地下式给水排水结构物的抗浮设计 发布日期：2015-08-07 来源：建筑工程技术与设计 浏览次数：3
核心提示： 本文介绍了给水排水结构物的整体抗浮和局部抗浮验算方法，并结合具体的工程实例探讨了市政工程抗浮设计中常用的工程措施，供相关设计人员参考。 0引言
抗浮是给水排水工程结构稳定验算的重要方面，也是其结构设计的首要环节。在市政工程建设中，给排水工程结构常需埋置于地面以下。在地下水较丰富的地区，当地下水位高于结构底面时，结构将受到地下水的浮托力作用。此外，如结构物基坑回填采用透水性材料或非透水性填料未能压实，上层滞水也会产生浮托力。设计人员在给水排水结构设计中，应根据场地的水文地质条件首先对结构物进行抗浮验算，拟定其相关结构尺寸。然而，在具体的工程实践中，给排水结构物由于抗浮失稳造成的破坏并不鲜见。笔者对市政工程中几种典型给水排水结构物抗浮设计方法进行了总结和讨论，供相关人员参考。
1给水排水结构的上浮力作用及抗浮验算
地下式给水排水结构物（构筑物、管道等）受到的地下水浮托力可用阿基米德原理进行解释和计算。阿基米德原理要求浸入静止流体的物体下表面必须与流体接触，故理论上“对节理不发育的岩石和粘土”，地下水（含上层滞水）对结构物按阿基米德原理计算得到的浮力可进行折减。实际工程中，由于地方经验或实测数据的欠缺，设计时对结构物受到的浮力通常未考虑这种折减。则结构物可按下式进行抗浮稳定验算：
式中：为抗浮力总和（仅计入永久荷载），根据所采用的抗浮方式确定，为同时采用的抗浮方式数。为地下水重度标准值。为结构物浸入地下水部分的体积，地下水位应考虑可能出现的最高水位，可用勘察部门根据场地内水文地质条件综合确定的抗浮设防水位。为抗浮稳定性抗力系数，对构筑物结构取1.05，对管道结构取1.10。
2给水排水结构物常用抗浮方式
结构抗浮工程措施一般有结构自重抗浮、配重抗浮、锚杆（或基桩）抗浮及管理抗浮（导渗抽排）。工程设计时，应综合考虑地下水位、结构特征、地形地貌、地质土层情况、施工能力等因素，经技术、经济比选后，最终确定抗浮措施。
2.1自重抗浮
靠结构物自身结构构件的重量满足抗浮要求，自重计算不包括设备重、使用荷载及安装荷载，适用于自重加大不多即可满足抗浮要求的情况。一般中小型给水排水构筑物、管道等常采用此抗浮方式，当抗浮稳定不满足时，适当加大其结构构件的尺寸。自重抗浮较其它抗浮方式更安全可靠。
2.2配重抗浮
通过在结构物上增加压重满足抗浮要求。常用的配重是构筑物外挑底板上的填土（地下水位以下填土取浮容重）或砌体。在不影响使用空间的情况下，也可在结构物内设置填料（如毛石砼或其他低强度等级砼）。当管道自重抗浮不满足要求时，在管道上设置现浇或预制砼块也是配重抗浮的一种形式。
2.3锚杆（基桩）抗浮
利用锚杆（基桩）的抗拔承载力来抵抗地下水浮托力，常用于结构物所受地下水浮力较大，采用自重抗浮等其他抗浮方式难以满足要求的情况。锚杆（基桩）应均匀布置在构筑物底板下壁板轴线位置，或在整个底板下均匀设置。前者不改变底板受力情况，后者在底板受力分析时应考虑地下水浮力的影响。
锚杆（基桩）抗拔承载力特征值应通过现场载荷试验确定，初步设计时可根据《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）或《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中有关公式估算。
3几种典型给水排水结构物的抗浮计算实例
3.1管道
某工程截污管采用DN800钢筋砼管，分陆地段和河道段两部分。陆地段采用开槽敷设，管顶覆土1.2m，抗浮设防水位取地面以下0.5m；河道段管道无覆土，管顶位于河道常水位以下。管道抗浮验算如下（整体抗浮）：
陆地段：=（18x0.5+8x0.7）x0.96+24x0.785x（0.962-0.82）=19.32KN/m， =10x0.785x0.962=7.23KN/m，/=2.67>1.1，抗浮验算满足要求。
河道段：=24x0.785x（0.962-0.82）=5.31KN/m，则/=0.73
=5.31+（6.81/2.5）=8.03KN/m，/=1.11>1.1，满足抗浮要求。
3.2箱涵
某雨水箱涵BXH=4.0x3.0m，壁板厚350mm，顶、底板厚均为400mm，底板外挑400mm，涵顶覆土1.0～2.7m。涵顶道路荷载为公路-Ⅰ级，管道结构的重要性系数取1.0。抗浮计算地下水位按设计路面以下0.5m。该构筑物抗浮验算如下（仅需整体抗浮，采用自重+配重抗浮，涵顶覆土取1.0m，为最不利情况）：
=24x[5.5x0.4+（4.7x3.4-4x3）]+（18x0.5+8x0.5）x4.7+[0.4x（18x0.5+3.9x8）x2] =241.58KN/m
=10x（5.5x0.4+4.7x3.4）=181.8KN/m，/=1.32>1.05，满足抗浮要求。
3.3清水池
某工程清水池结构布置如图二所示，池内设置400400mm立柱，立柱间距3.5x4.0m，采用无梁楼盖结构，池顶覆土厚300mm。±0.000相当于黄海高程48.000m，根据本工程地质勘察报告，抗浮设防水位取黄海高程49.500m。现对清水池进行抗浮验算（局部抗浮）：浮力=10x1.95=19.5Kpa；
顶板及其上覆土重=24x0.25+18x0.3=11.4Kpa；底板自重=24x0.45=10.8Kpa； 立柱自重折算=24x0.4x0.4x3.5/（3.5x4）=0.96Kpa
则/=23.16/19.5=1.18>1.05，满足抗浮要求。
4结语
地下式给水排水结构物抗浮验算包括整体抗浮和局部抗浮。在复杂的工程实践中，设计人员应根据给水排水结构物的具体型式、结构特点及场地水位地质条件等因素，对其进行正确的抗浮验算，并采取适宜的抗浮措施，保证结构安全。施工阶段的抗浮，应要求施工单位切实做好基坑排水工作，确保不间断排水。如出现意外，基坑无法抽排而导致积水时，应立即对正在进行施工的结筑物采取临时抗浮措施，确保结筑物不致抗浮失稳破坏。 参考文献
[1].GB50069-2002给水排水工程构筑物结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[2].GB50332-2002给水排水工程管道结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[3].给水排水工程结构设计手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2006. 关键词：构筑物管道整体抗浮局部抗浮抗浮措施
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地下式给水排水结构物的抗浮设计 发布日期：2015-08-07 来源：建筑工程技术与设计 浏览次数：3
核心提示： 本文介绍了给水排水结构物的整体抗浮和局部抗浮验算方法，并结合具体的工程实例探讨了市政工程抗浮设计中常用的工程措施，供相关设计人员参考。 0引言
抗浮是给水排水工程结构稳定验算的重要方面，也是其结构设计的首要环节。在市政工程建设中，给排水工程结构常需埋置于地面以下。在地下水较丰富的地区，当地下水位高于结构底面时，结构将受到地下水的浮托力作用。此外，如结构物基坑回填采用透水性材料或非透水性填料未能压实，上层滞水也会产生浮托力。设计人员在给水排水结构设计中，应根据场地的水文地质条件首先对结构物进行抗浮验算，拟定其相关结构尺寸。然而，在具体的工程实践中，给排水结构物由于抗浮失稳造成的破坏并不鲜见。笔者对市政工程中几种典型给水排水结构物抗浮设计方法进行了总结和讨论，供相关人员参考。
1给水排水结构的上浮力作用及抗浮验算
地下式给水排水结构物（构筑物、管道等）受到的地下水浮托力可用阿基米德原理进行解释和计算。阿基米德原理要求浸入静止流体的物体下表面必须与流体接触，故理论上“对节理不发育的岩石和粘土”，地下水（含上层滞水）对结构物按阿基米德原理计算得到的浮力可进行折减。实际工程中，由于地方经验或实测数据的欠缺，设计时对结构物受到的浮力通常未考虑这种折减。则结构物可按下式进行抗浮稳定验算：
式中：为抗浮力总和（仅计入永久荷载），根据所采用的抗浮方式确定，为同时采用的抗浮方式数。为地下水重度标准值。为结构物浸入地下水部分的体积，地下水位应考虑可能出现的最高水位，可用勘察部门根据场地内水文地质条件综合确定的抗浮设防水位。为抗浮稳定性抗力系数，对构筑物结构取1.05，对管道结构取1.10。
2给水排水结构物常用抗浮方式
结构抗浮工程措施一般有结构自重抗浮、配重抗浮、锚杆（或基桩）抗浮及管理抗浮（导渗抽排）。工程设计时，应综合考虑地下水位、结构特征、地形地貌、地质土层情况、施工能力等因素，经技术、经济比选后，最终确定抗浮措施。
2.1自重抗浮
靠结构物自身结构构件的重量满足抗浮要求，自重计算不包括设备重、使用荷载及安装荷载，适用于自重加大不多即可满足抗浮要求的情况。一般中小型给水排水构筑物、管道等常采用此抗浮方式，当抗浮稳定不满足时，适当加大其结构构件的尺寸。自重抗浮较其它抗浮方式更安全可靠。
2.2配重抗浮
通过在结构物上增加压重满足抗浮要求。常用的配重是构筑物外挑底板上的填土（地下水位以下填土取浮容重）或砌体。在不影响使用空间的情况下，也可在结构物内设置填料（如毛石砼或其他低强度等级砼）。当管道自重抗浮不满足要求时，在管道上设置现浇或预制砼块也是配重抗浮的一种形式。
2.3锚杆（基桩）抗浮
利用锚杆（基桩）的抗拔承载力来抵抗地下水浮托力，常用于结构物所受地下水浮力较大，采用自重抗浮等其他抗浮方式难以满足要求的情况。锚杆（基桩）应均匀布置在构筑物底板下壁板轴线位置，或在整个底板下均匀设置。前者不改变底板受力情况，后者在底板受力分析时应考虑地下水浮力的影响。
锚杆（基桩）抗拔承载力特征值应通过现场载荷试验确定，初步设计时可根据《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）或《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中有关公式估算。
3几种典型给水排水结构物的抗浮计算实例
3.1管道
某工程截污管采用DN800钢筋砼管，分陆地段和河道段两部分。陆地段采用开槽敷设，管顶覆土1.2m，抗浮设防水位取地面以下0.5m；河道段管道无覆土，管顶位于河道常水位以下。管道抗浮验算如下（整体抗浮）：
陆地段：=（18x0.5+8x0.7）x0.96+24x0.785x（0.962-0.82）=19.32KN/m， =10x0.785x0.962=7.23KN/m，/=2.67>1.1，抗浮验算满足要求。
河道段：=24x0.785x（0.962-0.82）=5.31KN/m，则/=0.73
=5.31+（6.81/2.5）=8.03KN/m，/=1.11>1.1，满足抗浮要求。
3.2箱涵
某雨水箱涵BXH=4.0x3.0m，壁板厚350mm，顶、底板厚均为400mm，底板外挑400mm，涵顶覆土1.0～2.7m。涵顶道路荷载为公路-Ⅰ级，管道结构的重要性系数取1.0。抗浮计算地下水位按设计路面以下0.5m。该构筑物抗浮验算如下（仅需整体抗浮，采用自重+配重抗浮，涵顶覆土取1.0m，为最不利情况）：
=24x[5.5x0.4+（4.7x3.4-4x3）]+（18x0.5+8x0.5）x4.7+[0.4x（18x0.5+3.9x8）x2] =241.58KN/m
=10x（5.5x0.4+4.7x3.4）=181.8KN/m，/=1.32>1.05，满足抗浮要求。
3.3清水池
某工程清水池结构布置如图二所示，池内设置400400mm立柱，立柱间距3.5x4.0m，采用无梁楼盖结构，池顶覆土厚300mm。±0.000相当于黄海高程48.000m，根据本工程地质勘察报告，抗浮设防水位取黄海高程49.500m。现对清水池进行抗浮验算（局部抗浮）：浮力=10x1.95=19.5Kpa；
顶板及其上覆土重=24x0.25+18x0.3=11.4Kpa；底板自重=24x0.45=10.8Kpa； 立柱自重折算=24x0.4x0.4x3.5/（3.5x4）=0.96Kpa
则/=23.16/19.5=1.18>1.05，满足抗浮要求。
4结语
地下式给水排水结构物抗浮验算包括整体抗浮和局部抗浮。在复杂的工程实践中，设计人员应根据给水排水结构物的具体型式、结构特点及场地水位地质条件等因素，对其进行正确的抗浮验算，并采取适宜的抗浮措施，保证结构安全。施工阶段的抗浮，应要求施工单位切实做好基坑排水工作，确保不间断排水。如出现意外，基坑无法抽排而导致积水时，应立即对正在进行施工的结筑物采取临时抗浮措施，确保结筑物不致抗浮失稳破坏。 参考文献
[1].GB50069-2002给水排水工程构筑物结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[2].GB50332-2002给水排水工程管道结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[3].给水排水工程结构设计手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2006. 关键词：构筑物管道整体抗浮局部抗浮抗浮措施
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