CN106193132B - 用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统及其用于泄压抗浮的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统，包括多个建筑泄压滤水系统，每个建筑泄压滤水系统的泄压滤水装置包括预制混凝土套管、位于预制混凝土套管内的滤水芯管、预埋芯管固定件、胶圈垫和芯管固定帽；滤水芯管上部有一开有螺栓孔的环板，环板以下管壁开有小孔，滤水芯管上包有2～4层密目滤网，在滤水芯管底部与预制混凝土套管底部的空间填充有圆砾石，在预制混凝土套管侧壁与滤水芯管侧壁之间的空间填充有粗砂；安装状态下，预埋芯管固定件预埋于底板混凝土中，芯管固定帽与预埋芯管固定件之间、芯管固定帽与滤水芯管之间均通过螺栓连接，中间有橡胶圈。该系统及其用于泄压抗浮的方法，能有效、经济、长期的解决建筑深基坑的抗浮问题。
Description
技术领域
本发明涉及一建筑物排水系统，特别是一种用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统及其用于泄压抗浮的方法。
背景技术
在高水位地区的深基坑施工中，往往存在地下水位高、水头压力大、地下水位季节变化大的特点，地下室底板承受着巨大的浮力作用；建筑设计和施工时一般是采用设置抗浮锚杆和传统基坑降排水结合的方法处理抗浮问题，但是这样就会涉及到两个问题。
问题一：如果建筑设计和施工都按照最高水位设防，那这种情况下项目的施工成本和工期都将巨幅提升；
问题二：如果按照较低水位设防，当建筑物地下结构处于高水位情况下时，由于传统方法不能在建筑物使用阶段排水泄压，建筑物底板由于水压作用容易产生裂缝，从而造成地下室渗漏，影响结构安全。
专利申请公布号为：CN103510549A，发明名称为《一种用于构筑物抗浮的泄压装置及其设置方法》的发明专利申请公开了一种构筑物抗浮的泄压装置，虽然具有解决基坑抗浮问题、防止底板渗漏的优点，但仍然存在以下不足之处：
1、泄压装置不易更换，一旦损坏整个泄压系统将难以修复，失效渗漏；
2、承压时，该泄压装置独自承受巨大水压力，有安全隐患；
3、泄压时，水压巨大流速快，建筑底板土层及该装置底部的填充物容易流失，再次补充困难，影响地基承载力，易造成不均匀沉降；
4、泄压水易喷射而出，并且不能收集利用，浪费水资源；
5、该系统需要有观测井与泄压阀配套使用，在建筑使用阶段需要人工定时查看水位以及人工开阀泄压，费时费力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统及其用于泄压抗浮的方法，采用该系统进行泄压滤水的方法，能合理、有效、经济、长期的解决建筑深基坑的抗浮问题，达到减轻底板水压力，减少底板裂缝与渗漏，取消或者减少传统抗浮锚杆设计，降低建筑不均匀沉降的问题。
解决上述问题的技术方案是： 一种用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统，包括多个建筑泄压滤水系统，每个建筑泄压滤水系统包括位于建筑混凝土底板和含承压水土层中的泄压滤水装置以及集水坑和排水管道，其特征在于：每个泄压滤水装置包括预制混凝土套管、位于预制混凝土套管内的滤水芯管、预埋芯管固定件、胶圈垫和芯管固定帽；
所述滤水芯管上部有一开有螺栓孔的环板，环板以下管壁按固定间距开有小孔、呈梅花状分布，滤水芯管上包有2～4层密目滤网，在滤水芯管底部与预制混凝土套管底部的空间填充有圆砾石，在预制混凝土套管侧壁与滤水芯管侧壁之间的空间填充有粗砂；
安装状态下，预埋芯管固定件预埋于底板混凝土中，芯管固定帽与预埋芯管固定件通过螺栓连接，中间设有橡胶圈Ⅰ，芯管固定帽与滤水芯管螺栓连接，中间设有橡胶圈Ⅱ。
所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统的进一步技术方案是：所述预埋芯管固定件包括芯管固定件环板和带弯勾锚筋，芯管固定件环板上开有若干螺孔，带弯勾锚筋穿过芯管固定件环板，上部为开牙螺栓，下部为带弯勾锚筋。
所述芯管固定帽包括圆柱形的固定帽和芯管固定帽环板，芯管固定帽环板上分别开有内环孔和外环孔两圈螺栓孔，芯管固定帽环板上的外环孔与预埋芯管固定件之芯管固定件环板上开的螺孔位置对应，芯管固定帽环板的内环孔与滤水芯管环板上开的螺孔对应。
所述建筑泄压滤水系统在平面布置上按照每80～120㎡间隔设置一个，布置于建筑底板的柱子边。
所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统的更进一步技术方案是：所述建筑泄压滤水系统还包括有一个接长的排水管道Ⅱ和集水水箱，该排水管道Ⅱ一端为弯管、弯顶高度高于地下水的高度、该弯管出水口对准集水水箱、排水管道Ⅱ另一直管端伸入集水坑中、直接与泄压滤水装置的滤水芯管对接。
相关的另一技术方案是：一种深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法，它是利用本发明上述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统实现深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法，通过在建筑物底板内布置多处建筑泄压滤水系统；
在建筑施工阶段，即可将部分承压地下水有组织的疏导至集水坑，再利用水泵排出，使得在施工阶段地下水的承压水头降低到一个较低水平，大幅减轻基础底板承受的水压力，防止底板因水压力过大产生裂缝和降低建筑不稳定性；
在建筑使用阶段，接长排水管道，即可将超出建筑设防水位的水排出到设计高度的水箱里，确保板底水压不超过设计的承受能力，又保证合理地下水位，避免周边土体因水位下降过度而沉降。
所述的一种深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法之建筑泄压滤水系统的设置包括以下步骤：
A、制作泄压滤水装置各部件：
首先，根据施工图和下料清单，加工密目滤网、滤水芯管、预埋芯管固定件、芯管固定帽、胶垫圈各部件，各部件环板上的螺栓孔大小、位置需对应；
B、安装预制混凝土套管与预埋芯管固定件：
在土方开挖完成以后，根据设计位置与深度，在底板下土层的对应位置埋置预制混凝土套管，混凝土预制套筒顶部标高超出土层，伸入建筑混凝土底板的混凝土中，在底板混凝土浇筑时，需按设计预埋好预埋芯管固定件后方可浇筑混凝土，浇筑时，设置泄压滤水装置的地方需要留置相应集水坑；
C、安装滤水芯管及填充砂石：
首先，在完成埋置与清理的预制混凝土套管底部填充用于阻隔混凝土套管底部土层中较大颗粒进入滤水芯管的圆砾石，接着，使用密目滤网将滤水芯管管壁开孔位置包裹，然后将包裹好的滤水芯管按标高预固定，并在滤水芯管与预制混凝土套管的空隙内填充粒径大于密目网孔径的粗砂；
D、完成滤水芯管与芯帽及预埋固定件的固定：
首先将滤水芯管与芯帽使用螺栓连接，其次将芯管固定帽的芯管固定帽环板与之前预埋的预埋芯管固定件螺栓连接,两两固定连接时，中间需放置胶垫圈防止渗漏；
E、施工阶段建筑泄压滤水系统的使用：
在建筑物的施工阶段，无需接长排水管，泄压滤水装置保持工作状态，通过排水管道Ⅰ将水释放至集水坑内，然后使用施工水泵排除坑内积水即可；
F、建筑物建成后使用阶段建筑泄压滤水系统的使用：
在建筑的使用阶段，根据设计，接长排水管道到设防标高，泄压滤水装置保持工作状态，在底板水压大于设防水压时，将水通过接长的排水管道Ⅱ释放至对应的水箱内。
由于采取以上技术方案，本发明之用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统及其用于泄压抗浮的方法具有以下特点：
本发明之用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统之固定在建筑物底部混凝土的泄压滤水系统包括多个建筑泄压滤水系统，每个建筑泄压滤水系统包括位于建筑混凝土底板和含承压水土层中的泄压滤水装置、集水坑和排水管道，其中泄压滤水装置可更换滤芯设计，可以通过位于含承压水土层内的预制混凝土套筒、圆砾、粗砂、密目滤网以及梅花开孔的滤水芯管，将土层中的承压水经过多次过滤后排出；
通过在建筑物底板内布置多处泄压滤水系统，在建筑施工阶段，即可将部分承压地下水有组织的疏导至集水坑，再利用水泵排出，使得在施工阶段地下水的承压水头降低到一个较低水平，大幅减轻基础底板承受的水压力，防止底板因水压力过大产生裂缝和降低建筑不稳定性。
在建筑物使用阶段，接长排水管道，即可将超出建筑设防水位的水排出到设计高度的水箱里，确保板底水压不超过设计的承受能力，又保证合理地下水位，避免周边土体因水位下降过度而沉降。
因此、与现有的技术相比，本发明之用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统及其用于泄压抗浮的方法具有以下有益效果：
1.能减少或取消传统抗浮锚杆或基坑降排水的设计与施工，大幅降低成本与工期。
2.能动态调整板底水压，当板底水压超过设计阈值时候，无需人工操作，能够自动平缓安全的泄压排水，在降低板底水压力的同时，避免建筑底板下地基土层流失，保证水土平衡。
3.能够在施工和使用阶段持续工作，疏导水压力，减少底板压力与裂缝，避免因底板开裂造成钢筋锈蚀，保证结构的安全，确保各阶段建筑物的沉降与稳定。
4. 泄压滤水装置采用了多道过滤措施，能够有效的过滤承压水及释放建筑物底板水压力；排除的承压水收集到水坑或水箱，还能够二次利用，减少水资源浪费，使建筑更环保。
5.固定在建筑物底部混凝土的泄压滤水系统为可更换滤芯设计，泄压滤水装置的关键部件滤水芯管可更换，系统使用寿命长、更安全可靠。
6.泄压系统运行时，由于排水管道中的水与板底承压水压力平衡，系统本身不承受额外的水压力作用，无安全隐患，不易渗漏。
下面结合附图和实施例对本发明之用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统及其用于泄压抗浮的方法的技术特征作进一步说明。
附图说明
图1是本发明之用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统的整体结构示意图之一（在建筑使用阶段）；
图2是本发明之泄压滤水装置整体结构示意图；
图3是本发明之泄压滤水装置的密目滤网结构示意图；
图4是本发明之泄压滤水装置的滤水芯管结构示意图；
图5是本发明之泄压滤水装置的预埋芯管固定件结构示意图；
图6-1、图6-2是本发明之泄压滤水装置的胶垫圈结构示意图；
图7是本发明之泄压滤水装置的芯管固定帽结构示意图。
图8是本发明之用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统的整体结构示意图之二（在建筑施工阶段）。
图中：
1-含承压水土层（建筑底板下的土层，内含承压水）；
2-泄压滤水装置；
21-圆砾石、22-预制混凝土套管，23-密目滤网，24-粗砂；
25-滤水芯管、251-环板、252-滤水芯管上的小孔；
26-预埋芯管固定件、261-芯管固定件环板、262-带弯勾锚筋；
27-胶圈垫，271-胶圈垫Ⅰ、272-胶圈垫Ⅱ、28-芯管固定帽、281-固定帽、
282-芯管固定帽环板；2821-芯管固定帽环板上的内环孔、
2822-芯管固定帽环板上的外环孔；
3-建筑混凝土底板（建筑物的底板）；
4-集水坑（建筑施工阶段的集水坑）；
5-集水坑盖板；
6-水箱所在楼层楼板（根据水压平衡设计要求，将水箱设置于设计计算高度的楼层内）；
7A-排水管道Ⅰ（用于建筑施工阶段引流排水）；
7B-排水管道Ⅱ（用于建筑使用阶段引流排水）；
8-集水水箱（用于建筑使用阶段存储经过泄压滤水系统的地下水）；
9-水泵；H-地下水位的设防高度。
具体实施方式
实施例一：
一种用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统。
如图1所示，该用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统包括多个建筑泄压滤水系统，每个建筑泄压滤水系统包括泄压滤水装置2、集水坑4和排水管道，泄压滤水装置2位于建筑混凝土底板3和含承压水土层1中；
如图2所示，每个泄压滤水装置2包括预制混凝土套管22、位于预制混凝土套管22内的滤水芯管25、预埋芯管固定件26、胶圈垫27和芯管固定帽28；
所述滤水芯管25上部有一开有螺栓孔的环板251、环板251以下管壁按固定间距开有小孔252、呈梅花状分布（参见图4），滤水芯管25上包有3层密目滤网23，在滤水芯管25底部与预制混凝土套管22底部的空间填充有圆砾石21，用于阻隔混凝土套管底部土层中较大颗粒进入滤水管，在预制混凝土套管22侧壁与滤水芯管25侧壁之间的空间填充有粗砂24；
安装状态下，预埋芯管固定件26预埋于底板混凝土中，芯管固定帽28与预埋芯管固定件26通过螺栓连接，中间设有胶圈垫Ⅰ271；芯管固定帽与滤水芯管螺栓连接，中间设有胶圈垫Ⅱ272。
如图5所示，所述预埋芯管固定件26包括芯管固定件环板261和带弯勾锚筋262，芯管固定件环板261由不锈钢切割焊接制作、其上开有若干螺孔，带弯勾的锚筋262穿过芯管固定件环板261，上部为开牙螺栓，下部为带弯勾锚筋，在底板混凝土施工时按设计位置埋置于底板混凝土中。
如图7所示，所述芯管固定帽包括圆柱形的固定帽281和芯管固定帽环板282，芯管固定帽环板282上分别开有内环孔2821和外环孔2822两圈螺栓孔，芯管固定帽环板282上的外环孔2822与预埋芯管固定件26之芯管固定件环板261上开的螺孔位置对应，芯管固定帽环板282的内环孔2821与滤水芯管环板251上开的螺孔对应，确保能够螺栓连接。
所述建筑泄压滤水系统的个数根据需要而定，一般在平面布置上按照每80～120㎡设置一个，布置于建筑底板的柱子边，从而减少空间损失。
作为本发明实施例的一种变化，所述建筑泄压滤水系统还包括有一个接长的排水管道Ⅱ7B和集水水箱8，该排水管道Ⅱ7B一端为弯管、弯顶高度高于地下水的高度、该弯管出水口对准集水水箱、排水管道Ⅱ7B另一直管端伸入集水坑4中、直接与滤水芯管25对接（参见图1）。
本发明实施例中，泄压滤水装置2的滤水芯管25、预埋芯管固定件26和芯管固定帽28一般采用不锈钢制作，以保证使用寿命。
作为本发明实施例的一种变换，所述泄压滤水装置2的滤水芯管25、预埋芯管固定件26和芯管固定帽28也可以采用工程塑料制作。
实施例二：
一种深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法，它是利用本发明实施例一所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统实现深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法，通过在建筑物底板内布置多处建筑泄压滤水系统，在建筑施工阶段，即可将部分承压地下水有组织的疏导至集水坑5，再利用水泵9排出，使得在施工阶段地下水的承压水头降低到一个较低水平，大幅减轻基础底板承受的水压力，防止底板因水压力过大产生裂缝和降低建筑不稳定性；
在建筑使用阶段，接长排水管道，即可将超出建筑设防水位的水排出到设计高度的水箱里，确保板底水压不超过设计的承受能力，又保证合理的地下水位，避免周边土体因水位下降过度而沉降。
所述建筑泄压滤水系统的设置包括以下步骤：
A、制作泄压滤水装置各部件：
首先，根据施工图和下料清单，加工密目滤网23、滤水芯管25、预埋芯管固定件26、芯管固定帽28、胶垫圈27等部件，各部件环板上的螺栓孔大小、位置需对应；
B、安装预制混凝土套筒22与预埋芯管固定件26：
在土方开挖完成以后，根据设计位置与深度，在底板下土层的对应位置埋置混凝土预制套筒22，混凝土预制套筒顶部标高超出土层，伸入建筑混凝土底板的混凝土中，对于完成埋置的预制混凝土套筒，其内部空间需清理干净；在底板混凝土浇筑时，需按设计预埋好预埋芯管固定件后方可浇筑混凝土，浇筑时，设置泄压滤水装置的地方需要留置相应集水坑；
C、安装滤水芯管25及填充砂石：
首先，在完成埋置与清理的预制混凝土套管底部填充用于阻隔混凝土套管底部土层中较大颗粒进入滤水芯管的圆砾石21，接着，使用密目滤网23将滤水芯管管壁开孔位置包裹，然后将包裹好的滤水芯管按标高预固定，并在滤水芯管25与预制混凝土套管的空隙内填充粒径大于密目网孔径的粗砂；
D、完成滤水芯管与芯帽及预埋固定件的固定：
首先将滤水芯管与芯帽使用螺栓连接，其次将芯管固定帽的芯管固定帽环板282与之前预埋的预埋芯管固定件螺栓连接,两两固定连接时，中间需放置胶垫圈27防止渗漏；
E、施工阶段建筑泄压滤水系统的使用：
在建筑物的施工阶段，无需接长排水管，泄压滤水装置保持工作状态，通过排水管道Ⅰ7A将水释放至集水坑4内，然后使用施工水泵9排除坑内积水即可；
F、建筑物建成后使用阶段建筑泄压滤水系统使用：
在建筑的使用阶段，根据设计，接长排水管道到设防标高，泄压滤水装置保持工作状态，在底板水压大于设防水压时，将水通过接长的排水管道Ⅱ7B释放至对应的水箱8内。
Claims (7)
1.一种用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统，包括多个建筑泄压滤水系统，每个建筑泄压滤水系统包括位于建筑混凝土底板和含承压水土层中的泄压滤水装置以及集水坑和排水管道，其特征在于：每个泄压滤水装置包括预制混凝土套管（22）、位于预制混凝土套管（22）内的滤水芯管（25）、预埋芯管固定件（26）、胶圈垫（27）和芯管固定帽（28）；
所述滤水芯管（25）上部有一开有螺栓孔的环板（251），环板（251）以下管壁按固定间距开有小孔（252）、呈梅花状分布，滤水芯管（25）上包有3层密目滤网（23），在滤水芯管（25）底部与预制混凝土套管（22）底部的空间填充有圆砾石（21），在预制混凝土套管（22）侧壁与滤水芯管（25）侧壁之间的空间填充有粗砂（24）；
安装状态下，预埋芯管固定件（26）预埋于底板混凝土中，芯管固定帽（28）与预埋芯管固定件（26）通过螺栓连接，中间设有橡胶圈Ⅰ（271），芯管固定帽与滤水芯管螺栓连接，中间设有橡胶圈Ⅱ（272）。
2.根据权利要求1所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统，其特征在于：所述预埋芯管固定件（26）包括芯管固定件环板（261）和带弯勾锚筋（262），芯管固定件环板（261）上开有若干螺孔，带弯勾锚筋（262）穿过芯管固定件环板（261），上部为开牙螺栓，下部为带弯勾锚筋。
3.根据权利要求2所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统，其特征在于：所述芯管固定帽包括圆柱形的固定帽（281）和芯管固定帽环板（282），芯管固定帽环板（282）上分别开有内环孔（2821）和外环孔（2822）两圈螺栓孔，芯管固定帽环板（282）上的外环孔（2822）与预埋芯管固定件（26）之芯管固定件环板上开的螺孔位置对应，芯管固定帽环板（282）的内环孔（2821）与滤水芯管环板（251）上开的螺孔对应。
4.根据权利要求1所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统，其特征在于：所述建筑泄压滤水系统在平面布置上按照每80～120㎡间隔设置一个，布置于建筑底板的柱子边。
5.根据权利要求1所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统，其特征在于：所述建筑泄压滤水系统还包括有一个接长的排水管道Ⅱ（7B）和集水水箱（8），该排水管道Ⅱ（7B）一端为弯管、弯顶高度高于地下水的高度、该弯管出水口对准集水水箱、排水管道Ⅱ（7B）另一直管端伸入集水坑（4）中、直接与泄压滤水装置（2）的滤水芯管（25）对接。
6.一种深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法，其特征在于，它是利用权利要求1所述的用于深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮系统实现深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法，通过在建筑物底板内布置多处建筑泄压滤水系统；
在建筑施工阶段，即可将部分承压地下水有组织的疏导至集水坑，再利用水泵排出，使得在施工阶段地下水的承压水头降低到一个较低水平，大幅减轻基础底板承受的水压力，防止底板因水压力过大产生裂缝和降低建筑不稳定性；
在建筑使用阶段，接长排水管道，即可将超出建筑设防水位的水排出到设计高度的水箱里，确保板底水压不超过设计的承受能力，又保证合理地下水位，避免周边土体因水位下降过度而沉降。
7.根据权利要求6所述的一种深基坑高水位建筑物底板的泄压抗浮方法，其特征在于，所述建筑泄压滤水系统的设置包括以下步骤：
A、制作泄压滤水装置各部件：
首先，根据施工图和下料清单，加工密目滤网（23）、滤水芯管（25）、预埋芯管固定件（26）、芯管固定帽（28）、胶垫圈（27）各部件，各部件环板上的螺栓孔大小、位置需对应；
B、安装预制混凝土套管（22）与预埋芯管固定件（26）：
在土方开挖完成以后，根据设计位置与深度，在底板下土层的对应位置埋置预制混凝土套管（22），混凝土预制套筒顶部标高超出土层，伸入建筑混凝土底板的混凝土中，在底板混凝土浇筑时，需按设计预埋好预埋芯管固定件后方可浇筑混凝土，浇筑时，设置泄压滤水装置的地方需要留置相应集水坑；
C、安装滤水芯管（25）及填充砂石：
首先，在完成埋置与清理的预制混凝土套管底部填充用于阻隔混凝土套管底部土层中较大颗粒进入滤水芯管的圆砾石（21），接着，使用密目滤网（23）将滤水芯管管壁开孔位置包裹，然后将包裹好的滤水芯管按标高预固定，并在滤水芯管（25）与预制混凝土套管的空隙内填充粒径大于密目网孔径的粗砂（24）；
D、完成滤水芯管与芯帽及预埋固定件的固定：
首先将滤水芯管与芯帽使用螺栓连接，其次将芯管固定帽的芯管固定帽环板（282）与之前预埋的预埋芯管固定件螺栓连接,两两固定连接时，中间需放置胶垫圈（27）防止渗漏；
E、施工阶段建筑泄压滤水系统的使用：
在建筑物的施工阶段，无需接长排水管，泄压滤水装置保持工作状态，通过排水管道Ⅰ（7A）将水释放至集水坑（4）内，然后使用施工水泵（9）排除坑内积水即可；
F、建筑物建成后使用阶段建筑泄压滤水系统的使用：
在建筑的使用阶段，根据设计，接长排水管道到设防标高，泄压滤水装置保持工作状态，在底板水压大于设防水压时，将水通过接长的排水管道Ⅱ（7B）释放至对应的水箱（8）内。
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