何偉琴，蘇敏賢

(深圳市廣匯源水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518020)

調(diào)蓄池總的來說就是將水資源儲(chǔ)存在一定規(guī)模的場(chǎng)地里，然后起到調(diào)蓄水量，避免峰值過大，或者是儲(chǔ)存水量以備以后凈化回用，當(dāng)水流超過調(diào)蓄最大流量時(shí)會(huì)從溢流口排出。有時(shí)候調(diào)蓄池甚至可以當(dāng)作河流水的沉淀池使用。實(shí)際工程應(yīng)用中，調(diào)蓄池的抗浮方式主要有配重抗浮、錨固抗浮、樁基抗浮、降水抗浮和觀察井抗浮等。以經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠為原則，結(jié)合場(chǎng)地的巖土工程地質(zhì)條件和水池結(jié)構(gòu)形式，抗拔錨桿技術(shù)是以錨桿提供抗拔力，抵抗地下水浮力與水池自重的差值。相比其它抗浮方式，錨固抗浮受制于場(chǎng)地地層特性和水池結(jié)構(gòu)布置。錨桿一般可按理想的抗拉構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，可忽略其受壓狀態(tài)，錨桿長(zhǎng)度根據(jù)地層條件在設(shè)計(jì)和施工階段作自由調(diào)整。

1 工程概況

深圳某河道工程擬在其河口位置新建污水調(diào)蓄池，調(diào)蓄池容積7000m3，占地面積約2000m2。其地層情況由上至下為：人工填土層，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，礫質(zhì)黏性土，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，中風(fēng)化花崗巖層。根據(jù)實(shí)際滿足承載力要求的情況，選擇強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層為持力層，各地層巖土基本物理力學(xué)參數(shù)值見表1[1]。

2 常用抗浮措施

由于調(diào)蓄池選址位置位于水庫淹沒區(qū)，水庫正常蓄水位為28.7m，而調(diào)蓄池建基面高程為21.7m。當(dāng)工況為調(diào)蓄池?zé)o水，而池外水位為28.7m(水深7m)時(shí)，調(diào)蓄池靠其自重?zé)o法滿足抗浮穩(wěn)定。需要考慮增加其它抗浮措施。本節(jié)介紹PHC抗拔管樁、壓重抗浮以及抗拔錨桿等3種抗浮措施，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 巖土基本物理力學(xué)參數(shù)建議值

2.1 PHC抗拔管樁

PHC抗拔管樁的優(yōu)點(diǎn)在于其機(jī)械化施工，施工周期短；適用于土層較厚的區(qū)域；可靠性高，可同時(shí)加固地基，對(duì)地基不好的情況尤為適用[2]。

PHC抗拔管樁的缺點(diǎn)是工程投資相對(duì)較大，沉樁過程中對(duì)周邊區(qū)域有一定影響，樁長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，要嚴(yán)格控制接樁部位的施工質(zhì)量。

2.2 抗拔錨桿

抗浮錨桿施工工藝原理抗浮錨桿，是指建筑物重力及其與周邊土體摩擦力之和小于地下水對(duì)其浮力時(shí)，而采取的基礎(chǔ)樁體。

抗浮錨桿是根據(jù)設(shè)計(jì)要求在基槽內(nèi)鉆孔，向孔內(nèi)注入混凝土，混凝土必須充實(shí)整個(gè)樁孔，然后在抗浮樁孔內(nèi)植入錨桿鋼筋，鋼筋應(yīng)對(duì)準(zhǔn)抗浮樁中心，并將設(shè)計(jì)用的鋼筋預(yù)留一定長(zhǎng)度，然后澆筑筏板基礎(chǔ)混凝土，當(dāng)筏板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，將工程主體與抗浮樁錨固在一起，工程主體接受的抗浮力是一種合力，其中抗浮樁貢獻(xiàn)了很大一部分，這樣就解決了工程主體向上漂浮的問題。

其優(yōu)點(diǎn)在于可以充分利用上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向力來平衡掉一部分水浮力；由于錨桿布置集中，有很強(qiáng)的抵抗力。面狀均勻布置，在地下室底板下均勻布置，適用于所有土體和巖體；地下室底板梁板配筋較小。

缺點(diǎn)是要求錨固于較硬巖體中，不適用于軟巖與土體，地下室底板板配筋較大。

抗拔錨桿的優(yōu)點(diǎn)在于其工藝成熟，抗拔錨桿施工方便；投資相對(duì)較低。

抗拔錨桿的缺點(diǎn)是對(duì)于個(gè)別錨桿承載力不足的情況，由于能分擔(dān)的錨桿較少，此情況抵抗力差，同時(shí)本工程巖層較深，采用抗拔錨桿，長(zhǎng)度較長(zhǎng)。

由于錨桿布置相對(duì)分散，對(duì)于地下室底板下的外防水施工比較麻煩。

2.3 壓重抗浮

壓重抗浮主要的過程是采用在調(diào)蓄池的內(nèi)部與、頂部或者調(diào)蓄池底外挑墻底部增加負(fù)重來實(shí)現(xiàn)抗浮。

壓重抗浮需要足夠深的池體，然后在調(diào)蓄池內(nèi)部澆筑壓重混凝土或者填筑其它壓重材料，用于實(shí)現(xiàn)抗浮的效果。

這樣的方法需要加大基坑深度與調(diào)蓄池壁的高度，增加壓力值，對(duì)地基承載力應(yīng)復(fù)核。卻不會(huì)加強(qiáng)池底受到的荷載不勻稱反作用力，影響底板的內(nèi)力不大，但會(huì)增加基坑的支護(hù)和基坑降水費(fèi)用。

3 抗浮設(shè)計(jì)

3.1 浮力計(jì)算

計(jì)算浮力的水位，根據(jù)高水位或驗(yàn)算施工階段抗浮的相應(yīng)水位確定。調(diào)蓄池所受的浮力等于它排開水的重量[4- 5]：

F=AH1γωg

(1)

式中，A—包括挑出部分的調(diào)蓄池底板面積，m2；γω—水密度，t/m3，一般取1，海水取1.03，水含泥沙量較大時(shí)，取1.05；H1—底板底面至水面高度，m。根據(jù)上式可以算出該調(diào)蓄池在水深7m時(shí)所受浮力為137.2×103kN。

當(dāng)?shù)鼗鶠榛鶐r時(shí)，應(yīng)將上式結(jié)果乘以面積系數(shù)K0，即F=K0AH1γω。一般取K0=0.8～1。目前在許多工程中，由于無確切地質(zhì)資料，仍取K0=1[4]。

3.2 抗浮方案的選擇

考慮到該調(diào)蓄池工程的實(shí)地情況，由于調(diào)蓄池所處的地層為粗砂礫巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等，加之工程預(yù)算有限，PHC抗拔管樁、壓重抗浮措施造價(jià)較高，不滿足本工程施工要求。因此考慮抗浮錨桿的施工造價(jià)相對(duì)低廉、工程可靠性高、操作方便、可以適應(yīng)水位的不斷變化等特點(diǎn)，采用抗浮錨桿用于本調(diào)蓄池的抗浮施工設(shè)計(jì)中。錨桿的桿體多使用鋼絞線，或者螺紋鋼筋，在螺紋鋼筋內(nèi)部灌入水泥漿等材料[5]。

該調(diào)蓄池的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處于粗礫砂層之中，結(jié)構(gòu)處于的基底相距中風(fēng)化地層3～5m，在充分考慮工程的經(jīng)濟(jì)效益與適用性，本工程的抗浮設(shè)計(jì)采取螺紋鋼筋錨桿，底板梁上的錨桿需要分布均勻。結(jié)構(gòu)的抗浮力包括了2個(gè)方面，其一是自重，其二是抗浮錨桿的抗拔力。

已知混凝土容重為25kN/m3，調(diào)蓄池圍墻與池底厚度為600mm，計(jì)算獲得本調(diào)蓄池自重為46353kN，單根錨桿抗拔力為P(kg)，可以依據(jù)下述公式進(jìn)行計(jì)算[4]：

P=πd1LR1

(2)

式中，d1—錨桿直徑，cm，本次取15cm；L—錨桿的有效錨固長(zhǎng)度，cm，本次取5m；R1—砂漿與巖石間的容許粘結(jié)力，kg/cm2，本次取4.5。計(jì)算獲得單根錨桿抗拔力為105975kg，即1038kN。

錨桿抗浮力總和與調(diào)蓄池浮力之間需滿足公式：

∑Gt/F≥Kt

(3)

式中，∑Gt—所有抗浮力總和；Gt=nP，n—錨樁數(shù)；F—調(diào)蓄池浮力，本文取137.2×103kN；Kt—安全系數(shù)，一般取值范圍為1.05～1.15。

[(1038n)+46353]/137200≥1.05

計(jì)算n≈94.1=95，因此本調(diào)蓄池需要布置至少95根錨桿。

嵌入地下的錨桿由于地下環(huán)境因素，地下水會(huì)腐蝕到錨桿本身，因此在設(shè)計(jì)過程中對(duì)防腐措施的問題應(yīng)該重點(diǎn)考慮[6- 8]。

使用的錨桿特點(diǎn)是全長(zhǎng)粘結(jié)性錨固體，頂部與主體結(jié)構(gòu)連接處是需要重點(diǎn)進(jìn)行防腐措施的位置，因?yàn)檫@個(gè)位置在施工灌漿過程中，土一側(cè)的約束常常有限，導(dǎo)致了灌漿不飽滿情況的出現(xiàn)，底板的施工也會(huì)導(dǎo)致錨桿頂受到破壞，以上的不利因素均會(huì)使得水體侵入錨桿以致于腐蝕發(fā)生。

為了消除上述錨桿腐蝕帶來的不利因素，可以采取下述技術(shù)措施[9- 10]：

(1)桿體鋼筋表面均全長(zhǎng)涂刷環(huán)氧樹脂涂層，對(duì)鋼筋進(jìn)行保護(hù)；

(2)錨桿頂部取消設(shè)置C15混凝土墊層，采用C20細(xì)石混凝土澆筑成倒錐形，澆筑底板混凝土前對(duì)其頂面糙化處理，加大、加強(qiáng)接觸面。

錨桿圖如圖1所示。

圖1 單錨桿大樣圖

4 結(jié)語

調(diào)蓄池是一項(xiàng)規(guī)模浩大的地下結(jié)構(gòu)工程，其受力因素復(fù)雜多變，在計(jì)算其抗浮作用時(shí)，常規(guī)的二維模型已難以滿足精度需要。需要結(jié)合三維模型來確定極限工況條件下的計(jì)算結(jié)果。調(diào)蓄池的抗浮驗(yàn)算過程不應(yīng)該被忽視，從經(jīng)濟(jì)性與適宜度的方面來確定抗浮措施。

本文選擇抗拔錨桿作為抗浮措施，經(jīng)過計(jì)算，該調(diào)蓄池為達(dá)到抗浮需要，所需錨桿數(shù)量應(yīng)不少于95根。同時(shí)嵌入地下的錨桿防腐措施也需要重點(diǎn)考量。調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意混凝土的配合比、摻合料的選用以及后期施工養(yǎng)護(hù)方面的問題，盡可能保證調(diào)蓄池結(jié)構(gòu)抗浮能力穩(wěn)定性。