CN105421500B - 一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，包括降水井机构和水平帷幕，降水井机构包括降水井、储水池、抽水泵和水位传感器，降水井设于地下室外围的地下室底板上，降水井的井口直通地面，降水井的井底深入地下室底板下方，储水池设于地下室底板下方并连通降水井，抽水泵和水位传感器设于储水池内，水位传感器连接抽水泵，水平帷幕设于地下室底板的下方。与现有技术相比，本发明克服了现今常用的抵抗地下水浮力的方法的消极被动性，从降低地下水的浮力和增加上部平衡地下水浮力的抵抗力两个方面来解决地下室抗浮的问题，对于环境要求比较高，地下室埋藏深度大，地下水位高的地区特别适用，具有良好的市场价值。

Description

一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统

技术领域

本发明涉及地下工程设计和施工技术领域，尤其是涉及一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统。

背景技术

在地下水位比较高的地区建造建筑物或构筑物时，如果设计有地下室，不可避免地需要承受很大的地下水浮力的作用。地下室设置层数越多，埋置深度就越深，地下室所承受的水浮力的作用就越大，直接承受水浮力作用的底板的内力就越大，底板配筋量也相应增加。同时，因为水浮力的存在使地下室存在向上浮起的不稳定趋势，对上部结构会产生不利影响。所以地下室在地下水浮力作用下的稳定性是地下水位比较高的地区的建筑物和构筑物地下室设计中首先需要解决的问题。

目前，在地下室抗浮设计和施工技术中，常用的解决地下室在地下水浮力作用下的稳定性问题的方法不外乎两种：结构配重法和地基锚桩法。

结构配重法是通过增加地下室或上部建筑的结构材料自重或地下室底板或顶板上覆盖一定厚度的回填土的方法平衡地下水浮力作用，满足稳定性要求。例如常采用增加地下室底板、顶板或侧壁等结构构件的截面厚度，有时也采用比普通混凝土容重大的结构材料，例如铁屑混凝土等；或者采用将地下室底板向地下室侧壁以外延伸一定长度悬挑段，通过增加地板延伸段上的覆土重量和结构自重一起平衡地下水浮力作用也是一种常用的抗浮手段。结构构件的截面厚度和回填覆土厚度均需要根据抗浮稳定性验算确定。采用该结构方法的优点是就地取材，施工简便，缺点是需要通过增大结构构件截面尺寸的方式来增加结构自重，是一种“消极抵抗”，“死搬硬抗”的方法，混凝土和钢筋等建筑材料耗费量很大，地下室埋置深度越深，水浮力越大，材料消耗量越大，当地下水浮力远远大于结构物自重时，仅靠增加结构自重的方法可能仍无法满足稳定性要求。因此这种方法只能在地下室埋置深度比较浅的工程中使用，例如单层地下室，使用范围比较小，具有很大的局限性，性价比比较低，并可能会影响到建筑内部的使用功能。

地基锚桩法是采用在地下室底板下设置抗拔桩和抗浮锚杆，通过抗拔桩或抗浮锚杆在土层或岩层中的侧阻力和粘结力来抵抗和平衡地下水的浮力。抗拔桩用在土层地基抗浮中，常用的抗拔桩有钢筋混凝土预制方桩、钢筋混凝土灌注桩和高强预应力混凝土管桩等；抗浮锚杆通常用在岩石地基抗浮中，是一种纯粹抗拔的构件。这种方法目前在单层或多层地下室工程中得到普遍使用，其优点是能够充分利用抗拔桩、锚杆与土或岩层之间的粘阻性能，不需要增加地下室机构构建的截面厚度，缺点是需要进行深基坑的施工，施工环节较多。在地下水浮力越大的情况下，抗拔桩或抗浮锚杆的长度就越大，数量也越多，自此产生的桩基础部分的造价越大。

特别重要的是，当抗拔桩比较长时需要进行接桩处理，桩接头焊接质量的优劣直接关系到抗浮效果，焊接质量不好将会存在抗浮失效的隐患。例如高强预应力混凝土管桩的接头在目前的施工条件下的焊接质量很难满足设计要求，在施工设计中已较少采用。

结构配重法和地基锚桩法均属于消极被动型的抵抗水浮力的方法，这两种方法均不能减小或消除地下水的浮力，地下室底板下很大的水压力始终存在，如果处理不当，很可能造成地下室混凝土底板或外墙的渗水，影响地下室的使用，降低地下室混凝土结构的耐久性和使用年限。

中国专利CN103147464A公开了一种地下室抗浮板的泄压结构及其施工方法，包括垫层、以及垫层上的地下室底板，垫层和地下室底板上设置有集水坑，在垫层下方铺设有一层砂砾层，在集水坑四周铺设有过滤层，在砂砾层内铺设有导流管，导流管汇集到过滤层内，在集水坑的侧壁上安装有引流管，集水坑通过引流管与过滤层连通。该专利通过把地下室以下的地下水引流到地下室内形成重力水来抵抗地下水的浮力，想法看起来很吸引人，可是变成重力水的地下水也会仍然会对上部土体产生浮力，且有地下水渗漏的隐患。

中国专利CN104179201A公开了一种排水泄压抗浮系统，包括基岩层、基础板、地基透水层，地基透水层位于基岩层上方，还包括与地基透水层相通的降水井及用于抽排降水井内地下水的抽排装置，降水井位于基础板外侧。该专利通过利用降水井不断的抽水来降低地下水的压力，并没有回灌地下水的措施，有可能会导致地面沉降，甚至影响上部结构的稳定性等危害。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，克服了现今常用的抵抗地下水浮力的方法的消极被动性，从降低地下水的浮力和增加上部平衡地下水浮力的抵抗力两个方面来解决地下室抗浮的问题，同时相对于只利用抽取地下水来降低地下水的浮力的方法来说能很好的降低抽水引起地面沉降的隐患，对于环境要求比较高，地下室埋藏深度大，地下水位高的地区特别适用，具有良好的市场价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统包括降水井机构和水平帷幕，所述降水井机构包括降水井、储水池、抽水泵和水位传感器，所述降水井设于地下室外围的地下室底板上，降水井的井口直通地面，降水井的井底深入地下室底板下方，所述储水池设于地下室底板下方并连通降水井，所述抽水泵和水位传感器设于储水池内，所述水位传感器连接抽水泵，所述水平帷幕设于地下室底板的下方。

所述水平帷幕为用于抗浮和隔渗的水平连续水泥土板体。

所述水平帷幕通过高压灌浆法或者旋喷法施工而成。

所述水平帷幕的厚度通过压重平衡法获得，满足以下公式：

其中，H为水平帷幕的厚度，γ_s为水平帷幕上覆土的容重，γ_c为水平帷幕的容重，h为水平帷幕上覆土的厚度，P_b为水平帷幕单位面积承受的浮托力。

所述水平帷幕与地下室底板之间的距离为1-1.5米。

所述降水井的底端低于水平帷幕的底部。

所述降水井机构为多个，多个降水井机构均布在地下室外围。

所述降水井的井口处设有井盖。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明同时采用低水平帷幕和抽水降压的一种联合方式来降低地下水压力，克服了现今常用的抵抗地下水浮力的方法的消极被动性，从降低地下水的浮力和增加上部平衡地下水浮力的抵抗力两个方面来解决地下室抗浮的问题。

2)本发明的水平帷幕通过高压灌浆法或者旋喷法，在距坑底一定距离，设置具一定强度和抗渗性能的连续水泥土水平板体，形成一层作为水平隔渗体的水平帷幕，这样，水平隔渗体自重以及水平隔渗体和地下室底部之间部分的土体的自重就能够用来平衡水平帷幕之下的地下水浮力，主动增加地下室抵抗地下水浮力的能力，提高建筑物的地下室抗浮性能。

3)针对地下室抗浮性能的要求，水平帷幕的深度和厚度设计要根据具体的地质环境和基坑工程的要求来确定，同时也要满足流砂、管涌和突涌的验算，设计时水平帷幕的厚度通过压重平衡法获得，实用性强，结构可靠。

4)本发明的降水井机构用于丰水期、地下水位较高的情况下，也就是当储水池中的水超过一定限度时，水位传感器打开抽水泵排出储水池中的水，从地下水源头处降低浮力，抗浮效果好，同时使用时可通过多个降水井机构均匀抽水。

5)本发明的降水井机构仅在水位线超过时工作，相对于只利用抽取地下水来降低地下水的浮力的方法来说能很好的减少抽水引起地面沉降的隐患。

6)本发明对于环境要求比较高，地下室埋藏深度大，地下水位高的地区特别适用，具有良好的市场价值。

7)本发明降水井机构的抽水泵不用时时工作，延长使用寿命，同时在降水井机构不工作时，顶部利用井盖做好密封处理。

附图说明

图1为本发明基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统的示意图；

图2为本发明中降水井的剖视示意图；

图3为本发明中降水井的俯视示意图。

图中：1为降水井，2为井盖，3无砂混凝土井壁，4为井底，5为地下室底板，6为抽水泵，7为排水管，8为钢筋混凝土墙，9为防水砂浆，10为水平帷幕，11为地下室外围土层，12为储水池，13为水位传感器，14为地下室墙壁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2和图3所示，一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统包括降水井机构和水平帷幕10，地下室空间由地下室墙壁14和地下室底板5构成，降水井机构包括降水井1、储水池12、抽水泵6和水位传感器13，降水井1设于地下室外围的地下室底板5上，降水井1的井口直通地面，降水井1的井底4深入地下室底板5下方，储水池12设于地下室底板5下方，且储水池12的一侧壁上部连通降水井1，抽水泵6和水位传感器13设于储水池12内，水位传感器13连接抽水泵6，水平帷幕10设于地下室底板5的下方，其中：

水平帷幕10为用于抗浮和隔渗的水平连续水泥土板体，通过高压灌浆法或者旋喷法施工而成，具有一定的强度和抗渗性能。水平帷幕10的厚度通过压重平衡法获得，满足以下公式：

hγ_s+Hγ_c≥P_b

则水平帷幕10的厚度为：

其中，H为水平帷幕10的厚度，γ_s为水平帷幕10上覆土的容重，γ_c为水平帷幕10的容重，h为水平帷幕10上覆土的厚度，P_b为水平帷幕10单位面积承受的浮托力。

同时，水平帷幕10与地下室底板5之间的距离一般设为1-1.5米，例如1.2米，有利于充分发挥水平帷幕10的抗浮效果。

降水井机构为多个，多个降水井机构均布在地下室外围。降水井1由无砂混凝土井壁3在地下室外围土层11中围砌而成，降水井1的井口处设有井盖2，当降水井1不工作时，利用井盖2进行密封。

储水池12由钢筋混凝土墙8围砌而成，储水的同时可便于了解地下水水位的高度，并在钢筋混凝土墙8的内壁设有一层防水砂浆9，可用于防止渗水。水位传感器13设置在储水池12中的水位警戒线上。抽水泵6连接排水管7，储水池12的水经过排水管7流出。降水井1的底端低于水平帷幕10的底部，有利于抽出位于水平帷幕10以下的地下水。

本发明通过距地下室底部一定距离的水平帷幕10和地下室四周的用来降低地下水压力的降水井1来实现地下室的抗浮，在实际应用时，地下室下方的水平帷幕10作为水平隔渗体，以水平隔渗体自重以及水平隔渗体和地下室底部之间部分的土体的自重来平衡水平帷幕10之下的地下水的浮力，大大减轻了地下室底板5所承受的压力，从而增强稳定性和延长使用寿命，同时地下室周围的降水机构平时不工作，仅有当储水池12中的地下水超过水位警戒线时，水位传感器13发出信号使得抽水泵6适当抽取地下水来降低地下水的压力，从而从源头降低地下水的浮力而增强地下室的稳定性和延长地下室的使用寿命。由于水泵不是时时工作一直抽取地下水，所以会引起地面沉降的隐患也很小，对于环境要求高的基坑工程特别适用。

综上，本发明系统从增加抵抗力和降低地下水浮力两个方面，双管齐下来解决地下室抗浮的问题，相对于现在常用的地下室抗浮的方法有着既不被动挨打，同时主动出手也不对环境造成很大影响的优点。

Claims (8)

1.一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，包括降水井机构，其特征在于，还包括水平帷幕(10)，所述降水井机构包括降水井(1)、储水池(12)、抽水泵(6)和水位传感器(13)，所述降水井(1)设于地下室外围的地下室底板(5)上，降水井(1)的井口直通地面，降水井(1)的井底(4)深入地下室底板(5)下方，所述储水池(12)设于地下室底板(5)下方并连通降水井(1)，所述抽水泵(6)和水位传感器(13)设于储水池(12)内，所述水位传感器(13)连接抽水泵(6)，所述水平帷幕(10)设于地下室底板(5)的下方。

2.根据权利要求1所述的一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，其特征在于，所述水平帷幕(10)为用于抗浮和隔渗的水平连续水泥土板体。

3.根据权利要求1所述的一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，其特征在于，所述水平帷幕(10)通过高压灌浆法或者旋喷法施工而成。

4.根据权利要求1所述的一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，其特征在于，所述水平帷幕(10)的厚度通过压重平衡法获得，满足以下公式：

$H\≥\frac{P_b-{\mathrm{h\γ}}_s}{{\mathrm{\γ}}_c}$

其中，H为水平帷幕(10)的厚度，γ_s为水平帷幕(10)上覆土的容重，γ_c为水平帷幕(10)的容重，h为水平帷幕(10)上覆土的厚度，P_b为水平帷幕(10)单位面积承受的浮托力。

5.根据权利要求1所述的一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，其特征在于，所述水平帷幕(10)与地下室底板(5)之间的距离为1-1.5米。

6.根据权利要求1所述的一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，其特征在于，所述降水井(1)的底端低于水平帷幕(10)的底部。

7.根据权利要求1所述的一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，其特征在于，所述降水井机构为多个，多个降水井机构均布在地下室外围。

8.根据权利要求1所述的一种基于低水平帷幕和抽水降压的地下室抗浮系统，其特征在于，所述降水井(1)的井口处设有井盖(2)。