垃圾焚烧厂抗浮设计分析

陈希 郭雅静

摘要：通过对抗浮设计的理论介绍，典型工程实例分析，比选不同抗浮设计措施，从而得出较优抗浮方案。对工程特点进行分析，探讨进一步降低投资成本的可能性以及需注意的问题。

关键词：抗浮设计；垃圾仓；抗拔桩；抗浮锚杆；抗浮配重

引言

近年来随着我国环保产业的快速发展，垃圾焚烧技术得到了广泛的认可和应用，各大城市周围都兴建了垃圾焚烧厂。当地下水位较高时，垃圾仓的抗浮问题便因处理方式多样化和造价高而受到更多的关注。抗浮设计是地下室和基础设计的重要内容，抗浮设计不当则会造成严重的工程事故，轻者发生裂缝、漏水，重者结构整体上浮、倾斜，且要想事后加固，困难、代价极大。因此，本文将结合典型工程实例，说明抗浮措施的选择方法，并对降低造价的可能性进行进一步讨论，最终得出结论。

1理论介绍

1.1抗浮原理

当建构筑物基础底面位于地下水位以下时，就会受到地下水浮力的作用。水浮力大于建构筑物基础以上部分全部重量时，建构筑物就会浮起来；相反水浮力小于等于建构筑物基础以上部分全部重量时，建构筑物才是安全的。而用来进行抗浮设计的地下水位标高被称为抗浮水位。抗浮水位通常是由勘察单位根据该地区多年气象资料及地形、地貌等因素综合确定。并应在已施工图审查合格的勘察报告中明确提出。

1.2抗浮设计内容

抗浮设计通常包括以下两个方面：

整体抗浮：保证建构筑物整體重量大于水浮力，即《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011第5.4.3.1条Gk/Nwk>1.05，即结构永久荷载大于水头产生的浮力时，结构整体抗浮验算通过。当建构筑物整体重量小于水浮力时，就应采取必要措施增加建构筑物整体重量或提供额外拉力，平衡水浮力。

局部抗浮：在整体抗浮已满足的情况下，以水浮力和建构筑物基础底板自重的差值作为均布荷载，对基础底板按倒楼盖进行抗弯及抗剪强度的计算。保证建构筑基础底板不会发生过大变形和裂缝。

1.3整体抗浮措施

整体抗浮措施可概括为“一压二拉”。

“一压”为配重法，即通过增加结构自重平衡水浮力。具体做法可以增加建构筑物基础底板的厚度或单独增加混凝土配重层，也可以增加基础底板的外挑长度，从而增加外挑底板上部的压土重量。此种方法适用于地下水位较深的情况，如果地下水位标高较浅时，则需要大量配重材料，同时增加基坑深度，此法不适合。

“一拉”为抗拔桩，即通过抗拔桩提供的抗拔力平衡水浮力。具体做法为验算桩基自重和侧摩阻力，并配置抗拔钢筋实现抗拔。此种方法适用于基础已设置桩基情况。单桩的抗拔承载力需通过现场试验确定。但应注意，预制方桩的焊接接头质量不可靠，工程中容易造成工程事故，故在工程中慎用预制方桩抗拔。

“一拉”为抗拔锚杆，即通过锚杆钢筋连接结构基础与锚固体，以锚固体与土层之间的粘结强度提供抗拔承载力。锚杆钢筋可以采用单钢筋和多钢筋形式。单根锚杆的抗拔承载力需通过现场试验确定。需要注意的是，只有当地基土为中风化岩或风化程度更低的岩层时，抗拔锚杆才可作为永久性抗浮措施。当地基土为淤泥质或其他侧摩阻力较小的土层时，不适用此法。

2工程概况

某垃圾焚烧厂垃圾仓长91m宽30m，深7m，垃圾仓四周设有结构框架柱。

垃圾仓基础一部分落于中风化岩（承载力特征值2000kPa），另一部分落于回填土，回填深度最大处达18m。根据地勘报告，场地抗浮设计水位标高为设计室外地面高程0.0m。垃圾仓剖面图如图1所示。

3基础形式选择

首先仅按竖向荷载确定基础形式。根据勘察报告建议，基岩埋深较浅地段建议采用独立基础，以中风化岩作基础持力层，地基均匀性属均匀地基；基岩埋深较深地段建议采用桩基础，桩型可采用冲击成孔灌注桩，以中风化岩为桩基持力层，桩端进入持力层应≥1D。具体桩长桩径可视上部荷载大小。由此确定垃圾仓基础形式为浅基础（基岩较浅处）、桩基础（回填土深度较大处）、墩基础（回填土深度较浅处）。

4抗浮措施选择及计算

根据不同的基础形式和地基特点，选择不同抗浮措施不仅能节省造价，而且能方便施工。以下就不同的基础区域进行分析计算。

4.1浅基础区域

因浅基础区域没有桩基，若采用抗拔桩抗浮显然不经济；且地下水位较高，若采用抗浮配重方式，则普通砼配重厚度需大于3m，也不够经济。故选用抗浮锚杆较为方便、适用。主要计算过程如下：

单根锚杆抗拔力（按地基基础规范公式6.8.6计算）0.8X0.6X4X0.1X13X32=79kN按70kN计算

单根锚杆抵抗浮力水头70/2.2X2.2X10=1.4463>1.44

故浅基础区域抗浮锚杆间距取2.2mx2.2m。

4.2桩基础区域

桩基础区域利用已有桩基，设计成抗拔桩则较为经济合理。主要计算过程如下：

桩基抗拔承载力特征值（根据桩基检测报告7#9#）长桩280kN

单桩抵抗浮力水头280/3X3X10=3.1>1.44

由此确定的桩间距结合竖向荷载确定的桩间距，取最小值，最终确定桩间距为3mx3m。

4.3墩基础区域

墩基础设计成抗拔墩以后可以贡献一部分抗拔力，但因墩基础较短，侧摩阻力有限仅能抵消一部分浮力，还需要其他措施抵消剩余浮力。结合浅基础区域的情况，确定采用抗浮锚杆。主要计算过程如下：

桩基抗拔承载力特征值（根据桩基检测报告7#9#）短桩（墩）100kN

单桩抵抗浮力水头100/3X3X10=1.11

单根锚杆抵抗浮力水头70/4.0X4.0X10=0.43

1.1 1+0.43=1.54>1.44

故墩基础区域锚杆间距为4mx4m。

5结语

根据以上工程实例，可以得出以下几点结论：一、当地下水位较高时，仅靠配重抗浮并不合适，过厚的配重不仅增加了材料成本，同时还要加深基础，从而增加了基坑支护的费用。二、当考虑竖向荷载不需要设置桩基础时，如果为了抗浮而增加抗拔桩，显然不够经济。因为首先岩石地基桩基成孔较难，费用较高，其次桩基仅用来抗拔，并不能发挥桩基的长处，压拔结合才能使桩基性能得到充分利用。三、抗浮设计应因地制宜，充分考虑工程特点、地址情况、周边情况，遵从安全可靠、施工方便、经济合理的原则进行。