垃圾焚燒廠抗浮設(shè)計分析

陳希 郭雅靜

摘要：通過對抗浮設(shè)計的理論介紹，典型工程實(shí)例分析，比選不同抗浮設(shè)計措施，從而得出較優(yōu)抗浮方案。對工程特點(diǎn)進(jìn)行分析，探討進(jìn)一步降低投資成本的可能性以及需注意的問題。

關(guān)鍵詞：抗浮設(shè)計；垃圾倉；抗拔樁；抗浮錨桿；抗浮配重

引言

近年來隨著我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，垃圾焚燒技術(shù)得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，各大城市周圍都興建了垃圾焚燒廠。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，垃圾倉的抗浮問題便因處理方式多樣化和造價高而受到更多的關(guān)注?？垢≡O(shè)計是地下室和基礎(chǔ)設(shè)計的重要內(nèi)容，抗浮設(shè)計不當(dāng)則會造成嚴(yán)重的工程事故，輕者發(fā)生裂縫、漏水，重者結(jié)構(gòu)整體上浮、傾斜，且要想事后加固，困難、代價極大。因此，本文將結(jié)合典型工程實(shí)例，說明抗浮措施的選擇方法，并對降低造價的可能性進(jìn)行進(jìn)一步討論，最終得出結(jié)論。

1理論介紹

1.1抗浮原理

當(dāng)建構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時，就會受到地下水浮力的作用。水浮力大于建構(gòu)筑物基礎(chǔ)以上部分全部重量時，建構(gòu)筑物就會浮起來；相反水浮力小于等于建構(gòu)筑物基礎(chǔ)以上部分全部重量時，建構(gòu)筑物才是安全的。而用來進(jìn)行抗浮設(shè)計的地下水位標(biāo)高被稱為抗浮水位?？垢∷煌ǔＪ怯煽辈靻挝桓鶕?jù)該地區(qū)多年氣象資料及地形、地貌等因素綜合確定。并應(yīng)在已施工圖審查合格的勘察報告中明確提出。

1.2抗浮設(shè)計內(nèi)容

抗浮設(shè)計通常包括以下兩個方面：

整體抗?。罕ＷC建構(gòu)筑物整體重量大于水浮力，即《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB5007-2011第5.4.3.1條Gk/Nwk>1.05，即結(jié)構(gòu)永久荷載大于水頭產(chǎn)生的浮力時，結(jié)構(gòu)整體抗浮驗(yàn)算通過。當(dāng)建構(gòu)筑物整體重量小于水浮力時，就應(yīng)采取必要措施增加建構(gòu)筑物整體重量或提供額外拉力，平衡水浮力。

局部抗浮：在整體抗浮已滿足的情況下，以水浮力和建構(gòu)筑物基礎(chǔ)底板自重的差值作為均布荷載，對基礎(chǔ)底板按倒樓蓋進(jìn)行抗彎及抗剪強(qiáng)度的計算。保證建構(gòu)筑基礎(chǔ)底板不會發(fā)生過大變形和裂縫。

1.3整體抗浮措施

整體抗浮措施可概括為“一壓二拉”。

“一壓”為配重法，即通過增加結(jié)構(gòu)自重平衡水浮力。具體做法可以增加建構(gòu)筑物基礎(chǔ)底板的厚度或單獨(dú)增加混凝土配重層，也可以增加基礎(chǔ)底板的外挑長度，從而增加外挑底板上部的壓土重量。此種方法適用于地下水位較深的情況，如果地下水位標(biāo)高較淺時，則需要大量配重材料，同時增加基坑深度，此法不適合。

“一拉”為抗拔樁，即通過抗拔樁提供的抗拔力平衡水浮力。具體做法為驗(yàn)算樁基自重和側(cè)摩阻力，并配置抗拔鋼筋實(shí)現(xiàn)抗拔。此種方法適用于基礎(chǔ)已設(shè)置樁基情況。單樁的抗拔承載力需通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。但應(yīng)注意，預(yù)制方樁的焊接接頭質(zhì)量不可靠，工程中容易造成工程事故，故在工程中慎用預(yù)制方樁抗拔。

“一拉”為抗拔錨桿，即通過錨桿鋼筋連接結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與錨固體，以錨固體與土層之間的粘結(jié)強(qiáng)度提供抗拔承載力。錨桿鋼筋可以采用單鋼筋和多鋼筋形式。單根錨桿的抗拔承載力需通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。需要注意的是，只有當(dāng)?shù)鼗翞橹酗L(fēng)化巖或風(fēng)化程度更低的巖層時，抗拔錨桿才可作為永久性抗浮措施。當(dāng)?shù)鼗翞橛倌噘|(zhì)或其他側(cè)摩阻力較小的土層時，不適用此法。

2工程概況

某垃圾焚燒廠垃圾倉長91m寬30m，深7m，垃圾倉四周設(shè)有結(jié)構(gòu)框架柱。

垃圾倉基礎(chǔ)一部分落于中風(fēng)化巖（承載力特征值2000kPa），另一部分落于回填土，回填深度最大處達(dá)18m。根據(jù)地勘報告，場地抗浮設(shè)計水位標(biāo)高為設(shè)計室外地面高程0.0m。垃圾倉剖面圖如圖1所示。

3基礎(chǔ)形式選擇

首先僅按豎向荷載確定基礎(chǔ)形式。根據(jù)勘察報告建議，基巖埋深較淺地段建議采用獨(dú)立基礎(chǔ)，以中風(fēng)化巖作基礎(chǔ)持力層，地基均勻性屬均勻地基；基巖埋深較深地段建議采用樁基礎(chǔ)，樁型可采用沖擊成孔灌注樁，以中風(fēng)化巖為樁基持力層，樁端進(jìn)入持力層應(yīng)≥1D。具體樁長樁徑可視上部荷載大小。由此確定垃圾倉基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ)（基巖較淺處）、樁基礎(chǔ)（回填土深度較大處）、墩基礎(chǔ)（回填土深度較淺處）。

4抗浮措施選擇及計算

根據(jù)不同的基礎(chǔ)形式和地基特點(diǎn)，選擇不同抗浮措施不僅能節(jié)省造價，而且能方便施工。以下就不同的基礎(chǔ)區(qū)域進(jìn)行分析計算。

4.1淺基礎(chǔ)區(qū)域

因淺基礎(chǔ)區(qū)域沒有樁基，若采用抗拔樁抗浮顯然不經(jīng)濟(jì)；且地下水位較高，若采用抗浮配重方式，則普通砼配重厚度需大于3m，也不夠經(jīng)濟(jì)。故選用抗浮錨桿較為方便、適用。主要計算過程如下：

單根錨桿抗拔力（按地基基礎(chǔ)規(guī)范公式6.8.6計算）0.8X0.6X4X0.1X13X32=79kN按70kN計算

單根錨桿抵抗浮力水頭70/2.2X2.2X10=1.4463>1.44

故淺基礎(chǔ)區(qū)域抗浮錨桿間距取2.2mx2.2m。

4.2樁基礎(chǔ)區(qū)域

樁基礎(chǔ)區(qū)域利用已有樁基，設(shè)計成抗拔樁則較為經(jīng)濟(jì)合理。主要計算過程如下：

樁基抗拔承載力特征值（根據(jù)樁基檢測報告7#9#）長樁280kN

單樁抵抗浮力水頭280/3X3X10=3.1>1.44

由此確定的樁間距結(jié)合豎向荷載確定的樁間距，取最小值，最終確定樁間距為3mx3m。

4.3墩基礎(chǔ)區(qū)域

墩基礎(chǔ)設(shè)計成抗拔墩以后可以貢獻(xiàn)一部分抗拔力，但因墩基礎(chǔ)較短，側(cè)摩阻力有限僅能抵消一部分浮力，還需要其他措施抵消剩余浮力。結(jié)合淺基礎(chǔ)區(qū)域的情況，確定采用抗浮錨桿。主要計算過程如下：

樁基抗拔承載力特征值（根據(jù)樁基檢測報告7#9#）短樁（墩）100kN

單樁抵抗浮力水頭100/3X3X10=1.11

單根錨桿抵抗浮力水頭70/4.0X4.0X10=0.43

1.1 1+0.43=1.54>1.44

故墩基礎(chǔ)區(qū)域錨桿間距為4mx4m。

5結(jié)語

根據(jù)以上工程實(shí)例，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：一、當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，僅靠配重抗浮并不合適，過厚的配重不僅增加了材料成本，同時還要加深基礎(chǔ)，從而增加了基坑支護(hù)的費(fèi)用。二、當(dāng)考慮豎向荷載不需要設(shè)置樁基礎(chǔ)時，如果為了抗浮而增加抗拔樁，顯然不夠經(jīng)濟(jì)。因?yàn)槭紫葞r石地基樁基成孔較難，費(fèi)用較高，其次樁基僅用來抗拔，并不能發(fā)揮樁基的長處，壓拔結(jié)合才能使樁基性能得到充分利用。三、抗浮設(shè)計應(yīng)因地制宜，充分考慮工程特點(diǎn)、地址情況、周邊情況，遵從安全可靠、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行。