1、游泳池主动抗浮思想的模型试验研究摘要 针对目前游泳池抗浮技术的不足之处，提出了一种新的抗浮方法游泳池排水减压抗浮技术。参考目前地下室抗浮中采用的“主动”抗浮方法，首先构思了游泳池排水减压抗浮法的构造措施。在此基础上，通过自制的模型试验装置论证了其在游泳池抗浮中的可行性。通过试验发现，本文提出的抗浮构造措施是有效且切实可行的。当游泳池结构位于透水性较好的土层中时，该抗浮措施能够有效抵御水位上升带来的水浮力。 关键词 游泳池；抗浮；排水减压；模型试验 0.引言 目前，建筑抗浮设计方法主要表现为“主动”和“被动”两种途径。自重抗浮、抗浮桩、抗浮锚杆等传统的抗浮技术属于被动设计方法，其特点在于水池结构
2、被动地承受地下水浮力的作用。采用被动的抗浮技术进行设计时，抗浮设防水位的确定是其中一个难点，直接影响到建筑结构抗浮措施的可靠性及工程的经济性。例如，某采用自重抗浮的钢筋混凝土污水处理池，由于抗浮设防水位设计值偏小，导致水池底板在连降暴雨后上拱开裂，同时地下水渗入池内1。主动抗浮设计方法主要以降水、减压为主要手段。其一般构造措施为在基础底板下设计一道透水层。由透水层内的集水管网将滞留在基底的压力水以自然溢流方式排至专用集水设施内，基底便不会形成超额水压力，从而达到了抗浮的目的。 “主动抗浮”作为一种全新的抗浮思想，已在一些实际工程被采用并产生了一些具体的构造方法。上个世纪九十年代建造上海金茂大厦
3、时，主动抗浮技术被应用于裙房的抗浮设计中，使得裙房基础底板的厚度比传统做法薄 0.9 米左右。刘波等2将主动抗浮技术运用于地下室的抗浮中使得整个工程节约能耗约 20%左右，节约工期约三个月。同时，在建筑使用期间，抗浮系统成功应对了不同地下水位时的抗浮要求且地下室结构未出现裂缝和渗漏现象。由此可见，与传统的抗浮法相比，主动抗浮技术即能够适应复杂的工程和水文地质条件，又能取得良好的经济效益。 然而， “主动抗浮”的思想及相应的技术至今没有在游泳池等浅埋地下构筑物的抗浮中得到应用。本文在已有工程经验和研究成果的基础上，将主动抗浮的思想运用于游泳池的抗浮设计中，提出了游泳池排水减压抗浮法，并运用模型试
4、验的方法对主动抗浮在游泳池抗浮中的可行性进行了研究，模拟了池侧填土透水性及池底透水层对抗浮效果的影响。 1.游泳池排水减压抗浮法介绍 游泳池排水减压抗浮法着眼于“主动” ，通过降水、泄压等主要手段达到抗浮目的，是对传统抗浮方法的发展和完善。该抗浮技术主要由排水减压系统及池水收集系统构成。如图 1 所示，其主要构造方法为在水池底板四周适当位置布置贯穿混凝土结构层的排水管，同时在池底铺设一定厚度的高透水性材料（如砂砾土） 。排水管及池底垫层构成完整的排水减压系统。当水池需要放空停用时开启排水管的阀门，这时池底的地下水在水头差的驱动下通过排水管进入池内。地下水发生渗流以后，作用于池底部的竖向水压力将
5、大幅减小，即达到所谓的排水减压抗浮目的。当池内的水积聚到一定量时，开启原有的排水系统，将积水收集到专门的集水井内用于日常的绿化浇灌和生活用水。为防止在池底排水减压的过程中，引起水池四周土体的固结、地面沉降等不良后果，应当在肥槽内填筑不透水或低透水性材料以减小降水影响半径。本文通过自制的试验装置模拟上述的排水减压抗浮过程，以证明主动抗浮方法的有效性。 图 1 排水减压抗浮法构造示意图 2.试验方案 2.1 试验装置设计 运用图 2 所示的试验装置来模拟游泳池排水减压抗浮法的抗浮过程。图 2 中标记的、分别为市场上所购买的塑料储物箱、塑料篮子及铁皮易拉罐。通过在易拉罐底部钻孔（如图 3 所示）来模
6、拟运用排水减压抗浮法以后的游泳池结构。为便于下文的描述，将甲篮子内的易拉罐标记为 1#，乙篮子内的易拉罐标记为 2#。整个试验装置组装完成后的实际效果如图 4 所示。试验开始后向塑料箱内注水，水通过自然渗流将篮子内的土体饱和。通过间歇性地向塑料箱内注水来缓慢提升土体内的水位，直至易拉罐发生上浮。 图 2 试验装置设计图（单位：mm） 2.2 试验步骤 由于这是一个定性的模型试验，在保证两个易拉罐所处的外部条件相同的情况下，仅需要观察的是在水箱内的水位达到一定高度时易拉罐是否发生了上浮，因此可以忽略易拉罐侧壁与土体之间的摩擦力对整个试验的影响。通过易拉罐上的刻度标尺与塑料篮子上的白线的相对位置（
7、如图 5 所示）来判断易拉罐是否发生上浮及其上浮量。 图 3 底部开孔示意图 图 4 试验装置设计图 图 5 易拉罐上浮测量装置 本试验装置所要完成的试验内容如下： （1）在甲、乙两个篮子内填入相同的、透水性较好的粘性土，其中2#易拉罐底部开孔。待篮子在箱子内放置完毕后，向箱子内注水。刚开始时一次性注水至 5cm 高度，并静置 1 小时使水面以下土体能够达到相对饱和状态。静置结束后继续向箱子内注水。两次注水间隔时间为半小时，每次注水 0.5cm，直至其中某一个易拉罐出现上浮迹象为止。同时，把最后一次注水后的水位高度记为“上浮水位” 。本次试验用以证明排水减压抗浮法构造措施的可行性。 （2）保持
8、乙篮子中的填土及易拉罐状态与（1）中相同，在甲篮子中分层填土，底部为与乙篮子中相同的粘性土，上部为密实的透水性较差的粘性土，填土厚度如图 6 所示。在甲篮子内放入底部开孔的易拉罐，开孔方式与 2#易拉罐相同。试验开始后，一次性向箱子内注水至“上浮水位”并静置一小时。一小时后观察 1#、2#两个易拉罐是否发生上浮，并观察罐内积聚的水量。若两个易拉罐均未发生上浮，则在抽净罐内的积水后再次观察易拉罐的上浮情况。本次试验用以模拟游泳池池侧填土的渗透性对抗浮效果及周围环境的影响。 图 6 乙篮子填土示意图 3.试验结果及分析 通过对上述三组模型试验进行观察，得到的结果如下所述： （1）在对游泳池排水减压
9、抗浮法可行性的模型试验中（试验 1）发现，当箱内注水高度为 11cm 时，未开孔的易拉罐（1#）出现上浮迹象。当箱内注水高度为 12cm 时，易拉罐已发生明显上浮，最终上浮量达12mm。然而，底部开孔的易拉罐（2#）始终未见其有上浮迹象。静置一段时间后发现，2#易拉罐内的积水水位几乎与箱内水位相当。由于积聚在罐内的水能够抵消一部分易拉罐的上浮力，因此必须通过抽水装置将积水抽净。在保持易拉罐内存有少量积水的情况下，2#易拉罐亦为见其有任何上浮迹象。至此，本次试验证明了本文提出的“主动抗浮”思想及构造方法能够应用于游泳池的抗浮设计中。 （2）通过将易拉罐底部以上一定范围内的土体替换成另一种低透水性
10、粘土，用以模拟游泳池在运用排水减压抗浮法时，池侧填土透水性对抗浮效果及地下水分布的影响。从本次模型试验可以观察到，塑料箱内注水至 12cm 后，两个易拉罐均未见有任何上浮迹象。可以判断，易拉罐底部开孔起到了抗浮的作用。观察两个易拉罐内的积水量时发现，1#易拉罐内的积水明显少于 2#易拉罐内的积水。两个易拉罐内的积水被抽净后也并未出现上浮现象。由于乙篮子内的土体透水性良好，因此 2#易拉罐内的积水被抽净后能够很快回升。在多次抽水以后，塑料箱子内的水位发生了明显下降。从本次模型试验的结果可以发现，当游泳池周围填土的透水性较好时，使用排水减压抗浮法以后容易对周围地下水的分布状态产生较大的影响。 4.结语 本文通过自制的简易试验装置对排水减压抗浮技术及构造措施在游泳池抗浮中的可行性进行了探讨，得到的主要结论有： （1）本文提出的排水减压抗浮法的构造措施对于游泳池的抗浮是可行的，且能够适应不同地下水位时的抗浮要求，具有较强的适应性； （2）现有的主动抗浮技术对建筑周围的地下水分布产生一定的影响，因此在使用主动抗浮技术时必须对基底水压力和地下水位进行监测，在基底水压力低于阀值时关闭排水泄压装置。 （3）当池侧填土透水性较差时，对排水减压抗浮法的抗浮效果没有明显影响，但是能够有效减弱主动抗浮技术对周边地下水分布的影响。因此在实际工程中运用该抗浮技术时建议在池侧的肥槽内填筑透水性低的土体。
