抗拔桩在湛江沿海地区1万m3水池工程中的应用

刘影

中国石化华东管道设计研究院，江苏徐州221008

抗拔桩在湛江沿海地区1万m3水池工程中的应用

刘影

中国石化华东管道设计研究院，江苏徐州221008

如何有效防止水池池体的不均匀沉降，提高抗渗性能，目前仍存在不少亟待解决的问题。文章根据以往水池基础工程的设计、施工经验，综合考虑池体的不均匀沉降、抗渗问题，通过水池设计方案优选，水池抗浮、沉降、桩体裂缝控制分析等，从试桩施工、工程桩施工、投用效果等方面阐述了抗拔桩在湛江沿海地区1万m3大型水池基础工程中的成功应用。

水池设计；抗拔桩；差异沉降；变形缝

0 引言

对于水池结构设计，目前在水池底板与基础沉降的控制方面，研究还不充分，仍然存在不少亟待解决的问题。对于中、小型水池而言，结构设计需要进行荷载组合计算、强度计算、抗裂度计算、裂缝宽度演算等，以满足防腐、抗渗、抗压、防水等设计要求，从而避免水池渗漏引发地下水二次污染，延长水池使用寿命[1-7]。但对于大型水池而言，既要面对上述问题还要面对控制沉降的问题。以往水池基础工程多采用毛石配重的处理方式，但对于大型水池而言，其底板与基础的沉降控制还不仅局限于此。如何有效防止池体的不均匀沉降，提高抗渗性能，下面以在湛江沿海地区，利用抗拔桩实现大型水池（埋地式敞口水池）沉降控制的工程实例，来说明这一问题的解决方法。

1 工程概况

石化企业中的事故、消防、初期雨水水池在生产运营中的作用日趋重要。某工程的大型水池（约1万m3）建于湛江海边，见图1。

图1 水池平面布置示意/m

2 地质情况

拟建场地原为海域，后经人工吹填形成围海陆地。场地土层分布见表1和表2。场地浅部分布有1层吹填土、2-1层淤泥及2-2层中砂，属软弱土单元层，该单元层厚度大，分布范围广，不能满足拟建构筑物的承载力及变形要求。1层为吹填中粗砂，2-2层中砂为液化土层，地震液化等级为中等。地下水位埋深0.70～1.80 m。

场地地基土（2.5 m深度范围内）对钢结构具强腐蚀性；地下水对混凝土结构具微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性，在长期浸水条件下具有微～弱腐蚀性。

表1 土的物理性质指标（平均值）

表2 土的压缩性指标（平均值）

3 设计方案的确定

3.1 备选方案

根据以往工程设计经验，兼顾降低施工难度，包括尽量减少水池施工开挖深度，考虑施工工况更替带来的场地地下水环境变化（地下水位按地表考虑），综合抗浮、抗压和不均匀沉降三个方面因素，确定了三个备选设计方案，每个方案的池底板面积均为3 291m2，净容积均为14807m3，底板厚均为0.6m。

3.1.1 全配重方案

这是一种较为普通亦即传统的做法。池壁净深为6.3 m（含1.8 m厚C15毛石混凝土配重层），由于施工时采取了排水措施，所以该种情况下不存在浮力问题，那么此时的地基承载力不能完全满足工程需要，就必须对基底下方的地基土进行换填处理，处理深度尽量控制在0.5～3 m，见图2。

图2 全配重方案设计剖面

3.1.2 抗拔桩加配重方案

池壁净深为4.5 m，高出设计地面0.5 m，采用抗拔桩（预制方桩）加配重的设计方案，开挖深度5.4 m，C15素混凝土配重层厚0.7 m，桩截面尺寸为0.45 m×0.45 m，桩长25 m，桩间距3.76 m，桩数为174根，见图3。

图3 抗拔桩加配重方案设计剖面

3.1.3 全抗拔桩方案

池壁净深为4.5 m，高出设计地面0.5 m，采用抗拔桩（预制方桩）的设计方案，开挖深度4.7 m，桩截面尺寸为0.45 m×0.45 m，桩长25 m，桩间距为2.62 m，桩数为480根，见图4。

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图4 全抗拔桩方案设计剖面

3.2 方案比选（见表3）

通过综合比选，确定采用设计方案三。

4 水池设计

在确定设计方案的基础上，依据相关规范和勘察报告进行设计计算，针对拟定的方案进行进一步优化[8-10]。

4.1 设计方案优化

本池埋地式现浇钢筋混凝土结构见图5，池壁净高为4.1 m、局部净高6.0 m，池底板采用筏板基础，板厚600 mm，池体抗渗混凝土强度等级C40，抗渗等级P8，为减少混凝土的收缩裂缝和提高抗渗性，混凝土宜掺低碱量膨胀剂，混凝土限制膨胀率为0.025%～0.03%。考虑池内水位HW=3.4 m，侧壁外覆土厚度4.1 m，地面堆载按1 m高土柱计取10 kN/m2，基础持力层为中砂层，底板面积A为2 788 m2，总重力∑G为253 329 kN，地基承载力fak=109 kPa<110 kPa，施工时地基承载力满足要求。

根据GB 5007-2001《建筑地基基础设计规范》中的公式（5.3.5）计算沉降，结果显示：在未考虑打桩，只考虑自重的情况下，基底下方25 m深度以内池体沉降量在26～30 cm之间，因此必须采用抗拔桩解决池底板的不均匀沉降问题。

4.2 池体抗浮验算

根据GB 5007-2001《建筑地基基础设计规范》中的公式（5.4.3）验算抗浮情况，算得水浮力为196 046 kN，抗浮力为119 942 kN，则抗浮系数为0.4<1.05，池体抗浮不满足要求，需进行抗浮设计。

表3 设计方案技术及经济比较

图5 水池钢筋混凝土结构设计

考虑抗拔桩的设计计算。筏板面积为3 291 m2，浮力为68 kN/m2，则筏板所受总浮力为225 210 kN。

计算单桩抗拔极限承载力标准值。根据《建筑桩基技术规范》中的公式（5.4.6-1）计算单桩极限抗拔承载力，桩截面尺寸为0.45 m×0.45 m，计算得单桩抗拔极限承载力标准值为480 kN。

验算群桩基础抗拔承载力。根据《建筑桩基技术规范》中的公式（5.4.5-1）和（5.4.5-2）验算桩基承受的抗拔力，桩间距由2.62m调至2.3～3.2m，置换率约为0.02，实际布置总桩数为386根，见图6。

图6 水池试桩布置示意

验算抗拔桩抗压承载力。根据《建筑桩基技术规范》中的公式（5.3.5）验算群桩总抗力为∑R= 130 074（kN）＞119 942（kN）。沉降量按控制在3～5 cm之间进行验算，满足设计要求。

桩体裂缝控制[11]。根据GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中的公式（7.1.2-1）验算裂缝强度，结果满足设计要求。桩所能承受轴心受拉荷载<桩身强度<基桩抗拔极限承载力标准值<地震作用效应标准值，即在正常使用的极限状态下，满足抗浮要求（基桩上拔荷载不得大于按裂缝控制时桩身所能承受荷载；在承载极限状态下，基桩上拔荷载不得大于桩身强度和地基土所能提供的基桩抗拔极限承载力）。

4.4 池壁与池底板变形缝设计

设计时，考虑将池底板分成9块分别浇筑，最后以变形缝粘接形成整体，见图7、图8。

图7 池外壁变形缝构造

图8 池底板变形缝构造

5 试桩工程

5.1 试桩依据

GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》、J GJ 94-2008《建筑桩基技术规范》、GB 50010 -2010《混凝土结构设计规范》、GB 50046-2008《工业建筑防腐蚀设计规范》、J GJ 106-2003《建筑基桩检测技术规范》、《雨水池岩土工程勘察报告》。

5.2 试桩方案

设计地面对应的绝对标高为6.500 m，桩顶设计绝对标高为2.600 m，试桩数量为40根。考虑到混凝土的裂缝因素，确定单桩抗拔承载力标准值为480 kN。试桩桩型为J ZHb-245-157BG的预制钢筋混凝土方桩。打桩采用双控，以桩端绝对标高控制为主，贯入度控制为辅。试桩施工时，由于试桩桩长为22 m（上节15 m、下节7 m），单桩顶面在设计地面以下埋深3.9～4.9 m的深度处，无法进行检测，因此将试桩桩长调整至26 m（上节15 m、下节11 m）以便于检测。试桩施工完毕且单桩经历恢复期后方可进行试验。

5.3 试桩结论

（1）单桩竖向抗拔静载试验。按照设计要求，在试桩区域进行10根单桩竖向抗拔静载荷试验。根据上拔量δ随荷载U变化的特征确定单桩竖向抗拔静载荷：即在陡变型U-δ曲线上，取陡升起始点对应的荷载值；或根据上拔量δ随时间t变化的特征确定单桩竖向抗拔静载荷：即取δ-lg t曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲的前一级荷载值。当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载值。单桩竖向抗拔承载力特征值应按单桩竖向抗拔极限承载力标准值的一半取值。根据静载试验结果，绘制U～δ曲线，见图9。

图9 静载试验曲线

（2）低应变检测。试桩进行100%的低应变检测，低应变检测结果显示，40根试桩均为Ⅰ类桩。

（3）探伤检测。焊接方法为手工焊，检测比例为100%，扫查方式为锯齿形，检测灵敏度为EL（评定线灵敏度）。该工程共计采用超声波检测焊口40道，最终合格率为100%。

6 试桩的其他注意事项

（1）工程桩施工完毕后也应进行相应项目的检测。

（2）基坑开挖时应人工降水位，保证基坑无积水，待池体混凝土施工和池体周围回填完毕后，方可停止降水位。施工时应保护底板混凝土，防止砸伤保护层。先成桩后开挖基坑，合理安排基坑挖土顺序和控制分层开挖的深度，距基坑底设计标高还差300 mm距离时采用人工清槽以防止土体位移对桩扰动的影响。

7 结束语

目前该水池已投用1年多，根据用户使用报告，水池运行情况稳定，说明设计方案可行且施工效果良好。

[1]赵永福，孙海涛，唐坚梅，等.浅议钢筋混凝土水池设计[J].工程建设与设计，2009（2）：55-57.

[2]毕雅明.钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制[J].结构工程师，2009，25（3）：17-23.

[3]孙要东，李晓光.各类型水池设计的要点研析[J].甘肃科技，2009，25（13）：154-155.

[4]张海.关于污水厂大型水池设计的几点看法[J].山西科技，2008（1）：136-137.

[5]俞少林.水池设计质量问题分析及处理[J].化工设计，2007（4）：15.

[6]梁永涛.关于矩形混凝土水池计算的总结[J].山西科技，2007（3）：142-144.

[7]杨海俊.水池设计中应该注意的一些问题[J].山西科技，2006（5）：132-133.

[8]J GJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[9]GB 50069-2002，给水排水工程构筑物结构设计规范[S].

[10]CECS 138-2002，给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S].

[11]杨京华.浅议抗拔桩配筋设计及裂缝控制[J].工程建设与设计2012（2）：105-107.

Application of Uplift Piles in 10 000 m3Water Pool Project in Coastal Area ofZhanjiang

LiuYing
East-China Pipeline Design&ResearchInstitute，Xuzhou221008，China

How to prevent uneven settlement effectively and improve anti-permeability performance of water pool body is still the problem to be solved.Based on the previous design and construction experience in water pool foundation engineering and the comprehensive consideration on the uneven settlement and anti-permeability of the water pool body，this paper discusses the successful application of uplift piles in 10 000 m3 water pool foundationincoastalarea of Zhanjiang，whichincludes design scheme optimization，analyses on anti-floating and anti-settlement of the water pool and pile crack control，also the constructions of test piles and engineering piles and the applicationeffect of the uplift piles.

waterpooldesign；uplift pile；differentialsettlement；deformationseam

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.011

刘影（1980-），女，安徽肆县人，工程师，2008年毕业于南京工业大学地质工程专业，硕士，现从事管道储运建设工程土建配套专业设计工作。

2014-09-14