论文部分内容阅读
【摘 要】 主要论述了火力发电厂中的水工建（构）筑物地下箱型结构的抗浮设计水位的选取，相关抗浮方式的分析比较，提出适用于电厂的水工建（构）筑物抗浮的相关措施及建议。
【关键词】 火力发电厂；水池；抗浮
引言：
火力发电厂中的水工建（构）筑物有很多地下箱型结构，包括：循环水泵房、综合泵房、进水间、蓄水池、冷却塔水池等。在地下水位较高地区，上述箱型结构存在抗浮的问题。具体如何考虑抗浮设计，每位设计人员掌握的尺度不同，造成结果差异很大，包括工程造价和结构受力的影响。
1、抗浮设计水位
根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 3.0.4条 地基基础设计前应进行岩土工程勘察，并应符合下列规定：6）当工程需要时，尚应提供：用于计算地下水浮力的设防水位。《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001（2009版）7.1.1 第5条 勘察时的地下水位、历史最高地下水位、近3-5年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素； 7.1.2 对缺乏常年地下水位监测资料的地区，在高层建筑或重大工程的初步勘察时，宜设置长期观测孔，对有关层位的地下水进行长期观测。
综上，抗浮设计水位应由勘察单位提供，对于勘察单位提供的抗浮设计水位我们也需结合工程實际进行综合分析，确定适用的抗浮设计水位。对于火力发电厂的各水工建（构）筑物，在地下水位较高的场地，施工期间保持场地降水，避免上浮。在正常运行期间各建（构）筑物内部有水，不存在抗浮的问题。在机组每3-5年一次的大修期间，存在内部放空的情况，此时存在抗浮的问题。笔者认为，对于施工期间要保持持久的降水能力，避免施工期间的上浮问题。放空检修期间的抗浮设计水位，按3-5年最高地下水位确定比较适宜。
2、各抗浮方式
2.1自重抗浮
自重抗浮即通过提高池体结构自重来达到抗浮的目的。此种方法一般适用于水池自重与地下水浮力相差不大的情况下。
增加自重一般通过增加水池池壁或加厚底板来实现，这样会增加混凝土用量，但由于结构厚度的增加，可以减小池内配筋，降低配筋率，所以适当的增加结构厚度，其造价的增加幅度并不很大。同时，此方法加大了结构件的截面，提高了结构刚度，对池体结构本身进行了加强。
采用自重抗浮对于原设计水池截面配筋率相对较大的水池最为经济适用，若原水池截面配筋率不大，增大截面后有可能使结构构件为满足最小配筋率而增加钢筋用量，这样池体造价会大幅上升，宜考虑采用其它抗浮措施。
2.2压重抗浮
压重抗浮是通过在池内、池顶或池底外挑墙趾上压重来抗浮。
池内压重一般需将池体加深，在池内填筑压重混凝土或浆砌块石等其它材料来达到抗浮的目的。此法增加了基坑深度和池壁高度，但一般不会增加池底所受的不均匀荷载反力，对底板的内力影响较小。
池顶压重常用于埋地式水池或半埋地的水池。采用池顶压重会大大增加池顶板和底板的荷载，使顶、底板的结构厚度和配筋都相应增加。
在外挑墙趾上压重，它不增加基坑深度，但一般均需将底板外挑较大范围，增加基坑面积，并且对邻近建（构）筑物的布置可能会造成一定的影响。此法可直接利用外挑墙趾上的回填土自重或填筑毛石等自重较大的材料抗浮。若直接利用回填土，考虑到回填土的不均匀性及填挖的不确定性，一般应乘0.8-0.9的折减系数。它常用于一般中小型的水池抗浮，不宜用在平面尺寸较大的水池，对需考虑局部抗浮的水池也不适用。
2.3池底配重抗浮
池底配重抗浮是在水池基础底板以下设配重混凝土，通过底板与配重混凝土的可靠连接来满足抗浮要求。一般是在底板与配重混凝土之间设置拉结筋，间距500mm左右，配重采用C15混凝土即可。基底配重抗浮一般比池内压重抗浮更为经济，但若池内压重可在工程所在地就地取材采用块石等，则造价可能比基底配重更低。
2.4打抗拔桩或打锚杆抗浮
打抗拔桩或打锚杆抗浮对池体的受力情况相似，它们是通过桩或锚杆的抗拔力来抗浮。此类方法对大体积埋地水池的抗浮相当有效，它不仅能满足池体的整体抗浮，还能通过合理布桩或锚杆，很好地解决大形水池的局部抗浮问题。
在火力发电厂中的水工建（构）筑物的地下部分尺寸相对不大，若打抗拔桩或锚杆需与电厂整体需求相结合。单独为一个水池或一个泵房设计抗拔桩或抗浮锚杆，单独寻找一家施工队伍是不合适的。
在进行抗拔桩计算的同时，要考虑抗拔桩是否有作为抗压桩的可能性。有的情况往往是，在地下水位高的时候做抗拔桩，在地下水水位低的时候，做抗压桩，需考虑桩本身的承载能力，也需考虑底板的抗冲切能力。
2.5其他抗浮方式
除上述抗浮方案外，还有降水抗浮和设观察井抗浮等方式，它们是通过降低地下水位或通过观察地下水在低水位时才允许排空水池的方法抗浮。另据笔者了解，我国某电建公司在印度某电站EPC工程实施过程中，成功引进了印度当地的卸压阀技术方案，降低了工程造价、缩短了施工周期，取得了良好的经济和社会效益。
3、结论
对于火力发电厂中的水工建（构）筑物，由于存在大修期水池放空的可能性，在地下水位较高的场地，需考虑地下箱型结构的抗浮，抗浮设计水位取3-5年历史高水位即可。对于较小的水池，采用自重抗浮比较合适；对于较大的水池采用压重抗浮或配重抗浮；对采用打抗拔桩或锚杆抗浮要慎重，一般不采用此类抗浮措施。另，在水工建（构）筑物的布置过程中，需与上游工艺专业密切配合，可将水池做成半地下式，减小抗浮的影响。像9000㎡的冷却塔，水池底板面积有近12000㎡左右，底板每增厚100mm，增加的混凝土工程量近1200m3，造价增加的非常明显。可采取大修期避开雨季，缩短水池放空时间等方法，全寿命优化工程造价。
参考文献：
[1] 《建筑地基基础设计规范》 GB 50007-2011.
[2] 《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001（2009版）
[3] 毕雅明，水池抗浮设计方案的分析与比较，结构工程师，第24卷第1期。
[4] 徐泽友 蒋洪涛，地下工程抗浮设计，江苏建筑，2011年第2期（总第140期）
作者简介：王海龙（1981-），男，河北人，工程师，主要从事火电厂水工结构专业设计工作。
【关键词】 火力发电厂；水池；抗浮
引言：
火力发电厂中的水工建（构）筑物有很多地下箱型结构，包括：循环水泵房、综合泵房、进水间、蓄水池、冷却塔水池等。在地下水位较高地区，上述箱型结构存在抗浮的问题。具体如何考虑抗浮设计，每位设计人员掌握的尺度不同，造成结果差异很大，包括工程造价和结构受力的影响。
1、抗浮设计水位
根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 3.0.4条 地基基础设计前应进行岩土工程勘察，并应符合下列规定：6）当工程需要时，尚应提供：用于计算地下水浮力的设防水位。《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001（2009版）7.1.1 第5条 勘察时的地下水位、历史最高地下水位、近3-5年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素； 7.1.2 对缺乏常年地下水位监测资料的地区，在高层建筑或重大工程的初步勘察时，宜设置长期观测孔，对有关层位的地下水进行长期观测。
综上，抗浮设计水位应由勘察单位提供，对于勘察单位提供的抗浮设计水位我们也需结合工程實际进行综合分析，确定适用的抗浮设计水位。对于火力发电厂的各水工建（构）筑物，在地下水位较高的场地，施工期间保持场地降水，避免上浮。在正常运行期间各建（构）筑物内部有水，不存在抗浮的问题。在机组每3-5年一次的大修期间，存在内部放空的情况，此时存在抗浮的问题。笔者认为，对于施工期间要保持持久的降水能力，避免施工期间的上浮问题。放空检修期间的抗浮设计水位，按3-5年最高地下水位确定比较适宜。
2、各抗浮方式
2.1自重抗浮
自重抗浮即通过提高池体结构自重来达到抗浮的目的。此种方法一般适用于水池自重与地下水浮力相差不大的情况下。
增加自重一般通过增加水池池壁或加厚底板来实现，这样会增加混凝土用量，但由于结构厚度的增加，可以减小池内配筋，降低配筋率，所以适当的增加结构厚度，其造价的增加幅度并不很大。同时，此方法加大了结构件的截面，提高了结构刚度，对池体结构本身进行了加强。
采用自重抗浮对于原设计水池截面配筋率相对较大的水池最为经济适用，若原水池截面配筋率不大，增大截面后有可能使结构构件为满足最小配筋率而增加钢筋用量，这样池体造价会大幅上升，宜考虑采用其它抗浮措施。
2.2压重抗浮
压重抗浮是通过在池内、池顶或池底外挑墙趾上压重来抗浮。
池内压重一般需将池体加深，在池内填筑压重混凝土或浆砌块石等其它材料来达到抗浮的目的。此法增加了基坑深度和池壁高度，但一般不会增加池底所受的不均匀荷载反力，对底板的内力影响较小。
池顶压重常用于埋地式水池或半埋地的水池。采用池顶压重会大大增加池顶板和底板的荷载，使顶、底板的结构厚度和配筋都相应增加。
在外挑墙趾上压重，它不增加基坑深度，但一般均需将底板外挑较大范围，增加基坑面积，并且对邻近建（构）筑物的布置可能会造成一定的影响。此法可直接利用外挑墙趾上的回填土自重或填筑毛石等自重较大的材料抗浮。若直接利用回填土，考虑到回填土的不均匀性及填挖的不确定性，一般应乘0.8-0.9的折减系数。它常用于一般中小型的水池抗浮，不宜用在平面尺寸较大的水池，对需考虑局部抗浮的水池也不适用。
2.3池底配重抗浮
池底配重抗浮是在水池基础底板以下设配重混凝土，通过底板与配重混凝土的可靠连接来满足抗浮要求。一般是在底板与配重混凝土之间设置拉结筋，间距500mm左右，配重采用C15混凝土即可。基底配重抗浮一般比池内压重抗浮更为经济，但若池内压重可在工程所在地就地取材采用块石等，则造价可能比基底配重更低。
2.4打抗拔桩或打锚杆抗浮
打抗拔桩或打锚杆抗浮对池体的受力情况相似，它们是通过桩或锚杆的抗拔力来抗浮。此类方法对大体积埋地水池的抗浮相当有效，它不仅能满足池体的整体抗浮，还能通过合理布桩或锚杆，很好地解决大形水池的局部抗浮问题。
在火力发电厂中的水工建（构）筑物的地下部分尺寸相对不大，若打抗拔桩或锚杆需与电厂整体需求相结合。单独为一个水池或一个泵房设计抗拔桩或抗浮锚杆，单独寻找一家施工队伍是不合适的。
在进行抗拔桩计算的同时，要考虑抗拔桩是否有作为抗压桩的可能性。有的情况往往是，在地下水位高的时候做抗拔桩，在地下水水位低的时候，做抗压桩，需考虑桩本身的承载能力，也需考虑底板的抗冲切能力。
2.5其他抗浮方式
除上述抗浮方案外，还有降水抗浮和设观察井抗浮等方式，它们是通过降低地下水位或通过观察地下水在低水位时才允许排空水池的方法抗浮。另据笔者了解，我国某电建公司在印度某电站EPC工程实施过程中，成功引进了印度当地的卸压阀技术方案，降低了工程造价、缩短了施工周期，取得了良好的经济和社会效益。
3、结论
对于火力发电厂中的水工建（构）筑物，由于存在大修期水池放空的可能性，在地下水位较高的场地，需考虑地下箱型结构的抗浮，抗浮设计水位取3-5年历史高水位即可。对于较小的水池，采用自重抗浮比较合适；对于较大的水池采用压重抗浮或配重抗浮；对采用打抗拔桩或锚杆抗浮要慎重，一般不采用此类抗浮措施。另，在水工建（构）筑物的布置过程中，需与上游工艺专业密切配合，可将水池做成半地下式，减小抗浮的影响。像9000㎡的冷却塔，水池底板面积有近12000㎡左右，底板每增厚100mm，增加的混凝土工程量近1200m3，造价增加的非常明显。可采取大修期避开雨季，缩短水池放空时间等方法，全寿命优化工程造价。
参考文献：
[1] 《建筑地基基础设计规范》 GB 50007-2011.
[2] 《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001（2009版）
[3] 毕雅明，水池抗浮设计方案的分析与比较，结构工程师，第24卷第1期。
[4] 徐泽友 蒋洪涛，地下工程抗浮设计，江苏建筑，2011年第2期（总第140期）
作者简介：王海龙（1981-），男，河北人，工程师，主要从事火电厂水工结构专业设计工作。