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摘要：在岸边取水泵房的结构设计中，抗浮设计往往成为制约结构设计的重要影响因素之一。本文作者以一岸边取水泵房抗浮设计实例介绍了泵房抗浮设计的方法及思路。
关键词：泵房；抗浮设计；配重抗浮 ；锚固抗浮
中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：
1.前言
岸边取水泵房作为取水构筑物或送水构筑物，由于工艺需要，一般处于河边或水库边，地下水位较高。因此当泵房平面尺寸较大，埋置深度较深时，抗浮问题往往成为泵房结构设计中的重要制约因素之一。目前我们常用的抗浮方式主要有自重抗浮、配重抗浮、嵌固抗浮及锚固抗浮等[1]。其中后两种方式主要用于泵房底板坐于基岩的情况下。本文以某电厂岸边取水泵房的结构设计为例初步探讨抗浮设计方法的选择和应用。
2.工程概况
该取水泵房与进水前池、阀门井连为一体，平面尺寸为30m×21.5m。泵房高8.5米，埋深为6米，进水前池埋深7.5米，阀门井埋深为5.5米，地质情况由上而下为素填土、粉细砂、中粗砂、圆砾和卵石。泵房及吸水井底板坐落于圆砾层，由于该层地基承载力为300kPa，结构设计将该层作为持力层。采用天然地基，底板采用梁板式结构。经计算，上部结构自重为19354.6kN。根据抗浮设计水位同地面标高，泵房及吸水井的总浮力为36832.5kN。显然，该泵房结构自重抗浮不满足要求，需要进行抗浮设计。
3.抗浮设计方案对比与选择
3.1方案一：配重抗浮
当不影响底部空间时，可在底板增加较厚的素混凝土作为配重。按照《给排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）[2]规定的抗浮系数1.05，若采用配重抗浮，需要19319.5kN的配重。因此若在地板上增加素混凝土配重，则会使得泵房底板结构埋深更深，产生更大的浮力，需要更多的配重。当地下水位较高时，这种方案的抗浮效果较差。
3.2方案二：悬挑底板上部覆土+配重井
底板悬挑抗浮一般是指在泵房外底板挑出部分上的填土或砌体作为配重。在考虑该种土压力的抗浮作用时，只考虑了悬挑板以上部分的土重。而土的内摩擦角范围内的土压力和土颗粒间的剪切力虽对抗浮起到有利作用，但在计算时将该部分作用力作为安全储备而不考虑在抗浮力之内。该工程当底板悬挑1.5米时，所得的配重为17425.3kN，此时抗浮安全系数=0.998<1.05，仍不能满足抗浮要求，继续增大悬挑宽度将影响到临近原有建筑物，鉴于所需的抗浮力较小，因此本工程在泵房底板上不影响泵组工作和人员操作的空间内设置了配重井，配重井顶部为走道板。配重井提供的抗浮力为2210.5kN，此时抗浮安全系数=1.06>1.05，满足抗浮要求。另外，配重井的设置，同时也增强了底板和侧壁的稳定性并减小了其配筋。如壁板扶壁柱的计算模式由原来承担梯形荷载转变为与配重井壁共同承担外水压力、土压力以及地面汽车荷载。考虑其共同受力的模式采用有限元计算的扶壁柱和侧壁配筋较原来减少1/4。因此，悬挑底板加配重井的方案可以有效解决只悬挑底板无法满足抗浮要求的问题。这种方法施工方便，无需增加结构底板埋深而导致增加基坑开挖深度和增大基坑平面尺寸。
3.3方案三：锚固抗浮
所谓锚固抗浮， 顾名思义， 就是采用锚固的方法将水池锚固于地基上来抗浮，锚固措施有抗拔桩和锚杆。抗拔桩利用桩的侧摩阻力和自身重量来抵抗浮力，桩型可采用树根桩、灌注桩或预制桩。抗拔桩施工较简单， 耐久性较好； 锚杆抗浮是利用在底板下土层中设锚杆来锚固池体。锚杆抗浮有三个问题需要注意： 一是受力问题， 当构筑物内无水时， 锚杆处于受拉状态， 当构筑物满水时，锚杆又处于受压状态， 锚杆的底端类似于桩端， 锚杆在反复拉压状态下的工作性能有待进一步的实验研究； 二是施工问题， 锚杆的施工需有专门的机械， 施工前要进行试验，同时，较细的锚杆在施工时有一定的难度，如何控制钢筋偏移，如何使灌浆饱满、如何避免断杆等都是施工难题， 尤其是锚杆较长时， 不如配重抗浮来得简便； 三是适用性， 當地下水对钢筋有侵蚀性时，细锚杆的耐久性问题不易解决， 这将在一定程度上限制其适用性。
我们对以上三种方案进行了比较。通过计算可知本工程所需的抗拔力不大，地基土持力层为圆砾层，地基承载力特征值达到300kPa，能满足承载力要求，同时，悬挑底板上覆土重以及结构自重已使抗浮安全系数接近于1，还需再增加的抗拔力较小，因此不再适合采用灌注桩或抗浮锚杆来达到抗拔的目的。另外，继续增大悬挑底板宽度或增大底板埋深对基坑开挖不利且影响临近原有建筑物，因此本工程采用适当悬挑底板加配重井的抗浮方法既达到了抗浮的目的，同时也增强了壁板和底板的约束，减小了其原有配筋。
4.结语
综上所述，通过该送水泵房的抗浮设计，可得到如下结论：
当构筑物平面尺寸、埋深不大，地下水位较低时，采用自重与配重抗浮比较经济，设计简单，施工方便，节约造价。
构筑物平面尺寸、埋深较大，地基土质较好时，采用悬挑底板加设置配重井的方案能有效解决抗浮问题并增强侧壁和底板的约束，从而可减小其原有配筋。
构筑物平面尺寸、埋深大，地基条件不好或有液化地基时，采用抗浮锚杆或灌注桩抗浮能较好的解决取水泵房的抗浮问题。
参考文献
[1] 给水排水工程结构设计手册编委会. 给水排水工程结构设计手册（第2版）[M]. 中国建筑工业出版社社, 2007
[2]国家标准. 给排水工程构筑物结构设计规范(GB50069-2002)[S ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002
关键词：泵房；抗浮设计；配重抗浮 ；锚固抗浮
中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：
1.前言
岸边取水泵房作为取水构筑物或送水构筑物，由于工艺需要，一般处于河边或水库边，地下水位较高。因此当泵房平面尺寸较大，埋置深度较深时，抗浮问题往往成为泵房结构设计中的重要制约因素之一。目前我们常用的抗浮方式主要有自重抗浮、配重抗浮、嵌固抗浮及锚固抗浮等[1]。其中后两种方式主要用于泵房底板坐于基岩的情况下。本文以某电厂岸边取水泵房的结构设计为例初步探讨抗浮设计方法的选择和应用。
2.工程概况
该取水泵房与进水前池、阀门井连为一体，平面尺寸为30m×21.5m。泵房高8.5米，埋深为6米，进水前池埋深7.5米，阀门井埋深为5.5米，地质情况由上而下为素填土、粉细砂、中粗砂、圆砾和卵石。泵房及吸水井底板坐落于圆砾层，由于该层地基承载力为300kPa，结构设计将该层作为持力层。采用天然地基，底板采用梁板式结构。经计算，上部结构自重为19354.6kN。根据抗浮设计水位同地面标高，泵房及吸水井的总浮力为36832.5kN。显然，该泵房结构自重抗浮不满足要求，需要进行抗浮设计。
3.抗浮设计方案对比与选择
3.1方案一：配重抗浮
当不影响底部空间时，可在底板增加较厚的素混凝土作为配重。按照《给排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）[2]规定的抗浮系数1.05，若采用配重抗浮，需要19319.5kN的配重。因此若在地板上增加素混凝土配重，则会使得泵房底板结构埋深更深，产生更大的浮力，需要更多的配重。当地下水位较高时，这种方案的抗浮效果较差。
3.2方案二：悬挑底板上部覆土+配重井
底板悬挑抗浮一般是指在泵房外底板挑出部分上的填土或砌体作为配重。在考虑该种土压力的抗浮作用时，只考虑了悬挑板以上部分的土重。而土的内摩擦角范围内的土压力和土颗粒间的剪切力虽对抗浮起到有利作用，但在计算时将该部分作用力作为安全储备而不考虑在抗浮力之内。该工程当底板悬挑1.5米时，所得的配重为17425.3kN，此时抗浮安全系数=0.998<1.05，仍不能满足抗浮要求，继续增大悬挑宽度将影响到临近原有建筑物，鉴于所需的抗浮力较小，因此本工程在泵房底板上不影响泵组工作和人员操作的空间内设置了配重井，配重井顶部为走道板。配重井提供的抗浮力为2210.5kN，此时抗浮安全系数=1.06>1.05，满足抗浮要求。另外，配重井的设置，同时也增强了底板和侧壁的稳定性并减小了其配筋。如壁板扶壁柱的计算模式由原来承担梯形荷载转变为与配重井壁共同承担外水压力、土压力以及地面汽车荷载。考虑其共同受力的模式采用有限元计算的扶壁柱和侧壁配筋较原来减少1/4。因此，悬挑底板加配重井的方案可以有效解决只悬挑底板无法满足抗浮要求的问题。这种方法施工方便，无需增加结构底板埋深而导致增加基坑开挖深度和增大基坑平面尺寸。
3.3方案三：锚固抗浮
所谓锚固抗浮， 顾名思义， 就是采用锚固的方法将水池锚固于地基上来抗浮，锚固措施有抗拔桩和锚杆。抗拔桩利用桩的侧摩阻力和自身重量来抵抗浮力，桩型可采用树根桩、灌注桩或预制桩。抗拔桩施工较简单， 耐久性较好； 锚杆抗浮是利用在底板下土层中设锚杆来锚固池体。锚杆抗浮有三个问题需要注意： 一是受力问题， 当构筑物内无水时， 锚杆处于受拉状态， 当构筑物满水时，锚杆又处于受压状态， 锚杆的底端类似于桩端， 锚杆在反复拉压状态下的工作性能有待进一步的实验研究； 二是施工问题， 锚杆的施工需有专门的机械， 施工前要进行试验，同时，较细的锚杆在施工时有一定的难度，如何控制钢筋偏移，如何使灌浆饱满、如何避免断杆等都是施工难题， 尤其是锚杆较长时， 不如配重抗浮来得简便； 三是适用性， 當地下水对钢筋有侵蚀性时，细锚杆的耐久性问题不易解决， 这将在一定程度上限制其适用性。
我们对以上三种方案进行了比较。通过计算可知本工程所需的抗拔力不大，地基土持力层为圆砾层，地基承载力特征值达到300kPa，能满足承载力要求，同时，悬挑底板上覆土重以及结构自重已使抗浮安全系数接近于1，还需再增加的抗拔力较小，因此不再适合采用灌注桩或抗浮锚杆来达到抗拔的目的。另外，继续增大悬挑底板宽度或增大底板埋深对基坑开挖不利且影响临近原有建筑物，因此本工程采用适当悬挑底板加配重井的抗浮方法既达到了抗浮的目的，同时也增强了壁板和底板的约束，减小了其原有配筋。
4.结语
综上所述，通过该送水泵房的抗浮设计，可得到如下结论：
当构筑物平面尺寸、埋深不大，地下水位较低时，采用自重与配重抗浮比较经济，设计简单，施工方便，节约造价。
构筑物平面尺寸、埋深较大，地基土质较好时，采用悬挑底板加设置配重井的方案能有效解决抗浮问题并增强侧壁和底板的约束，从而可减小其原有配筋。
构筑物平面尺寸、埋深大，地基条件不好或有液化地基时，采用抗浮锚杆或灌注桩抗浮能较好的解决取水泵房的抗浮问题。
参考文献
[1] 给水排水工程结构设计手册编委会. 给水排水工程结构设计手册（第2版）[M]. 中国建筑工业出版社社, 2007
[2]国家标准. 给排水工程构筑物结构设计规范(GB50069-2002)[S ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002