時間:2014年03月12日 分類:推薦論文 次數(shù):
摘要:在清水池的結構設計中,抗浮設計往往成為制約結構設計的重要影響因素之一。本文簡要介紹了清水池幾種不同的抗浮設計方法,并結合工程實例予以詳細計算。
關鍵詞:設計師職稱論文,期刊發(fā)表,清水池,抗浮設計,抗浮錨桿
1、概述
清水池為儲存水廠中凈化后的清水,以調(diào)節(jié)水廠制水量與供水量之間的差額,并為滿足加氯接觸時間而設置的水池。同時,清水池還具有高峰供水低峰儲水的功能。
因為清水池的儲水作用,所以一般清水池的容積和面積較大,因此清水池抗浮設計往往成為制約結構設計的重要影響因素之一。GB50069-2002《給水排水工程構筑物結構設計規(guī)范》中5.2.3條指出:抗浮驗算屬于承載能力極限狀態(tài)計算的強制性條文。因此本文簡要闡述清水池的抗浮方法及其相關的抗浮計算。
2、清水池的抗浮方法
清水池的抗浮設計主要有抗和放兩個方向。所謂抗,就是利用配重,錨固等方法進行硬抗;所謂放,就是用降水等方法,降低水位從而減少水的浮力。常用的抗浮方法有配重抗浮、錨固抗浮、降水抗浮等。
2.1配重抗浮
配重抗浮就是給水池附加其它重量以用于抗浮,一般有4種方法。
1)在底板上部設低等級混凝土壓重;
2)加厚底板;
3)在底板下配重;
4)在頂板上部覆土壓重。
配重抗浮的優(yōu)點是簡單可靠,當構筑物自重與浮力相差不大的時候應盡量采用配重抗浮,這樣對工程造價影響較少,投產(chǎn)后也沒有管理成本。
2.1.1在底板上部設低等級混凝土配重
使用該方法,混凝土配重將加大水池的埋深,將導致增加挖方、排水及基坑支護的費用,配重也增加了基底應力,引起較大的地基變形,見圖1。
2.1.2加厚底板
加厚底板也增加池體的總體埋深,增加挖方、排水及基坑支護的費用。雖然壁板的計算長度不會增加,但是很多情況下底板的受力較少,按構造配筋即可。這時候增加底板的厚度按最小配筋率設置的構造配筋將會增大,增加造價。
2.1.3在底板下配重
底板與掛重部分混凝土需要用鋼筋連接,施工比較麻煩,當?shù)叵滤畬︿摻詈突炷辆哂懈g性時在底板掛混凝土的方法需謹慎使用,見圖2。
2.1.4在頂板上部覆土壓重
在頂板上部覆土壓重不會加厚底板,效率較高。但是覆土壓重會加大頂板的荷載,增加頂板配筋及板厚,所以覆土壓重的重量不宜過大,見圖3。
2.2錨固抗浮
2.2.1錨桿
錨桿是在底板與其下土層之間設置拉桿,當?shù)装逑掠袌杂餐翆忧疑疃炔淮髸r,設置錨桿較為經(jīng)濟方便;但有機質土、液限WL>50%和相對密度Dr<0.3的地層不得作為永久性錨桿的錨固地層。錨桿直徑一般取150mm~180mm。
2.2.2抗拔樁
抗拔樁是利用樁與土的摩擦力來抵抗浮力,可以采用灌注樁或預制樁。抗拔樁的設置可以與池體的基礎受力模式總體考慮。在淤泥層較厚的地區(qū),可以采用樁基礎作為清水池的基礎形式,樁基礎同時起到抗拔樁的作用。
2.3降水抗浮
降水抗浮的思路是不硬抗浮力,而是通過降低地下水位從而減少浮力。具體的做法是在構筑物的底板下設置反濾層,在構筑物周邊設降水井,降水井與反濾層之間用盲溝相連。
降水抗浮的優(yōu)點是工程造價低,但也有其明顯的缺點:
1)可靠性差,反濾層很容易被堵塞,使水位難以下降到底板以下;
2)如果遇到非正常排空,將會發(fā)生構筑物上浮,出現(xiàn)工程事故。
3、抗浮計算
3.1抗浮驗算的安全系數(shù)
基礎抗浮穩(wěn)定性應符合下式要求:
Gk——建筑物自重及壓重之和(只計入永久作用且采用標準值)
Nw,k——浮力作用值(地下水對建筑物的浮托力標準值)
Kw——抗浮穩(wěn)定系數(shù),一般情況下可取1.05
在進行整體抗浮驗算的同時,應對結構自重較小的區(qū)域進行局部驗算;在地下水作用下,底板構件應具有足夠的強度和剛度,并應進行水浮力作用下的抗彎、抗剪和抗沖切承載力驗算;當抗浮力驗算不滿足要求時,應采取抗浮措施。
3.2.抗浮錨桿的計算
3.2.1抗浮錨桿的軸向抗拔承載力
粘結型錨桿
qsia——第i土層的錨桿錨固段側阻力特征值
li ——第i土層的錨桿錨固段有效錨固長度
3.2.2抗拔錨桿體的橫截面面積As
式中 As——抗拔錨桿鋼筋或預應力鋼絞線橫截面面積;
Ntd——荷載效應基本組合下的錨桿軸向拉力設計值;
Rt ——錨桿豎向上拔力;
fy ——鋼筋或鋼絞線的抗拉強度設計值;
ξ2 ——錨筋抗拉工作條件系數(shù),永久錨桿取0.69。
3.2.3錨桿鋼筋與砂漿體之間的錨固長度還應滿足下式驗算要求
式中 n——鋼筋或鋼絞線根數(shù);
D——單跟鋼筋或鋼絞線直徑;
fb——鋼筋或鋼絞線與錨固注漿體之間的粘結強度設計值
ξ3——鋼筋與砂漿粘結強度工作條件系數(shù),對于永久性錨桿取0.60,臨時性錨桿取0.92
3.3抗拔樁的計算
基樁抗拔承載力特征值可按下列公式計算
式中Rta——基樁抗拔承載力特征值;
Tuk——基樁抗拔極限承載力標注值;
Gp——基樁自重,地下水位以下取浮重度,對于擴底樁按表確定樁、土柱體周長,計算樁、土自重;
ui——破壞表面周長,對于等直徑樁取ui =πd;
qsik——樁側表面第i層土的抗壓極限側阻力標注值;λi——抗拔系數(shù)
4、工程實例
4.1工程概況
廣東省從化市某水廠清水池,平面尺寸48米×30米,池總高度6.38米,見圖4。其中地下部分4.1米,地上部分2.28米(包括1米覆土)。因該廠區(qū)靠近流溪河,根據(jù)地質資料顯示,地下水位取室外標高。結構采用無粱樓蓋式,柱距4.2米×4.3米。
4.2抗浮驗算
根據(jù)該工程場地地質條件,清水池采用天然筏板基礎,基礎持力層為粉質粘土層。因地下水位高,采用在底板上部設低等級混凝土壓重、加厚底板、在底板下配重等形式,需要加大開挖深度,且浮容重部分才可用于抗浮。因此擬采用池頂覆土1米用于配重抗浮且用作綠化土壤,(見圖5)抗浮不足部分,采用錨桿抗浮。
4.2.1抗浮計算
本清水池為無梁樓蓋式底板,應計算局部抗浮。經(jīng)計算,單根柱子區(qū)域池體自重+池頂1米覆土產(chǎn)生的總抗浮力為598.40kN。按池體的抗浮設計水位為地面±0.00計算,單根柱子分攤的池體浮力為740.46kN。則局部抗浮系數(shù)為598.4/740.46=0.85<1.05,抗浮不滿足要求。
4.2.2錨桿設計
按每2.10m×2.15m范圍布置一條錨筋,則單根柱承重區(qū)域4.2m×4.3m范圍內(nèi)布置4條錨筋,取錨桿直徑D=150mm,長度10米,主要地層為可塑粉質粘土層。
單條錨筋抗拔力:
錨桿鋼筋截面面積
取2Ф25,則 As=982mm 滿足要求。
錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度
取la=10000mm 滿足要求,按Nak=90KN計算。
4.2.3局部抗浮驗算
則局部抗浮滿足要求。
5、結語
清水池的抗浮設計應結合地基土層及構筑物的埋深、平面尺寸等實際情況選擇使用,從而達到安全可靠,節(jié)省造價、管理維護方便的目的。本工程綜合運用頂板上部壓重,錨桿等方式抗浮,節(jié)約了工程造價。項目現(xiàn)已建成投入使用,運行效果良好。
參考文獻:
[1] 給水排水工程設計手冊.第二版.中國建筑工業(yè)出版社
[2] GB50069-2002《給水排水工程構筑物結構設計規(guī)范》
[3] GB50007-2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》
[4] GB50330-2002《建筑邊坡工程技術規(guī)范》
[5] 《全國民用建筑工程設計技術措施——結構(地基與基礎)》2009