天津东郊污水处理厂及再生水厂迁建工程位于天津市东丽区南淀郊野公园内，包括综合楼、35kV变电站、门卫室2座及箱体等共5个单体，建筑面积18.7万m ^[2]，其中箱体建筑面积18.1万m ^[2]，地下1层、地上1层。工程基础底板面积达16.8万m ^[2]，分为800mm和1 500mm厚两种规格。底板混凝土强度等级为C35，抗渗等级为S8，抗冻等级为F150。底板内水平管道直径为200,1 000mm，竖向管道直径为1 200mm。管道布置情况为一端在底板坑槽内水平开口，一端竖直出底板面开口。

　　 考虑底板混凝土浇筑期间，未凝结的混凝土将对管道产生极大的浮力，导致管道标高出现偏差，同时施工中出现偏差后，管道标高调整更为困难，将延缓底板混凝土施工，大大影响管道预埋与底板混凝土的施工质量，产生质量隐患，因此整个底板施工中，大直径管道的预埋抗浮技术措施非常关键。

　　 通过力学分析可知，底板施工过程中，要保证管道不上浮，同时管道下部钢筋支架不会变形，需满足式(1)和式(2)要求:

　　 式中:F_浮为管道所受浮力;G_钢管为管道自身重力;G_上部钢筋为底板上部钢筋重力;ρ_水为水的密度;V_钢管为钢管体积;P_max为抱箍锚固拉力;P_堆载为堆载压力，可为0;F_钢筋支架为钢筋支架支撑应力。

　　 基础底板施工时，由于管道一端水平开口，一端竖向出底板面开口，施工前先将水平开口端用钢板焊接密封，以便管道内储水。同时验证底板管道所受浮力，验算加水方量。底板混凝土分3层进行浇筑，在混凝土浇筑前水平管道注入1/N₁·V_钢管水，然后浇筑第1层底板混凝土，浇筑标高为管道底标高以上100mm，振捣后在水平管道内注入1/N₂·V_钢管水;在第1层混凝土初凝前浇筑第2层底板混凝土，浇筑标高为水平管道中部标高位置，随后将水平管道注满水;最后在第2次混凝土初凝前浇筑第3层底板混凝土，浇筑标高为底板上标高。分层浇筑，逐步管道加水，最大限度减少管道的上浮应力。

　　 管道安装过程中，设置工字钢拉结焊接水平管道，工字钢底端与工程桩或底板下层钢筋焊接连接，竖向管道利用钢筋与上层钢筋焊接拉结，避免管道因上浮出现标高变化或振捣等原因导致的水平位置偏移。

　　 浇筑过程中密切监测管道位置与标高变化情况，针对容易出现上浮情况的第2层和第3层混凝土浇筑过程，配置2捆钢筋作为调整荷载，浇筑过程中，若监测到管桩上浮情况较大时，利用塔式起重机配合进行压载调整，并适当调整混凝土浇筑路径和速度，待管道部位混凝土适度凝结(初凝前)后，移除压载，加大管道储水量，再继续该部位混凝土施工。

　　 由公式F_浮=ρ_混凝土gV_管道，可知底板混凝土在液态情况下，预埋管道所受浮力极大，尤其是大直径管道，混凝土密度大于水的密度，水平管道加满水也远不能抵消管道浮力。故在水平管道上设置抱箍，通过与底板下部钢筋或工程桩拉结，消除上浮应力。

　　 选择I16(160×88×6)作为抱箍，在水平管道两侧焊接拉结，底端与工程桩或底板钢筋焊接连接，如图1所示。抱箍设置为3m 1道。

　　 出底板竖向管道采用同底板型号钢筋进行拉结，拉接点分为2层，钢筋上端与管道点焊连接，下端与底板钢筋焊接，其中下层拉结点钢筋与底板下层钢筋焊接连接，上层拉结点与底板上层钢筋焊接连接。单层拉结点布置4个点位，均匀布置在竖向管道的同一标高上，避免管道受力不均匀出现偏移。如图2所示。

　　 基础底板混凝土施工严格按照加水量随底板浇筑进度添加的原则。

　　 1)水平管道开口密封

　　 底板施工前，用10mm厚钢板对水平管道开口进行密封，并进行闭水测试，防止管道加水后出现漏水情况。

　　 2)第1步加水

　　 底板浇筑前进行第1步加水，通过计算确认的加水量为1/N₁·V_钢管，并监测管道加水后管道标高的变化。避免管道加水过多导致支架变形严重而产生的标高误差。考虑到钢管中加水主要作用为抵消混凝土的浮力，同时避免加水过多导致钢管底部钢筋支架变形，确认第1步加水量刚好抵消第1步混凝土浮力。

　　 计算得，第1步混凝土浇筑时，F_浮=0.96kN,N₁=8.01。

　　 3)第1步底板混凝土浇筑

　　 第1步底板混凝土浇筑高度为管道底标高上100mm，避免混凝土过高对管道产生过大的浮力，同时在凝结过程中，能够抵消部分后续加水对管道支架的压力，减小标高误差。浇筑标高如图3所示。

　　 4)第2步加水

　　 第1步混凝土完成振捣后，进行第2步加水，通过计算确认的加水量为1/N₂·V_钢管。加水标高与混凝土浇筑关系如图4所示。

　　 第2步加水过程中，考虑到第1步混凝土已丧失部分流动性，浮力消失，可承担部分加水质量。因第2步混凝土施工到管道1/2部位，此时，若全部由管道水抵消浮力，可得第1步混凝土浇筑时，F_浮=8.24k N,N₂=0.93。

　　 此时计算得N₂=0.93<1，不符合实际，且对管道支架压力较大;则此时应由管道加水自重和工字钢抱箍共同抵消浮力。即:F_浮=G_水+P_max，其中P_max为抱箍拉力。

　　 因第2步浇筑和第3步浇筑浮力相当，且第2步混凝土丧失部分流动性后，为避免管道支架或抱箍单一所受作用力过大，则此时可取N₂=1/2。

　　 5)第2步底板混凝土浇筑

　　 在第1步混凝土初凝前进行第2步混凝土浇筑，第2步混凝土浇筑高度为管道中心标高位置，浇筑高度如图5所示。

　　 6)第3步加水

　　 第1步混凝土完成振捣后，进行第3步加水工作，此次水平管道部位水全部加满。第3步加水标高与第2步混凝土浇筑关系如图6所示。

　　 7)第3步底板混凝土浇筑

　　 在第2步混凝土初凝前进行第3步混凝土浇筑，第3步混凝土浇筑标高为底板上皮标高，浇筑高度如图7所示。此次浇筑中管道所受浮力最大，需密切监测管道标高变化，出现管道标高变化过大的情况时，及时采取措施增加压载进行调整。

　　 8)底板收面

　　 根据规范要求，对底板进行收面，并覆盖材料养护。

　　 9)管道排水

　　 在底板终凝24h后，及时排除注入水平管道中的水，避免时间过长锈蚀管道。

　　 在底板混凝土施工过程中，需全程检查管道标高变化情况。提前预备2捆钢筋作为压载，协调好该区域施工塔式起重机。当管道标高变化过大时，利用塔式起重机吊运钢筋对竖向管道施加荷载在调整管道标高，荷载施工过程中，密切关注混凝土凝结情况，并适量增加管道内水量，管道所受浮力随底板混凝土凝结而逐渐减小，在底板混凝土初凝前约2h撤除压载，以保证后续底板混凝土施工。压载调整管道标高如图8所示。

　　 1)由公式可知，在底板混凝土施工前，需在管道内注入一定水量，同时注入水量不能过多，以免导致管道支撑钢筋产生变形导致标高变化。

　　 2)根据确定的分层浇筑方案，计算各层混凝土浇筑时的浮力大小，确定相应的管道注水量，并在管道内部标注注水标高。

　　 本工法优化施工措施，极大地降低了基础底板内大直径管道上浮的可能性，保证了预埋管道安装精度，从而为后续施工提供了保障。经底板内预埋管道上浮偏差检查，12根管道最大上浮偏差为3mm，在允许误差范围内。

　　 整个底板施工中，大直径管道的预埋抗浮技术措施非常关键。项目通过严谨策划，计算管道混凝土浇筑时所受浮力、底板混凝土分层浇筑、管道密封加水抵抗浮力、设置工字钢抱箍、焊接钢筋拉结、过程标高控制配备压载调整等一系列手段，底板施工顺利完成，管道预埋质量与底板施工质量均满足施工要求，管道预埋标高偏差最大仅为3mm。可为类似底板中预埋大直径管道施工工程提供一定的参考。