CN115506389A - 一种地下室底板上浮水压控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下工程监控与防护技术领域，具体涉及一种地下室底板上浮水压控制系统，通过在地下室外墙与市政管网之间设置止水帷幕，增加地下水流线长度，通过增大流线阻力的方式平衡水头差；同时在止水帷幕与地下室外墙之间设置负压排水井，通过负压排水井调节地下室周围地下水位，进而控制地下室底板的水压力，减小地下室底板所受的浮力，避免浮力对底板的破坏，能合理、有效、经济地解决地下室底板开裂渗水问题，保证地下室及建筑的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程监控与防护技术领域，具体涉及一种地下室底板上浮水压控制系统。
背景技术
受极端天气和城市面积迅速扩张的影响，城市内涝现象越来越多、越来越严重，发生的频率越来越频繁，持续不断地雨水补给，引发地下水位迅速上升，超过设计水位的建成地下车库频繁发生，地下车库底板水头压力大，地下车库底板承受着巨大的浮力作用，带来地下车库上浮，底板开裂，引发地下车库渗水，钢筋锈蚀，影响结构安全。
解决地下车库底板上浮开裂渗水有“抗”和“泄”两种截然不同的思路，“抗”的思路是在地下车库底板上增补抗浮桩或抗浮锚杆，减小浮力产生的弯矩，实现保护地下车库底板的目的，如压重抗浮、工程桩抗浮、抗拔锚杆抗浮、排疏水法抗浮，但“抗”的思路造价非常高，且增补的抗浮锚杆与底板接缝处，仍然存在渗水的可能性；“泄”的思路是在地下车库的底板和墙体开设泄压孔，布置泄压装置，降低地下车库周围的地下水位，减小地下车库底板处的水压力，实现保护地下车库底板的目的，但泄压装置不易更换，一旦损坏难以修复，泄压时，水压巨大流速快，有安全隐患，泄压时，造成地下车库周边大范围地下水位下降，造成周边建筑物产生不均匀沉降，带来安全隐患。针对已建成地下车库的上浮开裂渗水，有待提出具有可操作性、能有效控制底板水压力、环保可持续性的控制系统。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种地下室底板上浮水压控制系统，根据达西定律和多孔介质的渗透阻力特性，设计负压排水井和止水帷幕配合的控制系统，用渗透阻力平衡水头差，减小地下车库底板受到的浮力，避免浮力对底板的破坏，能合理、有效、经济地解决地下车库底板开裂渗水问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种地下室底板上浮水压控制系统，包括设置在地下室外墙与市政管网之间的止水帷幕和设置在地下室外墙与止水帷幕之间的负压排水井。
为了实现负压排水井的智能控制，可选的，上述地下室底板上浮水压控制系统还包括用于智能控制启动负压排水井的负压控制系统。
为了确保止水帷幕能够增大地下水的水流流线阻力，平衡水头压力，可选的，所述止水帷幕的深度H与负压排水井的深度h的差值H-h＜止水帷幕内侧与地下室外墙内侧之间的距离b。
通常通过综合地下室渗水状况、抗浮设计、周围的最高地下水位、土的渗透性能及底板配筋状况，综合设计确定负压排水井的深度h、止水帷幕的深度H、止水帷幕的厚度、止水帷幕内侧距离地下室外墙内侧的距离b。
在本发明的具体实施例中，所述止水帷幕的深度
其中H为止水帷幕的深度；h为负压排水井的深度；fs为土体的渗透阻力；ρ为水的密度；g为9.8m/s2。
作为优选的，上述止水帷幕为聚氨酯形成的围绕地下室外墙的闭合结构止水帷幕。
作为举例说明，上述止水帷幕通过设置引导槽，在引导槽内灌注聚氨酯黑白发泡剂而形成；引导槽的厚度根据现场施工环境设置，通常引导槽厚度为3～7cm；其中黑发泡剂为甲基多苯基异氰酸酯，白发泡剂为聚氨酯硬泡组合聚醚，黑发泡剂与白发泡剂的比例为1：0.5～1；所述止水帷幕的上方还设置有盖板。
作为优选的，所述负压排水井由多个阵列排列的单井组成；其中相邻单井之间通过上端设置的横管连接；每个单井的下端包裹无纺布，周围铺设卵石，形成卵石层。
作为举例说明，所述负压控制系统包括电源、负压泵、与负压泵通信连接用于监测土体湿度的湿度传感器、与负压泵连通的负压室；所述负压排水井通过负压室与负压控制系统连通。
进一步的，所述负压控制系统还包括用于监测负压室压强的负压传感器，负压传感器与负压泵通信连接。
更进一步的，所述负压泵和负压室以集成的方式安装于箱体内，安装于地面上，便于检修；负压控制系统的装配位置靠近市政管网雨水入口；每个市政管网雨水入口对应一个负压控制系统；多个单井由一个负压控制系统控制。需要说明的是，单井的个数根据周围设计水位、止水帷幕深度H计算最不利的涌水量、负压室压力大小、负压泵的功率、周边雨水排水系统，通过计算确定负压排水井单井个数和负压泵个数；其中同一个负压控制系统控制的单井个数由负压泵的功率、渗水分布、抗浮设计水位的要求等综合确定，通常3个单井由一个负压控制系统控制，负压排水井出口与市政管网雨水入口连通，负压控制系统将负压排水井中的水抽出，排至于市政管网雨水入口。
本发明地下室底板上浮水压控制系统，通过在地下室外墙与市政管网之间设置止水帷幕，增加地下水流线长度，通过增大流线阻力的方式平衡水头差；同时在止水帷幕与地下室外墙之间设置负压排水井，通过负压排水井调节地下室周围地下水位，进而控制地下室底板的水压力，减小地下室底板所受的浮力，避免浮力对底板的破坏，能合理、有效、经济地解决地下室底板开裂渗水问题，保证地下室及建筑的安全性。
同时，本发明控制系统还具有以下有益效果：
1、可有效控制地下车库底板下的水头大小，确保底板抗浮水位稳定，不破坏地下车库的结构底板和墙体，有效保证结构的安全性；
2、不破坏地下车库外侧的防水层，避免了地下水通过毛细作用在防水层的破损处进入混凝土底板和墙体内，有效保证了地下车库的干燥性；
3、采用自平衡水头差原理，保证了地下车库周围地区地下水位的稳定性，保证了周边建筑的安全性和生态的稳定性；
4、设置的负压排水井和止水帷幕的双重作用，有效保证了地下车库抗浮安全性；
附图说明
图1为本发明实施例提供的地下车库底板水压控制系统的平面整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的地下车库底板水压控制系统的纵向整体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的地下车库底板水压控制系统的横向整体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的地下车库底板水压控制系统中的负压控制系统示意图；
图5为本发明试验例中含水率监测A、B、C三点布局示意图；
图6为本发明试验例中有止水帷幕情况下降雨后抽水A、B、C三点含水率变化示意图；
图7为本发明试验例中无止水帷幕情况下降雨后抽水A、B、C三点含水率变化示意图；
注：地下车库1、地下车库外墙101、地下车库底板103、底板裂纹104、负压排水井负压控制系统201、负压泵2011、负压室2012、电源2013、土体湿度传感器2014、连接管2015、负压传感器2016、负压排水井202、横管203、管网雨水入口204、市政管网205、止水帷幕3、帷幕导引槽302、聚氨酯301、盖板303、帷幕与底板外墙间距离b、水的流经路线401、无止水帷幕流线402、止水帷幕底端与排水井最近距离的水流流线403、止水帷幕底端与地下车库外墙间的水流流线404。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释说明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例以地下车库设置的底板水压控制系统为例，对本发明地下室水压控制系统的技术方案进行详细的说明。本发明根据达西定律和多孔介质的渗透阻力特性，应用水体的动力学平衡原理，通过增加水的流线路径，用流线路路径上土的渗透阻力平衡水头差，并通过负压排水井及时调节控制地下车库周边的地下水位，进而控制地下车库底板的水压力，减小地下车库底板所受的浮力，避免浮力对底板的破坏，能合理、有效、经济地解决地下车库底板开裂渗水问题，保证地下车库及建筑的安全性。
如图1、2、3、4所示，地下车库1设计的底板水压控制系统，包括围绕在地下车库外墙101的闭合结构止水帷幕3，止水帷幕3延长水流流线403长度，增大流线阻力以平衡水头压力h；设置排列式负压排水井202，相邻负压排水井202通过横管203连通，降低止水帷幕3与地下车库1外墙101间的水位，以减小地下车库底板的水压力h；设置负压排水井负压控制系统201，包括负压泵2011、与负压泵2011通过连接管2015连通的负压室2012、电源2013、与负压泵通信连接用于监测土体湿度的湿度传感器2014、与负压泵通信连接用于监测负压室压强的负压传感器2016；负压排水井202通过连接管与负压室202连通；根据布置土体的湿度传感器2014监测的土体湿度，自动启动负压泵2011，通过负压室2012产生的负压力，通过负压排水井202和横管203，及时排除止水帷幕3与地下车库外墙101间存在的少量的积水，负压传感器根据排列式负压排水井202个数的多少和负压室2012内压力的大小，实施调整负压泵2011的工作强度。为保证负压控制系统201的有效及时工作，负压泵2011设置两个，一个用于备用。负压控制系统通过智能控制及时启动负压排水井202，及时调节控制地下车库1周边的地下水位h，达进而控制地下车库1底板的水压力，减小地下车库1底板所受的浮力，避免浮力对底板的破坏。
其中为了确保负压排水井结构的稳定性，负压排水井202的单井下端包裹无纺布，下端周围铺设卵石，形成卵石层；
其中止水帷幕3，通过专门的设备形成导引槽302，根据地下车库深度和聚氨酯特性，确定导引槽302厚度为4cm，在导引槽内灌注聚氨酯黑白发泡剂，黑发泡剂为甲基多苯基异氰酸酯，白发泡剂为聚氨酯硬泡组合聚醚，黑白发泡剂比例为1：1，聚氨酯止水帷幕3具有很好的防水性能和变形能力，变形能力保证了止水帷幕3的长期有效性。应当可以理解的是，止水帷幕3也可以通过灌注其他防水材料而形成，按照本实施例所述的底板水压控制系统的结构设置止水帷幕3均能实现其作用，本实施例举例说明采用的聚氨酯黑白发泡剂并不构成对本发明底板水压控制系统的结构限制。
按照上述结构施工建成地下车库1底板水压控制系统，还包括确定止水帷幕3的深度H、厚度、负压排水井的深度h、负压排水井202单井的个数、负压控制系统的装配位置、负压控制系统的装配个数、止水帷幕3内侧与地下车库1外墙101内侧之间的距离b。
具体的，在该实施例中，具体包括：
a.调研建成地下车库底板的渗水状况
详细观察和咨询地下车库1的渗水分布、持续时间、抗浮设计水位、底板103的配筋布置等内容，商讨并评估确定地下车库1的渗水原因和底板103的安全性能；
b.设计止水帷幕
根据地下车库1渗水状况、抗浮设计、周围的最高地下水位、土的渗透性能及底板103的配筋状况，设计止水帷幕3的深度H、厚度、负压排水井的深度h、止水帷幕3内侧与地下车库1外墙101内侧之间的距离b；
其中首先确定负压排水井的深度h，负压排水井的插入深度不是一个固定的值，需要根据地下水位的具体深度进行设计施工，有可能是同一区块负压排水井的插入深度都不同；负压排水井应插入深度h的计算方法为：负压排水井的滤水管需埋设在强透水层中，埋设深度可按式(1)计算：
h≥h1+h2+i·L (1)
其中式中：
h1：地下室底板距降低后的地下水位线的距离，一般取0.5～1.0m；
h2：负压排水井埋置面至地下室底板的距离；
i：水力坡度，环型排布负压排水井降水一般取1/10；
L：负压排水井距地下室中心的水平距离(m)；
按照上式计算出来的h值，一般情况不超过6m，负压排水井露出地面高度不超过0.3m，如果大于6m，则要降低负压排水井系统顶面标高；
然后根据确定的负压排水井的深度h确定止水帷幕3的深度H，通过设置止水帷幕3，水的流经路线由402变为401,401的长度大于402，且在H-h的厚度范围内，要克服水体的重力，为维系水体的力学平衡提供了保证，经力学平衡原理推导，止水帷幕3的深度H可按公式(1)进行计算，
其中H为止水帷幕的深度；h为负压排水井的深度；fs为土体的渗透阻力；ρ为水的密度；g为9.8m/s2；其中H-h<b，即要保证流线404的长度大于流线403的长度，这样，可以保证地下车库底板103不会通过底板上部潜在的裂纹104向地下车库内渗水，避免钢筋的锈蚀。止水帷幕3的厚度主要决定了止水帷幕3的防水和抗变形能力，通常采用与本实施例相同的聚氨酯黑白发泡剂形成的止水帷幕3的厚度至少为5cm；通常每立方米聚氨酯抗压强度一般大于300千帕，水位每上升一米压强增加10千帕，一立方米聚氨酯临界水位为30米；
c.设计负压排水井和负压排水井负压控制系统
根据周围设计水位、止水帷幕深度H计算最不利的涌水量、负压室压力大小、负压泵的功率、周边市政管网雨水排水系统，通过计算确定负压排水井202个数和负压泵2011个数，在本实施例中，单井的个数与止水帷幕内外的水位差h和地下车库周边的市政管网205的雨水入口204决定，一个市政管网雨水入口204对应三个负压排水井202，每三个负压排水井202通过一个负压控制系统201控制；
d.止水帷幕施工
根据天气温度、地下水位高低、止水帷幕深度H，确定聚氨酯黑白发泡剂的比例和提升速度,进行止水帷幕导引槽302的施工、自下而上灌注聚氨酯301，并在顶部设置盖板303，避免聚氨酯302外溢；
e.负压排水井和负压排水井负压控制系统施工
采用钻孔下套管的方式进行负压排水井202施工，井底周围铺设卵石，形成卵石层；负压排水井负压控制系统201的负压泵2011和负压室2012以集成的方式安装与箱体内，高于地面，方便检修和使用，土体湿度传感器2014安装与土体内，并和负压泵2011电源2013控制系统相连，负压排水井负压控制系统布置在市政管网205有雨水入口204的附近。
试验例：止水帷幕效果验证试验
试验方法：在地下室底部103、止水帷幕3内、外两侧分别布置的土壤湿度传感器2014，对A、B、C三点进行过程监测，传感器布置情况如图5所示；
采用降雨强度均为10毫米/小时，降雨强度为中雨，降雨总时间为96h，抽水计算时间72h，计算的总时间为168h。通过降雨区域内A、B、C三点位置的监测分析，从而得到止水帷幕3和负压排水井负压控制系统201对降雨入渗的过程的影响，结果如图6所示；
按照上述同样方法，在无止水帷幕的情况下，记录降雨区域内A、B、C三点位置的含水率变化，如图7所示；
由上述图6和图7所示的监测结果得到止水帷幕3和负压排水井负压控制系统201对降雨入渗的过程的防控作用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，包括设置在地下室外墙与市政管网之间的止水帷幕和设置在地下室外墙与止水帷幕之间的负压排水井。
2.如权利要求1所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，还包括用于智能控制启动负压排水井的负压控制系统。
3.如权利要求2所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述止水帷幕的深度H与负压排水井的深度h的差值H-h＜止水帷幕内侧与地下室外墙内侧之间的距离b。
4.如权利要求3所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述止水帷幕的深度
其中H为止水帷幕的深度；h为负压排水井的深度；fs为土体的渗透阻力；ρ为水的密度；g为9.8m/s2。
5.如权利要求1～5任一项所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述止水帷幕为聚氨酯形成的围绕地下室外墙的闭合结构止水帷幕。
6.如权利要求5所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述止水帷幕通过设置引导槽，在引导槽内灌注聚氨酯黑白发泡剂而形成；其中黑发泡剂为甲基多苯基异氰酸酯，白发泡剂为聚氨酯硬泡组合聚醚，黑发泡剂与白发泡剂的比例为1：0.5～1；所述止水帷幕的上方还设置有盖板。
7.如权利要求2～4任一项所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述负压排水井由多个阵列排列的单井组成；其中相邻单井之间通过上端设置的横管连接；每个单井的下端包裹无纺布，周围铺设卵石，形成卵石层。
8.如权利要求7所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述负压控制系统包括电源、负压泵、与负压泵通信连接用于监测土体湿度的湿度传感器、与负压泵连通的负压室；所述负压排水井通过负压室与负压控制系统连通。
9.如权利要求8所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述负压控制系统还包括用于监测负压室压强的负压传感器，负压传感器与负压泵通信连接。
10.如权利要求9所述的地下室底板上浮水压控制系统，其特征在于，所述负压泵和负压室以集成的方式安装于箱体内，安装于地面上；负压控制系统的装配位置靠近市政管网雨水入口；每个市政管网雨水入口对应一个负压控制系统；多个单井由一个负压控制系统控制，负压排水井出口与市政管网雨水入口连通，负压控制系统将负压排水井中的水抽出，排至于市政管网雨水入口。
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| JPH11256609A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-21 | Shimizu Corp | 構造物の浮上防止方法及び浮上防止構造 |
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