1、地下式給水排水結構物的抗浮設計 摘要：本文介紹了給水排水結構物的整體抗浮和局部抗浮驗算方法，并結合具體的工程實例探討了市政工程抗浮設計中常用的工程措施，供相關設計人員參考。 關鍵詞：構筑物 管道 整體抗浮 局部抗浮 抗浮措施 0 引言 抗浮是給水排水工程結構穩定驗算的重要方面，也是其結構設計的首要環節。在市政工程建設中，給排水工程結構常需埋置于地面以下。在地下水較豐富的地區，當地下水位高于結構底面時，結構將受到地下水的浮托力作用。此外，如結構物基坑回填采用透水性材料或非透水性填料未能壓實，上層滯水也會產生浮托力。設計人員在給水排水結構設計中，應根據場地的水文地質條件首先對結構物進行抗浮驗算，擬

2、定其相關結構尺寸。然而，在具體的工程實踐中，給排水結構物由于抗浮失穩造成的破壞并不鮮見。筆者對市政工程中幾種典型給水排水結構物抗浮設計方法進行了總結和討論，供相關人員參考。 1 給水排水結構的上浮力作用及抗浮驗算 地下式給水排水結構物（構筑物、管道等）受到的地下水浮托力可用阿基米德原理進行解釋和計算。阿基米德原理要求浸入靜止流體的物體下表面必須與流體接觸，故理論上“對節理不發育的巖石和粘土”，地下水（含上層滯水）對結構物按阿基米德原理計算得到的浮力可進行折減。實際工程中，由于地方經驗或實測數據的欠缺，設計時對結構物受到的浮力通常未考慮這種折減。則結構物可按下式進行抗浮穩定驗算： 式中： 為抗浮

3、力總和（僅計入永久荷載），根據所采用的抗浮方式確定， 為同時采用的抗浮方式數。 為地下水重度標準值。 為結構物浸入地下水部分的體積，地下水位應考慮可能出現的最高水位，可用勘察部門根據場地內水文地質條件綜合確定的抗浮設防水位。 為抗浮穩定性抗力系數，對構筑物結構取1.05，對管道結構取1.10。 2給水排水結構物常用抗浮方式 結構抗浮工程措施一般有結構自重抗浮、配重抗浮、錨桿（或基樁）抗浮及管理抗浮（導滲抽排）。工程設計時，應綜合考慮地下水位、結構特征、地形地貌、地質土層情況、施工能力等因素，經技術、經濟比選后，最終確定抗浮措施。 2.1自重抗浮 靠結構物自身結構構件的重量滿足抗浮要求，自重計算

4、不包括設備重、使用荷載及安裝荷載，適用于自重加大不多即可滿足抗浮要求的情況。一般中小型給水排水構筑物、管道等常采用此抗浮方式，當抗浮穩定不滿足時，適當加大其結構構件的尺寸。自重抗浮較其它抗浮方式更安全可靠。 2.2配重抗浮 通過在結構物上增加壓重滿足抗浮要求。常用的配重是構筑物外挑底板上的填土（地下水位以下填土取浮容重）或砌體。在不影響使用空間的情況下，也可在結構物內設置填料（如毛石砼或其他低強度等級砼）。當管道自重抗浮不滿足要求時，在管道上設置現澆或預制砼塊也是配重抗浮的一種形式。 2.3錨桿（基樁）抗浮 利用錨桿（基樁）的抗拔承載力來抵抗地下水浮托力，常用于結構物所受地下水浮力較大，采用自

5、重抗浮等其他抗浮方式難以滿足要求的情況。錨桿（基樁）應均勻布置在構筑物底板下壁板軸線位置，或在整個底板下均勻設置。前者不改變底板受力情況，后者在底板受力分析時應考慮地下水浮力的影響。 錨桿（基樁）抗拔承載力特征值應通過現場載荷試驗確定，初步設計時可根據巖土錨桿（索）技術規程（cecs22：2005）或建筑樁基技術規范（jgj94-2008）中有關公式估算。 3幾種典型給水排水結構物的抗浮計算實例 3.1 管道 某工程截污管采用dn800鋼筋砼管，分陸地段和河道段兩部分。陸地段采用開槽敷設，管頂覆土1.2m，抗浮設防水位取地面以下0.5m；河道段管道無覆土，管頂位于河道常水位以下。管道抗浮驗算如

6、下（整體抗浮）： 陸地段： =（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，抗浮驗算滿足要求。 河道段： =24x0.785x（0.962-0.82）=5.31kn/m，則 / =0.73 圖一 =5.31+（6.81/2.5）=8.03kn/m， / =1.11>1.1，滿足抗浮要求。 3.2箱涵 某雨水箱涵bxh=4.0x3.0m，壁板厚350mm，頂、底板厚均為400mm，底板外挑400mm，涵頂覆土1.02.7m。涵頂道路荷載為公路-級，管

7、道結構的重要性系數取1.0。抗浮計算地下水位按設計路面以下0.5m。該構筑物抗浮驗算如下（僅需整體抗浮，采用自重+配重抗浮，涵頂覆土取1.0m，為最不利情況）： =24x5.5x0.4+（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，滿足抗浮要求。 3.3 清水池 某工程清水池結構布置如圖二所示，池內設置400x400mm立柱，立柱間距3.5x4.0m，采用無梁樓蓋結構，池頂覆土厚300mm。±0.000

8、相當于黃海高程48.000m，根據本工程地質勘察報告，抗浮設防水位取黃海高程49.500m。現對清水池進行抗浮驗算（局部抗浮）：浮力 =10x1.95=19.5kpa； 頂板及其上覆土重 =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 則 / =23.16/19.5=1.18>1.05，滿足抗浮要求。 圖二 4 結語 地下式給水排水結構物抗浮驗算包括整體抗浮和局部抗浮。在復雜的工程實踐中，設計人員應根據給水排水結構物的具體型式、結構特點及場地水位地質條件等因素，對其進行正確的抗浮驗算，并采取適宜的抗浮措施，保證結構安全。施工階段的抗浮，應要求施工單位切實做好基坑排水工作，確保不間斷排水。如出現意外，基坑無法抽排而導致積水時，應立即對正在進行施工的結筑物采取臨時抗浮措施，確保結筑物不致抗浮失穩破壞。 參考文獻 1. gb50069-2002 給水排水工程