井抗浮：和降水抗浮相似，只是不设反滤层，利用地 下水的涨落安排构筑物放空检修的时间。方法也很简单，在构筑物周围设若干观察井，井内标示可放空检修的临界水位线，如在一个时期内地下水位低于临界水位，则可放空检修。应该讲，在地下水位涨落差较大的地区采用本方法，是所有抗浮方法中土建工程造价最低的。其缺点是检修时间不灵活，且有一定的管理成本，非正常排空亦有可能发生上浮事故。 二.    经济分析比较： 例：某排水工程终沉池,内径40m,池净高5m,地下水位距池底板顶3.0m。抗浮方法分别为：1.配重抗浮（设较厚的钢筋砼底板）；2.抗拔桩抗浮；3.降水抗浮；4.设观察井抗浮。其工程量分别为： 1.配重抗浮： 挖土方：2508 m3；3.86×2508=9681元 素砼垫层C10：134m3；145×134=19430 钢筋砼底板C25：2904 m3；460×2904=1335840 预应力砼池壁C40：190m3;899×190+40000=210810 2.抗拔桩抗浮： 挖土方：200 m3；3.86×200=772 直径400mm沉管灌注桩，长12m：150根；548×1.51×150=123892 素砼垫层C10：134m3；145×134=19430 钢筋砼底板C25：594 m3;460×594=273240 预应力砼池壁C40：190m3;899×190+40000=210810 3.降水抗浮： 挖土方：200 m3；3.86×200=772 素砼垫层C10：134m3；145×134=19430 钢筋砼底板C25：413 m3;501×413=206913 预应力砼池壁C40：190m3;899×190+40000=210810 反滤层：726 m3;59.5×726=43197 降水井：4座；1521×4=6084 4.设观察井抗浮： 素砼垫层C10：134m3；145×134=19430 钢筋砼底板C25：413 m3;558×413=230454 预应力砼池壁C40：190m3;899×190+40000=210810 观察井：3座；1521×3=4563 其土建工程造价(直接费)分别为： 1.配重抗浮： 1575761元 2.抗拔桩抗浮：628144元 3.降水抗浮： 487206元 4.设观察井抗浮：465257元 ——依据1999年全国市政工程定额。土方工程量为相对量。 需要说明的是,本例的结果并无倾向性,抗浮 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定是一个复杂的问题, 工程造价是重要因素但不是决定性因素。 1 适用的规范 抗浮锚杆的设计并无相应的规范条文，《建筑地基基础设计规范 GB50007---2002》中“岩石锚杆基础”部分以及《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》有关锚杆的部分可以参考使用，不过最好只用于估算，锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，有一些锚杆构造做法可以参考。对于锚杆估算，推荐使用《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》，对于岩土的分类较细，能查到一些必要的参数。 2 锚杆需要验算的内容 1)锚杆钢筋截面面积； 2)锚杆锚固体与土层的锚固长度； 3)锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度； 4)土体或者岩体的强度验算； 3 锚杆的布置方式与优缺点 1) 集中点状布置，一般布置在柱下；优点：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，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有很强的抵抗力。缺点：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；地下室底板梁板配筋较大。 2) 集中线状布置，一般布置于地下室底板梁下；优点：由于锚杆布置相对集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有较强的抵抗力。缺点：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（个人认为考虑的话偏于不安全，对于跨高比小于6的底板梁，可以适当考虑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；地下室底板板配筋较大。 3) 面状均匀布置，在地下室底板下均匀布置；优点：适用于所有土体和岩体；地下室底板梁板配筋较小。缺点：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（个人认为考虑的话偏于不安全）；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于能分担的锚杆较少，此情况抵抗力差；由于锚杆布置相对分散，对于地下室底板下的外防水施工比较麻烦。 4) 集中点状布置推荐用于坚硬岩；集中线状布置推荐用于坚硬岩与较硬岩；面状均匀布置推荐用于所有情况； 4 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 1) 集中点状布置，抗浮锚杆与岩石锚杆基础结合为优，需注意柱底弯矩对锚杆拉力的影响，特别是柱底弯矩较大的时候； 2) 参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》，应选用永久性锚杆部分内容； 3) 岩石情况（坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩）应准确区分，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》表7.2.3-1注4； 4) 锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》附录C； 5) 抗浮设计水位的确定应合理可靠，一般应由地质勘测单位提供，比较可靠和有说服力，应设置水位观测井，对于超出抗浮设计水位的情况应有应对措施； 6) 锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载，未考虑锚杆间距影响（附图一填充部分），特别是锚杆间距较为密集时的情况；当单根锚杆影响范围内的土体自重（附图二填充部分）大于锚杆拉力时，可以不考虑锚杆间距影响； 7) 由于锚杆钢筋会穿过底板外防水，锚杆钢筋应有防水措施； 8) 锚杆锚固体与（岩）土层的锚固长度应取有效锚固长度，由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动，特别是采用爆破开挖的基坑，一般要加300-500MM； 准确的确定场地的地下水位是抗浮设计是否成功的前提,一般做法是,按施工期间的进度来考虑,如果在一年内上部结构能做起来,荷载>浮力,这时仅考虑近5年来,一个水文年的最高水位;若荷载<浮力,是一个永久作用,按1/50年一遇水位设计,特殊的建筑物按1/100一遇水位;2002年我院做的一个大剧院就是按1/100考虑的. 另外,抗浮锚杆的有效长度的取值可按《建筑边坡工程技术规范》表7.2.3.1和表7.2.3.2取值，另外，也可参照《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99表6.1.4取值,前者在土体与锚固体的粘结强度值要小一些,工程实践中我认为后者要更加合理,受爆破的岩体,只要灌浆质量能保证后,抗拨力不会小,有时反而有提高. 抗浮锚杆还是要锚入坚硬岩土层为好,即便按面状布置最好也能锚入岩石内,不然抗拨力太小,比如说淤泥或一些饱和土体能提供的抗拨力实在太小,经济上不合理,防水更是一个大问题,需要强调的是灌浆强度最好与地下室砼强度在一个等级上,否则会在结合部分出现裂缝,成为地下水的通道,给防水带来一定难度.锚筋用二级螺纹钢能得到较大的握裹力但砂浆收缩后与钢筋的裂隙也是地下水的一个上升通道,这个问题我们一直没解决,谁有好的建议一定要提哈. 以前做过一个抗浮设计,在独立基础里面打岩石锚杆,思路按阿基米德定律(荷载-浮力)×抗浮稳定安全系数(一般取1.3)÷单根锚杆的抗拨承载力=n(锚杆根数),现在《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ 71-20048.6节有较明确规定,如果抗浮锚杆间距不满足《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94的规定,要考虑群锚作用的影响,一般按0.8折减. 个人感觉抗浮锚杆的设计计算偏保守,其中浮力的计算是个难点,比如说粘土中的以结合水形式存在,岩石中的水多以基岩裂隙水存在,通通都按阿基米德定律计算所受浮力是乎不妥.这方面还要听各位同仁的建议.