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大型排水构筑物的抗浮设计
作者:佚名    信息中心来源:不详    点击数:    更新时间:2007-7-22    【字体:

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。

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一.    抗浮方式的探讨:

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1.   配重抗浮:小型水池一般不需要配重抗浮,因其池壁相距

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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。

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    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。

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2.   锚固抗浮:锚固抗浮一般有两种方法:

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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。

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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。

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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。

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4. 观察井抗浮:和降水抗浮相似,只是不设反滤层,利用地

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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。

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二.    经济分析比较:

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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:

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1.配重抗浮:

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挖土方:2508 m3;3.86×2508=9681元

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素砼垫层C10:134m3;145×134=19430

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钢筋砼底板C25:2904 m3;460×2904=1335840

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预应力砼池壁C40:190m3;899×190+40000=210810

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2.抗拔桩抗浮:

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挖土方:200 m3;3.86×200=772

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直径400mm沉管灌注桩,长12m:150根;548×1.51×150=123892

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素砼垫层C10:134m3;145×134=19430

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钢筋砼底板C25:594 m3;460×594=273240

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预应力砼池壁C40:190m3;899×190+40000=210810

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3.降水抗浮:

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挖土方:200 m3;3.86×200=772

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素砼垫层C10:134m3;145×134=19430

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钢筋砼底板C25:413 m3;501×413=206913

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预应力砼池壁C40:190m3;899×190+40000=210810

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反滤层:726 m3;59.5×726=43197

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降水井:4座;1521×4=6084

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4.设观察井抗浮:

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素砼垫层C10:134m3;145×134=19430

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钢筋砼底板C25:413 m3;558×413=230454

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预应力砼池壁C40:190m3;899×190+40000=210810

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观察井:3座;1521×3=4563

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其土建工程造价(直接费)分别为:

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1.配重抗浮: 1575761元

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2.抗拔桩抗浮:628144元

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3.降水抗浮:  487206元

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4.设观察井抗浮:465257元

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——依据1999年全国市政工程定额。土方工程量为相对量。

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需要说明的是,本例的结果并无倾向性,抗浮方案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。

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