复杂地质情况下的垃圾池抗浮设计

复杂地质情况下的垃圾池抗浮设计

张鹏

中国恩菲工程技术有限公司北京100038

摘要：本文结合工程实践，对垃圾池的抗浮设计进行了分析。针对复杂的地质情况，选用了抗浮锚杆和抗拔桩混合使用的抗浮方案。进行了非线性计算，并对设计和施工中一些特殊问题给出了解决方案。

关键词：垃圾池；抗浮设计；抗拔锚杆；抗拔桩

一、引言

在某垃圾焚烧厂设计中，垃圾池埋置较深，高水位工况需进行抗浮验算。由于垃圾池体量大、投资占比高，如何解决垃圾池的抗浮问题对整体造价有很大的影响。一般情况下常用的抗浮方案有配重抗浮，抗拔桩抗浮，抗拔锚杆抗浮，和降水抗浮。针对本项目复杂的地质情况和造价等多方面因素综合考虑，采用了抗拔桩和抗拔锚杆混合使用的方案。

二、工程概况

本项目为某生活垃圾焚烧发电项目，年处理生活垃圾21.9万t，平均日处理能力600t。本项目共设置2台300t/d垃圾焚烧炉，垃圾池21m，长40m。垃圾池底标高-7.0m，垃圾池顶23.5m。

图一：垃圾池剖面

1、抗浮水位情况：地下混合稳定水位埋深为2.20～2.60m，水位标高为25.55～25.94m，地下水位随地形起伏而变化，地下水水量、水位受季节性变化影响较大，结合当地近几年洪水水位标高和本场地的水位及变化幅度考虑，抗浮设计水位按场地室外地坪下1.0m考虑，标高为27.10m。

2、地质情况：

第①层杂填土，松散，无建筑意义。

第②层黏土，承载力较低，属中压缩性土。

第③层中风化石灰岩，中风化，承载力大，属微压缩性土。

垃圾池底部的地质剖面较陡，坡度大于15%，属不均匀性地基。造成垃圾池一部分落在第②层黏土上，一部分落在第③层中风化石灰岩上。

图二：垃圾池地质剖面情况

三、抗浮方案选择

垃圾焚烧项目的抗浮设计常用的方案有主动抗浮（降水抗浮）和被动抗浮（锚杆抗浮和配重抗浮）。根据本项目的具体情况，对各种抗浮方案进行了分析和经济比较。

（1）降水抗浮

降水是在垃圾池下设置反滤层，将垃圾池底下的水汇到集水系统中。导流到集水井中用泵排出，可以有效的释放水浮力。但需要长期的运行控制和维护管理，有一定的运营费用，本地区位于高水位地区，考虑到业主未来的运营管理和成本，未采用此种方案。

（2）配重抗浮

对于垃圾池配重抗浮方法，一般采用增加底板和池壁厚度，增大挑出底板长度，利用周边土增加压力。一次性投入较大，但无后期维护成本，对于结构自重和水浮力相差不大的情况比较适合。本项目的水位较高，接近地面，如果靠配重抗浮，增加的土建成本很大。且配重部分要扣除浮力，因此埋深也要加深，基底压力增加较多，由于垃圾仓一部分位于第②层黏土上，会产生过大的地基变形，造成垃圾池底不均匀沉降，严重时会引起底板开裂。

（3）锚固抗浮

锚固抗浮主要有抗拔桩和抗浮锚杆两种方法。抗拔桩是利用桩自重和桩侧摩阻力抵抗浮力。由于本项目垃圾池下黏土层承载力较低，采用桩基础方案，利用抗压桩兼做抗拔桩，可以起到一举两得的结果。垃圾池下为中风化石灰岩的部分，地基承载力很高，采用抗拔锚杆更加合理。

根据本项目具体地质情况特点和经济性的多方比较，确定采用了一部分桩基一部分抗拔锚杆的混合抗浮方案。

四、抗浮设计

1、受力分析

水位较低的情况下，结构自重可以满足抗浮的要求，垃圾池底板下的桩基为受压状态（此时采用桩受压刚度），底板下中风化岩部分为受压状态，锚杆不起作用。高水位情况下，桩基变为受拉状态（此时采用桩受拉刚度），锚杆开始受拉。且垃圾池的上部结构荷载主要集中在柱和仓壁下部，荷载的分布很不均匀。

这就造成了垃圾池设计的边界条件是非线性的。因此在基础设计时，采用了非线性的分析方法。考虑上部结构的结构刚度，同时明确桩的抗压抗拉刚度，合理选取地基的基床系数。

2、抗拔桩和锚杆的布置

由于垃圾池上部结构的荷载分布不够均匀，抗浮力作用具有很强的不均匀性，垃圾仓底板的厚度不同，扣除自重后的水浮力也不均匀，如果按照整体计算由抗拔桩和锚杆平均分担水浮力，可能出现底板的抗拔锚杆抗拔承载力不足的情况。因此对于垃圾仓仓壁下部分，可以考自重的影响，将仓壁下的抗拔桩和锚杆适当减少，而对底板区域抗拔桩和锚杆进行加密。

3、锚杆和抗拔桩共同使用时的问题

本项目采用了抗拔桩和抗拔锚杆两种方案，不可避免在桩和锚杆的交接位置存在地基是粘性土的情况，由于粘性土的基床系数很低，因此垃圾池底板在此局域内产生了较大的应力集中。为了解决此问题，在实际工程中对此部分用C20毛石混凝土进行了换填。

五、施工中注意事项

1、抗拔桩（锚杆）的检测

抗拔工程桩和锚杆，检测规时应按设计要求控制最大上拔荷载，但应留有足够的安全储备。不需要取抗拔承载力特征值T的2倍，因为实际工程中，抗拔桩主要由桩身强度和裂缝控制，所以工程桩抽样检测时，按1.35T检测是恰当的。

2、施工期间的排水

在施工阶段一定要采取合理的降水措施，采用降水井、截水沟等方案，将地下水位降至底板以下，保证施工期间结构不致因水位上升造成上浮。垃圾仓结构施工完成，且基坑四周回填密实后才能停止基坑降水。

六、小结

本项目的垃圾池抗浮设计，针对现场特殊的地质情况，选用了抗拔桩和抗拔锚杆并用的设计方案。进行了合理的计算模拟，采用非线性的分析方法，并结合垃圾池的特点进行了局部调整，非常符合真实的受力状态。达到了节省投资，加快施工进度的结果。

参考文献

【1】JGJ94-2008建筑桩基技术规范

【2】唐孟雄胡贺松张程林地下结构抗浮中国建筑工业出版社