双膜法污水池抗浮实例分析

林晓伟 陈梦骏

(1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131； 2.天津中海油服化学有限公司，天津 300301)

污水池在正常使用情况下，水池中盛满水，不存在抗浮问题。但在当地下水位较高或雨、汛期时，以下几种情况需考虑污水池抗浮问题：1)施工过程中：地下水水位标高高于基坑标高，可以采取降水措施使地下水位降低，满足抗浮要求；2)施工结束时：降水设备退出工作，池中无水，污水池所受浮力大于其本身自重；3)使用过程中：采用浸没式膜处理方法时，当需要更换膜或膜离线清洗时，污水池需要抽干水进入待用状态，此时池中无水，由于地下水位高，污水池所受浮力大于其本身自重，需要采取措施防止水池上浮。

1 工程概况

本工程位于天津市地区，地下水位较浅，地质勘察报告给出最高地下水位相对标高-1.2 m，双膜法污水池埋深5 m，底板在最高地下水位以下，故设计阶段需要验算水池抗浮稳定性，不满足时采取抗浮设计，施工阶段需要采取人工降水等施工措施保证施工的顺利进行，以下为具体分析过程。

2 设计阶段抗浮设计分析

双膜法污水池宽14 m，长20 m，20 m长向分成两个10 m分格，带顶盖，5 m高。水池壁板采用400 mm厚，底板采用600 mm厚，顶板采用150 mm厚，示意图如图1所示。

未进行抗浮设计之前，验算抗浮稳定性：

污水池自重：G=25×14×0.4×5×3+25×(20-0.4×3)×0.4×5×2+25×20×14×0.6+25×20×14×0.15=9 230 kN。

浮力：F=10×(5-0.3+0.6-1.2)×20×14=11 480 kN。

G=9 230 kN<1.05F=1.05×11 480=12 054 kN,抗浮稳定性不满足。

因抗浮稳定性不满足规范要求需进行抗浮设计。抗浮设计主要采用的方法有：增加配重、设置抗浮构件、设置抗浮锚杆和设置抗拔桩。抗拔桩和抗浮锚杆相对工程造价比较高，首选增加配重方法，以下为两种增加配重方法比较。

1)方案一：底板增加200 mm厚，如图2所示。

此时，污水池自重：G=9 230+25×20×14×0.2=10 630 kN。

浮力：F=11 480+10×0.2×20×14=12 040 kN。

G=10 630 kN<1.05F=1.05×12 040=12 642 kN,抗浮稳定性不满足。

底板增加200 mm后仍无法满足抗浮要求。

2)方案二：底板四周各增加悬挑板800 mm宽，厚度同底板，如图3所示。

污水池自重：G=9 230+25×0.8×(14+0.8×2)×0.6×2+25×0.8×20×0.6×2+18×0.8×(14+0.8×2)×5×2+18×0.8×20×5×2=15 210.8 kN。

浮力：F=10×(5-0.3+0.6-1.2)×(20+0.8×2)×(14+0.8×2)=13 815.4 kN。

G=15 210.8 kN<1.05F=1.05×13 815.4=14 506.1 kN,抗浮稳定性满足。

以上两种方案比较：采用方案一增加的混凝土用量为：14×20×0.2=64 m3，采用方案二增加的混凝土用量为：0.8×(14+0.8×2)×0.6×2+0.8×20×0.6×2=34.2 m3。

方案一需要增加混凝土用量多，并且抗浮稳定性还不满足，方案二需要增加混凝土用量少，并且抗浮稳定性满足规范要求，达到了节省造价的目的，本工程选用方案二的抗浮设计方案。

3 施工阶段降水措施选用

由于地下水位高于污水池基坑底面，污水池基坑施工前必须采取人工降水措施，本项目采用井点降水，井点降水在基坑四周埋设滤水管，用泵将水抽出。井点降水分为轻型井点、喷射井点和管井井点。喷射井点降水深度可达8 m～20 m，但是抽水系统复杂，能量损耗较大。管井井点适用于渗透系数较大的砂砾层和轻型井点降水效果不理想的场地。轻型井点施工简便，经济安全，降水深度可达6 m。本项目在天津地区，淤泥质土层，要求的降水深度取为基坑底面以下0.5 m为4 m，轻型井点配合电渗井点可以适用。当基坑宽度小于6 m时可以采用单排井点，本工程基坑宽度大于6 m，面积较大，采用环状井点布置。

降水工程施工前，首先根据公式计算滤水管埋深。环状井点水力坡度取为1/10，降水深度取为基坑底面以下0.5 m，以14 m方向计算，井点管距基坑中心距离取为8 m。通过计算本项目滤管埋置深度为：H=4.7+0.5+1/10×8=6 m。

依据埋置深度进行降水工程的施工：

1)选择井点管和滤管。滤管选用φ48×3，2 m长镀锌管，一端用厚为4.0 mm的钢板焊死，在距端点1.4 m长范围内的管壁上钻φ15 mm的小圆孔，孔距为25 mm，外包两层编织布滤网，外部再包一层网眼较大的尼龙丝网，每隔50 mm用10号铅丝绑扎一道，滤管另一端与井点管进行连接。井点管选用φ35×3镀锌管。用透明管的连接管，将井点管和总管连接起来，用铅丝扎紧以防漏气。总管选用φ50 mm×4钢管，用法兰盘加橡胶垫圈连接，防止漏气、漏水。

2)井点安装程序。井点放线定位→安装高位水泵→凿孔安装埋设井点管→布置安装总管→井点管与总管连接→安装抽水设备→试抽与检查→正式投入降水程序。井点降水过程中要做好降水监测，根据水位水量变化情况及时采取调整措施。采用流量表监测流量，监测频率为每天一次，采用水位计监测地下水位，监测频率为刚开始抽水时每5 h一次，第3天至达到预定标高前为每天2次，水位降至标高后每4 d一次。土方工程可在降水7 d后施工。土方开挖完毕后，应加紧组织水池底板及抗浮构件的施工，在施工期间应保持基坑的连续降水，防止地下水涌入基坑。

4 结语

在做双膜法污水池工程项目时，抗浮设计和施工期间的抗浮措施是此类项目的很重要的环节。避免出现水池的自重小于其承受的浮力现象，避免污水池等地下构筑物浮起，造成工程事故。在此类工程项目中应考虑因地制宜，结合地基土层及水池构筑物的埋深、平面尺寸等实际情况，选择合适的抗浮设计方案和合理的施工期间抗浮措施，使水池免于破坏，达到安全可靠、节省造价、管理维护方便的目的。