黃建新

(江蘇省如東縣建筑工程安全監(jiān)督站，江蘇 如東 226400)

0 引 言

隨著我國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，環(huán)境、市政等工程項(xiàng)目大量投建，其中以大型水處理構(gòu)筑物最具代表性。在進(jìn)行建設(shè)于地下水位高且埋深較深的地下水池排空檢修的過(guò)程中，地下水會(huì)對(duì)水池等構(gòu)筑物產(chǎn)生較大的上浮力，影響構(gòu)筑物的安全性。所以，在構(gòu)筑物設(shè)計(jì)階段必須采取恰當(dāng)?shù)目垢〈胧╊A(yù)防構(gòu)筑物因上浮力的作用而發(fā)生開(kāi)裂以及周?chē)噙B管道因受力不均而出現(xiàn)破壞，保證構(gòu)筑物長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。與此同時(shí)，不同的抗浮設(shè)計(jì)和抗浮措施既影響抗浮效果，又與工程造價(jià)直接相關(guān)，必須在充分保證構(gòu)筑物運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性等角度選擇恰當(dāng)適用的抗浮措施。

當(dāng)前，較為常用的抗浮設(shè)計(jì)包括抗力平衡型和降水疏排型兩類(lèi)?？沽ζ胶庑涂垢≡O(shè)計(jì)主要借助自重或壓重、抗拔錨桿及抗拔樁等措施加大抗力，使之超過(guò)地下水浮力后實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑物抗浮穩(wěn)定的目的；降水疏排型抗浮設(shè)計(jì)則主要通過(guò)砂石反濾層、排水盲溝、降水井、抗浮閥等排降水措施的應(yīng)用，使地下水位降至自重平衡抗浮水位，實(shí)現(xiàn)抗浮穩(wěn)定。

抗力平衡型和降水疏排型抗浮措施在設(shè)計(jì)理念、技術(shù)要求、施工難度及工程造價(jià)等方面存在較大差異?？沽ζ胶庑涂垢〈胧┕に嚤容^成熟，適用性較廣，且無(wú)需后期運(yùn)營(yíng)監(jiān)管等投入，對(duì)于長(zhǎng)期處于高地下水位且土質(zhì)不良的南方及沿海地區(qū)的構(gòu)筑物較為適用，為增強(qiáng)抗浮效果，還可以將地基設(shè)計(jì)為承壓和抗拔一體樁[1]，使其兼具承受上部荷載和抗浮的作用。而對(duì)于地下水位長(zhǎng)期較低運(yùn)行且構(gòu)筑物僅在短時(shí)間的排空檢修期內(nèi)有抗浮安全需要的情況，如果將其按照長(zhǎng)期最不利水位設(shè)計(jì)，則勢(shì)必增大建設(shè)成本。降水疏排型抗浮設(shè)計(jì)施工工藝簡(jiǎn)單，周期較短，施工成本低，且只在構(gòu)筑物放空檢修期內(nèi)地下水位達(dá)設(shè)計(jì)高度的情況下，才需要以人工措施降低地下水位。降水疏排型抗浮措施對(duì)于諸如北方地區(qū)的構(gòu)筑物地下水位年平均值較低且放空檢修期可控制在枯水期進(jìn)行的情況較為適用，通過(guò)設(shè)置降水井，既能在構(gòu)筑物高水位運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)基坑降水的目的，還能用于后期監(jiān)測(cè)。此外，若因周?chē)ㄖ镆纫蛩卦斐傻叵滤簧?，如果采用抗力平衡型抗浮設(shè)計(jì)將難以滿足構(gòu)筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要，而改用降水疏排型抗浮設(shè)計(jì)，則可以通過(guò)加大抽水量[2]以快速消除水浮力問(wèn)題。但降水疏排型抗浮措施在應(yīng)用過(guò)程中需要考慮砂石反濾層的維護(hù)費(fèi)用等問(wèn)題。

1 工程概況

某污水處理廠三期工程所處區(qū)域表層為第四系新近沉積黏土、粉土和粉細(xì)砂，根據(jù)地勘結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)存在的地下水主要為第四系潛水，水位埋深1.8 m，不同土層地基承載力在90～150 MPa，且構(gòu)筑物中的鋼筋在長(zhǎng)期浸水情況下具有弱腐蝕性，在干濕交替的情況下具有中等腐蝕性，場(chǎng)地內(nèi)不存在液化、濕陷等不良地質(zhì)，鉆孔灌注樁樁基參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 鉆孔灌注樁樁基參數(shù)

污水處理廠三期工程二沉池為圓形敞口水池，池外徑3.8 m，池高4.90 m，池底板埋深4.0 m，地下水位埋深1.8 m，二沉池構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)必須綜合考慮并比較壓重、抗拔樁等抗浮設(shè)計(jì)措施的抗浮能力，比較結(jié)果見(jiàn)表2。該三期工程生化池設(shè)計(jì)尺寸70.0 m 75.5 m，池高7.5 m，池底埋深最低達(dá)5.5 m，地下水位埋深1.8 m，生化池構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)綜合比較壓重、抗拔樁、砂石反濾層、錨桿等抗浮措施，比較結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 二沉池構(gòu)筑物抗浮措施比較

表3 生化池構(gòu)筑物抗浮措施比較

2 二沉池抗浮措施設(shè)計(jì)

2.1 壓重

考慮到本污水處理廠三期工程二沉池構(gòu)筑物自重和浮力相當(dāng)，可以采用壓重即增加配重的抗浮措施，即在鋼筋混凝土底板下增設(shè)厚度50 cm的C30混凝土墊層，墊層總厚度60 cm，并在墊層和底板之間增設(shè)構(gòu)造拉筋。

增加配重的抗浮措施施工過(guò)程簡(jiǎn)便，無(wú)需后續(xù)運(yùn)行管理，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須將挖方增加、降水等費(fèi)用及池壁長(zhǎng)度加長(zhǎng)、底板配筋量增大等因素和不利影響考慮進(jìn)去，若墊層配重過(guò)厚，會(huì)因墊層和底板之間的拉筋而增大施工難度，對(duì)于地下水有腐蝕性的施工及運(yùn)行環(huán)境，還會(huì)因底板與墊層間微小縫隙受地下水腐蝕后導(dǎo)致底板與配重墊層分離而引發(fā)抗浮設(shè)計(jì)失效。

2.2 抗拔樁

抗拔樁抗浮措施主要借助樁側(cè)摩阻力抵抗地下水對(duì)構(gòu)筑物施加的浮力，抗拔樁樁徑通常在40～60 cm之間，樁距為200～300 cm，抗拔樁主要有灌注樁和預(yù)制樁等樁型?？紤]到污水處理廠三期工程二沉池構(gòu)筑物為平板基礎(chǔ)，樁徑越小則同體積樁表面積所產(chǎn)生的摩擦力越大，所以，必須選擇樁徑小、單樁抗拔力小的抗拔樁密布布置，并根據(jù)地勘結(jié)果所顯示的不同土層摩阻力及構(gòu)筑物設(shè)計(jì)抗浮力進(jìn)行樁長(zhǎng)和樁徑的確定。在二沉池底板下增設(shè)樁徑50 cm、樁長(zhǎng)600 cm、樁間距280 cm的C35混凝土鉆孔灌注樁150根，單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值為200 kPa?？拱螛犊垢〈胧┦┕ず?jiǎn)便，耐久性好，且對(duì)地下水環(huán)境有較好的適用性。

通過(guò)表2中對(duì)壓重和抗拔樁兩種二沉池構(gòu)筑物抗浮措施的工程量及施工費(fèi)用的比較可以看出，污水處理廠三期工程二沉池構(gòu)筑物應(yīng)當(dāng)選擇壓重的抗浮設(shè)計(jì)，在減少工程量的同時(shí)控制施工費(fèi)用，故選擇壓重的抗浮設(shè)計(jì)。

3 生化池抗浮措施設(shè)計(jì)

3.1 壓重

在生化池池底增加1.8 m厚的C20混凝土墊層配重，若墊層厚度較大可能會(huì)在底板和墊層之間引發(fā)裂縫、降低拉筋強(qiáng)度而導(dǎo)致墊層和底板發(fā)生分離，引起抗浮措施失效，無(wú)法保證抗浮施工質(zhì)量。根據(jù)地勘結(jié)果將配重墊層厚度設(shè)計(jì)為1.8 m。

3.2 抗拔樁

在生化池池底板以下增設(shè)直徑50 cm、長(zhǎng)度9.8 m的C35混凝土鉆孔灌注樁，并結(jié)合生化池內(nèi)部所采取的分隔情況，將樁間距設(shè)定為2.2～3.0 m，單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值為350 kPa，灌注樁設(shè)置數(shù)量為960根。

3.3 砂石反濾層

砂石反濾層通常由3、4層粒徑不同的砂石、碎石等材料構(gòu)成，在反濾層施工過(guò)程中必須加強(qiáng)砂石顆粒的分級(jí)和排列，以保證順?biāo)飨虻念w粒粒徑逐層增大，并防止細(xì)顆粒土在持續(xù)水壓的影響下堵塞有效滲水孔隙和通道，達(dá)到水位穩(wěn)定的要求。反濾層的施工必須嚴(yán)格按照層次和厚度進(jìn)行，在鋪設(shè)反濾層的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)通過(guò)平板振搗器振搗密實(shí)，且濾料應(yīng)當(dāng)選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、不易風(fēng)化水解的石料，并用土工布包裹碎石。與其余抗浮措施相比，砂石反濾層造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)便，但是反濾層容易遭堵塞，如遇非正常排空且無(wú)法及時(shí)實(shí)現(xiàn)降水，則會(huì)增大構(gòu)筑物上浮的風(fēng)險(xiǎn)[3]。本生化池池底墊層下鋪設(shè)30 cm厚的砂石反濾層和5座降水井，并通過(guò)盲溝將降水井和砂石層項(xiàng)鏈。

通過(guò)表3中對(duì)污水處理廠三期工程生化池構(gòu)筑物壓重、抗拔樁、砂石反濾層等抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行的工程量及費(fèi)用的比較可以看出，壓重設(shè)計(jì)的總費(fèi)用為1 682 800元，抗拔樁設(shè)計(jì)的總費(fèi)用為2 822 400元，砂石反濾層措施的總費(fèi)用136 400元，結(jié)合各項(xiàng)措施的施工難易程度綜合考慮后，最終選擇砂石反濾層抗浮設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

結(jié)合工程應(yīng)用可以看出，給排水構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)及抗浮措施的選擇對(duì)工程造價(jià)及結(jié)構(gòu)受力有較大影響，在抗浮設(shè)計(jì)過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)安全性、經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)可行性的目標(biāo)，必須結(jié)合地勘資料和場(chǎng)地具體情況、地下水位變化等進(jìn)行抗浮水位的合理確定，并據(jù)此進(jìn)行抗浮方案的選擇。分析結(jié)果表明，該污水處理廠三期工程二沉池選擇壓重的抗浮設(shè)計(jì)，生化池采用砂石反濾層抗浮設(shè)計(jì)。