专利名称：一种地下室抗浮板的泄压结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及建筑领域的地下室结构与施工方法，具体是指一种地下室抗浮板的泄压结构及其施工方法。
背景技术：
改革开放30年来，随着经济的迅速发展，城市建设的加速，人们对地下室空间的利用要求越来越高，地下室、人防地下室建设数量越来越多，面积也越来越大，因此在结构设计中，如何解决地下室的抗浮问题已经成为一个经常面临的问题，引起工程师的广泛关注。地下室抗浮设计分三种情况:1地下室施工完毕后便停止降水，这时即便地上结构层数较多，但因上部结构还没有施工，地下室的自重无法抵抗地下水的浮力，这种情况应对地下室进行施工阶段的抗浮验算，并采用相关的抗浮措施；2地下水位较高，且地下室埋深较大、地上结构层数较少，这种情况下，结构的自重无法抵抗地下水的浮力，需对整体结构进行抗浮验算；3结构本身的自重可以抵抗地下水的浮力，但地下室底板也需进行抗浮设计。近年来许多建筑物地下室出现了因水浮力造成结构整体上浮或地下室底板局部隆起的工程事故，通过现场踏勘分析，发现此类建筑房屋基底均为不透水土层的地基(基岩或粘土 )。由于该类地基为不透水土层，土层中没有地下流动水，土层中仅可能出现少量的裂隙水或上层滞水，地勘报告中自然反映不出地下水位，没有经验的地勘单位甚至还在其报告中直接指出不用考虑抗浮力设计，所以结构设计者往往因此会忽略对地下室进行抗浮力设计。现场调查发现，因基坑开挖回填部位地表水渗透并汇集在地下室外形成的浮力水水头可高达地下室高度，由此造成该类工程事故。目前，解决此类问题的方法通常有两种:自重平衡法，通过增加回填土、石或混凝土厚度来平衡浮力；抗力平衡法，设置抗浮锚杆或抗拔桩，也叫抗浮桩，是建筑工程地下结构抗浮措施的一种。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地下室抗浮板的泄压结构及其施工方法，解决目前的建筑地下室抗浮的问题，在建筑物的建设过程中就完全解决浮力对建筑的影响，使得浮力不再影响建筑的建设和使用。本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种地下室抗浮板的泄压结构，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。本发明的泄压结构与传统建筑的地下室底板结构相比，具有相同的结构，在粘土层或者地基上用垫层找平，在垫层上设置地下室底板，设置集水坑，在传统建筑中，当建筑下方的黏土层遇到沙石的时候，通常需要将其挖掉，然后用C15的混凝土进行换填，而本实用新的泄压结构与传统的结构相比，具有思维上的突破，采用在垫层与黏土层之间铺设砂砾层的结构，相对于传统建筑的底部不能有沙石层的技术偏见而言，具有突出的特点，在砂砾层中设置有导流管，在集水坑的四周设置有过滤层，导流管连接后集中到过滤层，过滤层作为地下水的汇集区域，在传统的垫层、防水层、防水保护层、以及地下室底板中埋设有引流管，引流管的作用是将汇集到过滤层的地下水引入到地下室内的集水坑中，从而将地下室外部产生浮力的水引入到地下室内，从而起到减少所受浮力的问题，本发明采用在垫层下铺设砂砾层的结构方式，解决了地下室基坑外的水流汇集问题，通过设置在砂砾层中的导流管将地下水集中，引流管将地下水变为地下室内的重力水，对建筑不产生浮力的同时转化为重力作用于地下室，从建筑物的建筑起始阶段就完全解决了地下水的浮力问题。在所述砂砾层下还铺设有土工布。进一步讲，为了提高砂砾层的过滤能力，避免砂砾层在使用过程中混入多余的杂质，可以采用在砂砾层下方先铺设土工布的方式，在土工布上铺设砂砾层，可以将地下水从泥土中过滤出来，避免粘土层的黏土进入到砂砾层，有助于提高砂砾层的过滤能力，而且，在实际应用过程中，申请人还发现，采用铺设土工布后再铺设砂砾层的结构形式，可以利用外部水压对导流管进行反向冲洗，如果不采用土工布，进行反向冲洗后，回落的泥土会将导流管堵塞，而采用土工布以后，反向冲洗的冲击力减小，而且可以对回落的泥土颗粒进行阻挡，有利于保持导流管的通畅，实现导流管的长期反复使用。在所述引流管上安装有压力阀。进一步讲，作为本发明的进一步改进，为了保持地下室外的压力，使得水位高度处于一个较稳定的环境，可以在引流管上安装压力阀，通过选择不同限压值的压力阀，可以使得地下室外的水压处于一个相对平稳的范围内，当水压大于某个特定值时，压力阀开通，进行泄压；当地下室外的水位回落到限定位置时，压力下降至压力阀的门限值，压力阀关闭，使得地下室外的压力比较稳定，有利于保持环境的稳定和统一 O在所述导流管上分布有多个直径0.5 2mm的孔。具体地讲，作为本发明的优选方案，导流管的表面分布有非常多的孔，孔的作用是对水进行导流，同时要阻挡砂砾层的砂粒进入，砂砾层采用粒径1.5 4_连续级配的粗砂制成，因此在导流管上孔的直径设置在
0.5 2mm时，可以起到良好的阻隔作用。所述导流管为PVC塑料管。进一步讲，作为本发明的进一步优选，可以采用PVC塑料管作为导流管，相对于金属管而言，塑料管的耐腐蚀程度远远高于金属，而且其加工工艺更简单，目前的PVC塑料管同样具有较高的强度和韧性，适宜于建筑行业使用，但是在目前的建筑中，没有本发明的泄压结构，更没有利用PVC塑料管作为导流管的文字记载。所述导流管的铺设密度为0.6 1.2米/平方米。进一步讲，发明人经过反复地实验、计算得出，导流管的铺设密度有一定的要求，当每平米的管道长度低于0.6米时，导流能力明显下降，在突降大雨的时候，地下室外的积水水位涨幅明显，而且涨速较快，当增加导流管密度的时候，水位的增长速度减小，导流管的铺设密度在0.6 1.2米/平方米范围内较为适宜，当其铺设密度大于1.2米的时候，地下室外的水位在突降大雨的时候没有明显变话，即继续增加的导流管其没有达到满负荷工作的状态，因此属于浪费，为了节约成本，本发明的导流管铺设密度宜控制在0.6 1.2米/平方米。所述集水坑的分布密度为600 700平方米/个。进一步地，在目前的建筑中，特别是地下室的设计中，地下室的室内集水坑数量主要跟消防水量相关，而从来没有人对集水坑的分布密度有过研究，经过发明人的反复试验和建模演算，发现集水坑的分布密度会影响到地下室外浮力水的流动方向和速度，经试验发现，当集水坑的分布密度在600 700平方米/个的时候，比较适宜，当集水坑的分布密度降低时，其值大于700平方米/个的时候，室外水的流经途径加长，而且速度在加快，会导致砂砾层的砂砾在水的流动作用下发生扰动，形成涡流，而且，导流管基本上处于满负荷状态，长期的满负荷运行对于导流管组成的管网不利，不便于反向的清洗，因此，需要提高集水坑的分布密度，当集水坑的分布密度增加时，其值小于600平方米/个的时候，地下管网的负荷率降到60%，继续提高的话，负荷率继续急剧地下降，形成浪费，因此，发明人总结得出集水坑的分布密度在600 700平方米/个的时候较为适宜，此时的导流管管网负荷率在70% 80%，处于较理想的工作状态，而且也大大降低了成本，提高了性价比，同时，如此的分布密度也能满足消防用水的要求。一种地下室抗浮板泄压结构的施工方法，包括以下步骤:
(A)基坑挖掘:基坑挖掘至砂砾层标高以下5 IOcm；
(B)铺设土工布；
(C)采用粒径l_4mm的粗砂铺设成砂砾层，并在砂砾层内铺设导流管；
(D)在集水坑外侧安装框架，在框架内安装引流管，引流管的端口延伸至框架向，在框架内填装粒径15 25_的碌石或碎石形成过滤层；
(E)垫层施工，并在垫层上进行防水层施工；
(F)在防水层上绑扎钢筋、浇筑地下室底板。本发明结构的施工方法，相对于传统建筑基坑的施工方法中，最大的区别就是在基坑挖掘完毕后，增加了步骤(C)和步骤(D)，步骤(C)的作用是在地下室外部形成导流层，由导流管连接形成管网，在砂砾层的过滤作用下，基坑内的水可以从不同的方向经过导流管进入到过滤层，在引流管的导入作用下进入到基坑内，如此，可以实现地下水的均匀稳定地从集水坑排出，彻底解决了地下室外部水对建筑的影响，特别适用于不透水的粘土层、或者岩石地区。所述步骤(C)中，导流管的延伸至垫层外2 3m，延伸的部分至于砂砾层中，此处砂砾层的厚度为0.5 0.Sm。进一步讲，作为本发明的进一步优化和改进，为了保证地下室外的积水都能够及时地汇入到集水坑内，在地下室基坑外设置导流管的延长部分，在基坑挖掘的时候，基坑底部的宽度应当大于基坑的边界3m以上，在地下室底板外的2 3m处均铺土工布，在土工布上设砂砾层，此处砂砾层的厚度应当大于地下室底板下方的砂砾层厚度，导流管延伸至地下室底板外的砂砾层内，此处的砂砾层用土工布覆盖包裹，如此，加厚的砂砾层能够对地下室墙外的回填土内的积水和雨水进行过滤，然后通过导流管进入到地下室底板下方，解决了地下室墙外的积水问题。所述步骤(C)中，导流管上孔的面积与导流管的表面积之比为0.05 0.1:1。进一步讲，为了便于管材上孔洞的加工，同时获得较好的导流能力，可以调整导流管上开孔的面积与导流管表面积之间的比例，作为较好的选择，该比例的值应当在0.05 0.1:1的范围内，当比例增加后，会提高加工的难度，而降低其比例后，导流的作用又会受到明显的局限。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果:
I本发明一种地下室抗浮板的泄压结构，在砂砾层中设置有导流管，在集水坑的四周设置有过滤层，导流管连接后集中到过滤层，过滤层作为地下水的汇集区域，在传统的垫层、防水层、防水保护层、以及地下室底板中埋设有引流管，引流管的作用是将汇集到过滤层的地下水引入到地下室内的集水坑中，从而将地下室外部产生浮力的水引入到地下室内，从而起到减少所受浮力的问题，本发明采用在垫层下铺设砂砾层的结构方式，解决了地下室基坑外的水流汇集问题，通过设置在砂砾层中的导流管将地下水集中，引流管将地下水变为地下室内的重力水，对建筑不产生浮力的同时转化为重力作用于地下室，从建筑物的建筑起始阶段就完全解决了地下水的浮力问题；
2本发明一种地下室抗浮板的泄压结构，当每平米的管道长度低于0.6米时，导流能力明显下降，在突降大雨的时候，地下室外的积水水位涨幅明显，而且涨速较快，当增加导流管密度的时候，水位的增长速度减小，导流管的铺设密度在0.6 1.2米/平方米范围内较为适宜，当其铺设密度大于1.2米的时候，地下室外的水位在突降大雨的时候没有明显变话，即继续增加的导流管其没有达到满负荷工作的状态，因此属于浪费，为了节约成本，本发明的导流管铺设密度宜控制在0.6 1.2米/平方米；
3本发明一种地下室抗浮板的泄压结构，当集水坑的分布密度降低时，其值大于700平方米/个的时候，室外水的流经途径加长，而且速度在加快，会导致砂砾层的砂砾在水的流动作用下发生扰动，形成涡流，而且，导流管基本上处于满负荷状态，长期的满负荷运行对于导流管组成的管网不利，不便于反向的清洗，因此，需要提高集水坑的分布密度，当集水坑的分布密度增加时，其值小于600平方米/个的时候，地下管网的负荷率降到60%，继续提高的话，负荷率继续急剧地下降，形成浪费，因此，发明人总结得出集水坑的分布密度在600 700平方米/个的时候较为适宜，此时的导流管管网负荷率在70% 80%，处于较理想的工作状态，而且也大大降低了成本，提高了性价比；
4本发明一种地下室抗浮板泄压结构的施工方法，相对于传统建筑基坑的施工方法中，最大的区别就是在基坑挖掘完毕后，增加了步骤(C)和步骤(D)，步骤(C)的作用是在地下室外部形成导流层，由导流管连接形成管网，在砂砾层的过滤作用下，基坑内的水可以从不同的方向经过导流管进入到过滤层，在引流管的导入作用下进入到基坑内，如此，可以实现地下水的均匀稳定地从集水坑排出，彻底解决了地下室外部水对建筑的影响，特别适用于不透水的粘土层、或者岩石地区；
5本发明一种地下室抗浮板泄压结构的施工方法，为了保证地下室外的积水都能够及时地汇入到集水坑内，在地下室基坑外设置导流管的延长部分，在基坑挖掘的时候，基坑底部的宽度应当大于基坑的边界3m以上，在地下室底板外的2 3m处均铺土工布，在土工布上设砂砾层，此处砂砾层的厚度应当大于地下室底板下方的砂砾层厚度，导流管延伸至地下室底板外的砂砾层内，此处的砂砾层用土工布覆盖包裹，如此，加厚的砂砾层能够对地下室墙外的回填土内的积水和雨水进行过滤，然后通过导流管进入到地下室底板下方，解决了地下室墙外的积水问题。
图1为本发明地下室底部结构意图。附图中标记及相应的零部件名称:
1-垫层，2-地下室底板，3-集水坑，4-砂砾层，5-过滤层，6-导流管，7-引流管，8-土工布，9-压力阀，10-黏土层。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例如图1所示，本发明一种地下室抗浮板的泄压结构是采用以下施工方法产生的，包括以下步骤:
(A)基坑挖掘:根据设计图纸挖掘基坑，要求基础筏板的四周与基坑侧壁之间有3m以上的距离，要求如有连砂石等松散结构，则需要换填处理，粘土层10的高度应当在砂砾层4标高以下5 IOcm ；
(B)铺设土工布8;土工布8尽量选择宽度较大的型号，搭接处至少有15cm的重叠部份，要求平整，与基坑尽量贴合；
(C)采用粒径l-4mm的连续级配粗砂铺设成砂碌层4,砂碌层4的厚度为10 15cm,在砂砾层4内铺设导流管6，导流管6采用PVC热压塑料管，其直径30 50mm，在PVC热压塑料管上加工有众多的孔，孔的直径为1.2mm，孔的面积与PVC热压塑料管的表面积之比为0.07:1 ；
(D)在集水坑3外侧安装框架，在框架内安装引流管7，引流管7的端口延伸至框架向，在框架内填装粒径15 25mm的碌石或碎石形成过滤层5,集水坑3的密度为650平方米/个，即每650平方米的地下室底板面积就配制一个集水坑3，在集水坑3内的引流管7上安装有压力阀9，压力阀9的开关压力可以根据实际的环境进行选择；
(E)垫层I施工，在垫层I上进行防水层、防水保护层的施工；
(F)在防水保护层上绑扎钢筋、浇筑地下室底板2，地下室底板浇筑完毕后，拆除模板，在地下室底板的外侧用粗砂填充形成砂砾层4的加厚部位，加厚部位的宽度为2.3m，厚度为0.6m，砂砾层4的加宽部与粘土层10的接触部位均用土工布8覆盖包裹。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种地下室抗浮板的泄压结构，包括垫层(I)、以及垫层(I)上的地下室底板(2)，垫层(I)和地下室底板(2)上设置有集水坑(3)，其特征在于:在垫层(I)下方铺设有一层砂砾层(4)，在集水坑(3)四周铺设有过滤层(5)，在砂砾层(4)内铺设有导流管(6)，导流管汇集到过滤层(5)内，在集水坑(3)的侧壁上安装有引流管(7)，集水坑(3)通过引流管(7)与过滤层(5)连通。
2.根据权利要求1所述的一种地下室抗浮板的泄压结构，其特征在于:在所述砂砾层(4)下还铺设有土工布(8)。
3.根据权利要求1所述的一种地下室抗浮板的泄压结构，其特征在于:在所述引流管(7)上安装有压力阀(9)。
4.根据权利要求1所述的一种地下室抗浮板的泄压结构，其特征在于:在所述导流管(6)上分布有多个直径0.5 2mm的孔。
5.根据权利要求4所述的一种地下室抗浮板的泄压结构，其特征在于:所述导流管(6)为PVC塑料管。
6.根据权利要求1所述的一种地下室抗浮板的泄压结构，其特征在于:所述导流管(6)的铺设密度为0.6 1.2米/平方米。
7.根据权利要求1所述的一种地下室抗浮板的泄压结构，其特征在于:所述集水坑(3)的分布密度为600 700平方米/个。
8.一种地下室抗浮板泄压结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤: (A)基坑挖掘:基坑挖掘至砂砾层(4)标高以下5 IOcm； (B)铺设土工布(8)； (C)采用粒径l_4mm的粗砂铺设成砂砾层(4)，并在砂砾层(4)内铺设导流管(6)； (D)在集水坑外侧安装框架，在框架内安装引流管(7)，引流管(7)的端口延伸至框架向，在框架内填装粒径15 25_的碌石或碎石形成过滤层(5)； (E)垫层(I)施工，并在垫层(I)上进行防水层施工； (F)在防水层上方绑扎钢筋、浇筑地下室底板(2)。
9.根据权利要求8所述的一种地下室抗浮板泄压结构的施工方法，其特征在于，所述步骤(C)中，导流管(6)的延伸至垫层(I)外2 3m，延伸的部分至于砂砾层(4)中，此处砂石乐层(4)的厚度为0.5 0.8m。
10.根据权利要求8所述的一种地下室抗浮板泄压结构的施工方法，其特征在于，所述步骤(C)中，导流管(6 )上孔的面积与导流管(6 )的表面积之比为0.05 0.1:1。
全文摘要
本发明公布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。本发明将地下室外部产生浮力的水引入到地下室内，从而起到减少所受浮力的问题，本发明采用在垫层下铺设砂砾层的结构方式，解决了地下室基坑外的水流汇集问题，通过设置在砂砾层中的导流管将地下水集中，引流管将地下水变为地下室内的重力水，从建筑物的建筑起始阶段就完全解决了地下水的浮力问题。
文档编号E02D31/12GK103147464SQ201310110659
公开日2013年6月12日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者熊柱红, 刘广均, 罗苓隆 申请人:四川省建筑科学研究院