一种地下室泄水减压主动抗浮装置及设计方法与流程

1.本发明涉及一种地下室泄水减压主动抗浮装置及设计方法，属于建筑抗浮技术领域。


背景技术：

2.随着城市建设不断开发以及环境条件等因素不断改变场地水文地质条件，建筑抗浮问题日益严重，被动性抗浮施工难度大、施工工期长、工程造价高，关键在于设计施工均基于建设期的水文地质条件考虑，当后期水文地质条件改变出现抗浮病害时，需要加强被动抗浮措施或增加主动抗浮措施，运营维护及工后处治难度大，成本高，属于一种被动性静态抗浮措施，动态调节能力不足，因此从主动性抗浮方面进行研究一种施工难度小、造价低、工期短、易检修、易更换的装置十分必要。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供了一种地下室泄水减压主动抗浮装置及设计方法，该地下室泄水减压主动抗浮装置及设计方法具有施工简单、成本低、工期短、易检修、易更换等优势，属于一种主动性动态抗浮措施，且工程后期运营维护及病害处治容易，既能在施工期应用预防工后抗浮病害，也可针对抗浮不足的地下室进行工后抗浮病害处治，解决了地下室抗浮问题，也避免了因泄水减压使地基脱空的二次病害问题。
4.本发明通过以下技术方案得以实现。
5.本发明提供的一种地下室泄水减压主动抗浮装置，包括排水沟；所述排水沟的底部设有多个泄水孔，每个泄水孔内均设有滤水管，滤水管与排水沟连通；所述排水沟的顶部设有水篦子盖板，排水沟与地下室集水井连接；所述滤水管外包裹有钢丝网，滤水管内填充有石英砂滤料；所述滤水管顶部连接有滤水管顶板，滤水管顶板位于排水沟内，滤水管底部连接有可开启的滤水管底板；所述滤水管顶板上均匀设有多个滤水管出水孔，在滤水管顶板的上端面两侧分别焊接有滤水管提手，滤水管顶板与排水沟的接触处设有橡胶垫。
6.所述排水沟的排水总量大于等于泄水孔的出水总量；地下室集水井的蓄水及抽水总量大于等于泄水孔的出水总量。
7.所述滤水管为无缝钢管，在滤水管的管壁上设有多个均匀分布的滤水管进水孔，形成筛管。
8.所述排水沟的底部还设有增设泄水孔，增设泄水孔布置于地下室边界处。
9.所述排水沟布置在地下室，当地下室局部存在隔水层时，泄水孔穿过隔水层伸入含水层。
10.所述滤水管出水孔设置在滤水管的圆周范围内。
11.所述滤水管、钢丝网、滤水管底板、滤水管顶板、滤水管提手均采用防腐措施进行防腐。
12.所述石英砂滤料的粒径大于钢丝网、滤水管进水孔、滤水管出水孔的孔径，且粒径
均匀。
13.基于一种地下室泄水减压主动抗浮装置的设计方法，包括以下步骤：
14.①
根据单个泄水孔在半无限空间的泄水水力坡度i、地下室抗浮水头高度hj以及泄水孔临界水头高度h
p
，获取单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径r，公式如下：
[0015][0016]
其中，中r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径；i为单个泄水孔在半无限空间的泄水水力坡度；hj为地下室抗浮水头高度；h
p
为出水孔处临界水头高度；
[0017]
②
泄水孔布置方式采用梅花形进行布置时，布置间距的计算公式如下：
[0018][0019]dy
＝1.5r
[0020]
其中，d
x
为梅花形布置时泄水孔孔间距；dy为梅花形布置时泄水孔排间距；r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径；
[0021]
采用正方形布置时，布置间距的计算公式如下：
[0022][0023]
其中，d为正方形布置时泄水孔孔间距及排间距；r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径(m)；
[0024]
③
根据泄水孔布置方式及间距在地下室布置泄水孔，其中地下室边界处局部需要增设泄水孔，从而获取地下室需要布置的泄水孔总数量n；
[0025]
④
通过下列公式计算地下室涌水量q：
[0026][0027]
其中，q为地下室涌水量；a为地下室边界处泄水孔中心连线所包围的面积；h为潜水含水层厚度；h
p
为出水孔处临界水头高度；k为含水层渗透系数；l为滤水管进水段长度；hj为地下室抗浮水头高度；
[0028]
⑤
通过地下室涌水量q与滤水管数量n，并考虑安全系数λ，获取泄水孔单管出水量q：
[0029][0030]
其中，q为泄水孔单管出水量；n为泄水孔数量；λ为安全系数，取1.0～1.2；q为地下室涌水量；
[0031]
⑥
根据下列公式计算滤水管进水段长度l：
[0032][0033]
其中，l为滤水管进水段长度；d为滤水管半径，取90～130mm；ne为滤水管有效孔隙率，取滤水管进水表面孔隙率的50％；k为含水层渗透系数；q为泄水孔单管出水量；
[0034]
⑦
根据泄水孔布置方式确定排水沟的布置，根据排水沟内泄水孔数量、泄水孔单管出水量及排水沟连接情况确定排水沟排水量，通过下列公式进行断面尺寸推算，先假定b＝h获取出过水断面面积s，再调整b、h的值，使bh＝s，从而确定排水沟断面尺寸：
[0035][0036]
a＝h+c
[0037]
其中，μ为排水沟粗超度系数；m表示该段排水沟需要消纳m根滤水管的出水量；q为泄水孔单管出水量；b为排水沟设计净宽；h为设计水位高度；i为排水沟水力坡度；a为排水沟设计净高；c为沟顶高出设计水位的距离，取0.2m。
[0038]
所述步骤
④
中的地下室涌水量为地下室抗浮水头高度hj和出水孔处临界水头高度h
p
确定时的涌水量，此时地下室内的水头线为虚拟水头线。
[0039]
本发明的有益效果在于：具有施工简单、成本低、工期短、易检修、易更换等优势，属于一种主动性动态抗浮措施，且工程后期运营维护及病害处治容易；在施工期应用可预防工后抗浮病害，也可针对抗浮不足的地下室进行工后抗浮病害处治，既解决了地下室抗浮问题，也避免了因泄水减压使地基脱空的二次病害问题。
附图说明
[0040]
图1为本发明的平面布置示意图；
[0041]
图2为本发明的剖面示意图；
[0042]
图3为本发明实施方式中泄水孔影响半径计算简图；
[0043]
图4为本发明实施方式中梅花形布置泄水孔平面示意图；
[0044]
图5为本发明实施方式中地下室涌水量计算简图；
[0045]
图6为本发明实施方式中排水沟设计断面示意图；
[0046]
图7为本发明的流程图；
[0047]
图中：1-排水沟，2-泄水孔，3-滤水管，4-钢丝网，5-石英砂滤料，6-滤水管底板，7-滤水管顶板，8-滤水管提手，9-滤水管进水孔，10-滤水管出水孔，11-橡胶垫，12-水篦子盖板，13-地下室集水井，14-抗浮水头线，15-单孔泄水水头线，16-增设泄水孔，17-初始水位线，18-泄后水位线，19-虚拟水头线，20-排水沟设计水位线。
具体实施方式
[0048]
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0049]
实施例1
[0050]
如图1～6所示，一种地下室泄水减压主动抗浮装置，包括布置于地下室的排水沟
1；所述排水沟1的底部设有多个泄水孔2，每个泄水孔2内均设有滤水管3，滤水管3与排水沟1连通；所述排水沟1的顶部设有水篦子盖板12，排水沟与地下室集水井13连接；所述滤水管3外包裹有钢丝网4，滤水管3内填充有石英砂滤料5；所述滤水管3顶部连接有滤水管顶板7，滤水管顶板7位于排水沟1内，滤水管3底部连接有可开启的滤水管底板6；所述滤水管顶板7上均匀设有多个滤水管出水孔10，在滤水管顶板7的上端面两侧分别焊接有滤水管提手8，滤水管顶板7与排水沟1的接触处设有橡胶垫11。
[0051]
所述排水沟1的排水总量大于等于泄水孔2的出水总量；地下室集水井13的蓄水及抽水总量大于等于泄水孔2的出水总量。
[0052]
所述滤水管3为无缝钢管，在滤水管3的管壁上设有多个均匀分布的滤水管进水孔9，形成筛管。
[0053]
所述排水沟1的底部还设有增设泄水孔16，增设泄水孔16布置于地下室边界处。
[0054]
所述排水沟1布置在地下室，当地下室局部存在隔水层时，泄水孔2穿过隔水层伸入含水层。
[0055]
所述滤水管出水孔10设置在滤水管3的圆周范围内。
[0056]
所述滤水管3、钢丝网4、滤水管底板6、滤水管顶板7、滤水管提手8均采用防腐措施进行防腐。
[0057]
所述石英砂滤料5的粒径大于钢丝网4、滤水管进水孔9、滤水管出水孔10的孔径，且粒径均匀。
[0058]
如图7所示，基于一种地下室泄水减压主动抗浮装置的设计方法，包括以下步骤：
[0059]
①
根据单个泄水孔在半无限空间的泄水水力坡度i、地下室抗浮水头高度hj以及泄水孔临界水头高度h
p
，获取单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径r，公式如下：
[0060][0061]
其中，中r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径；i为单个泄水孔在半无限空间的泄水水力坡度；hj为地下室抗浮水头高度；h
p
为出水孔处临界水头高度；
[0062]
②
泄水孔布置方式采用梅花形进行布置时，布置间距的计算公式如下：
[0063][0064]dy
＝1.5r
[0065]
其中，d
x
为梅花形布置时泄水孔孔间距；dy为梅花形布置时泄水孔排间距；r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径；
[0066]
采用正方形布置时，布置间距的计算公式如下：
[0067][0068]
其中，d为正方形布置时泄水孔孔间距及排间距；r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径(m)；
[0069]
③
根据泄水孔布置方式及间距在地下室布置泄水孔，其中地下室边界处局部需要增设泄水孔，从而获取地下室需要布置的泄水孔总数量n；
[0070]
④
通过下列公式计算地下室涌水量q：
[0071][0072]
其中，q为地下室涌水量；a为地下室边界处泄水孔中心连线所包围的面积；h为潜水含水层厚度；h
p
为出水孔处临界水头高度；k为含水层渗透系数；l为滤水管进水段长度；hj为地下室抗浮水头高度；
[0073]
⑤
通过地下室涌水量q与滤水管数量n，并考虑安全系数λ，获取泄水孔单管出水量q：
[0074][0075]
其中，q为泄水孔单管出水量；n为泄水孔数量；λ为安全系数，取1.0～1.2；q为地下室涌水量；
[0076]
⑥
根据下列公式计算滤水管进水段长度l：
[0077][0078]
其中，l为滤水管进水段长度；d为滤水管半径，取90～130mm；ne为滤水管有效孔隙率，取滤水管进水表面孔隙率的50％；k为含水层渗透系数；q为泄水孔单管出水量；
[0079]
⑦
根据泄水孔布置方式确定排水沟的布置，根据排水沟内泄水孔数量、泄水孔单管出水量及排水沟连接情况确定排水沟排水量，通过下列公式进行断面尺寸推算，先假定b＝h获取出过水断面面积s，再调整b、h的值，使bh＝s，从而确定排水沟断面尺寸：
[0080][0081]
a＝h+c
[0082]
其中，μ为排水沟粗超度系数；m表示该段排水沟需要消纳m根滤水管的出水量；q为泄水孔单管出水量；b为排水沟设计净宽；h为设计水位高度；i为排水沟水力坡度；a为排水沟设计净高；c为沟顶高出设计水位的距离，取0.2m。
[0083]
所述步骤
④
中的地下室涌水量为地下室抗浮水头高度hj和出水孔处临界水头高度h
p
确定时的涌水量，此时地下室内的水头线为虚拟水头线。
[0084]
实施例2
[0085]
如图1～6所示，一种地下室泄水减压主动抗浮装置，主要包括排水沟，泄水孔，滤水管，所述排水沟布置于地下室，泄水孔有多个，均匀布置于排水沟内，滤水管安装于泄水孔内；其中，排水沟与地下室集水井连接，排水沟盖板采用水篦子盖板；所述滤水管采用无
缝钢管，在管壁均匀布设滤水管进水孔形成筛管；所述滤水管外围采用钢丝网包裹，管内充填石英砂滤料，滤水管底板可开启，滤水管顶板与滤水管及滤水管提手焊接在一起，在滤水管圆周范围内的顶板均匀布设滤水管出水孔；所述滤水管顶板与排水沟接触部位增设橡胶垫；所述滤水管、钢丝网、滤水管底板、滤水管顶板以及滤水管提手采用防腐措施进行防腐；所述石英砂粒径大于滤水管进水孔、出水孔及钢丝网的孔径且粒径均匀。
[0086]
进一步的，所述排水沟的排水量大于等于排水沟内泄水孔的出水总量，且地下室集水井蓄水及抽水量大于等于地下室所布泄水孔的总出水量。
[0087]
优选的，地下室局部存在隔水层时，所述泄水孔应穿过隔水层深入含水层，满足单孔出水量要求。
[0088]
如图7所示，一种地下室泄水减压主动抗浮装置的设计方法，采用如下步骤：
[0089]
步骤一、根据单个泄水孔在半无限空间的泄水水力坡度i、地下室抗浮水头高度hj以及泄水孔临界水头高度h
p
通过下列简化公式计算单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径r。
[0090][0091]
公式中r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径(m)；i为单个泄水孔在半无限空间的泄水水力坡度；hj为地下室抗浮水头高度(m)；h
p
为出水孔处临界水头高度(m)。
[0092]
步骤二、泄水孔布置方式推荐梅花形布置，布置间距按下列公式计算。
[0093][0094]dy
＝1.5r
[0095]
公式中d
x
为梅花形布置时泄水孔孔间距(m)；dy为梅花形布置时泄水孔排间距(m)；r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径(m)。
[0096]
采用正方形布置时布置间距按下列公式计算。
[0097][0098]
公式中d为正方形布置时泄水孔孔间距及排间距(m)；r为单个泄水孔在地下室内的泄水影响半径(m)。
[0099]
步骤三、根据泄水孔布置方式及间距在地下室布置泄水孔，其中地下室边界处局部需要增设泄水孔，从而得出地下室需要布置的泄水孔总数量n。
[0100]
步骤四、通过下列公式计算地下室涌水量q。
[0101][0102]
公式中q为地下室涌水量(m/d)；a为地下室边界处泄水孔中心连线所包围的面积
(m2)；h为潜水含水层厚度(m)；h
p
为出水孔处临界水头高度(m)；k为含水层渗透系数(m/d)；l为滤水管进水段长度(m)；hj为地下室抗浮水头高度(m)。
[0103]
步骤五、通过地下室涌水量q与滤水管数量n并考虑安全系数λ求出泄水孔单管出水量q。
[0104][0105]
公式中q为泄水孔单管出水量(m/d)；n为泄水孔数量；λ为安全系数，一般取1.0～1.2；q为地下室涌水量(m/d)。
[0106]
步骤六、根据下列公式计算滤水管进水段长度l。
[0107][0108]
公式中l为滤水管进水段长度(m)；d为滤水管半径(m)，一般取90～130mm；ne为滤水管有效孔隙率，取滤水管进水表面孔隙率的50％；k为含水层渗透系数(m/d)；q为泄水孔单管出水量(m/d)。
[0109]
步骤七、根据泄水孔布置方式确定排水沟的布置，根据排水沟内泄水孔数量、泄水孔单管出水量及排水沟连接情况等确定排水沟排水量，通过软件计算出最优断面或通过下列公式进行断面尺寸推算，可先假定b＝h计算出过水断面面积s，再调整b、h的值使bh＝s，从而确定排水沟断面尺寸。
[0110][0111]
a＝h+c
[0112]
公式中μ为排水沟粗超度系数；m表示该段排水沟需要消纳m根滤水管的出水量；q为泄水孔单管出水量(m/d)；b为排水沟设计净宽(m)；h为设计水位高度(m)；i为排水沟水力坡度；a为排水沟设计净高；c为沟顶高出设计水位的距离，一般取0.2m。
[0113]
具体的，步骤四中，地下室涌水量为地下室抗浮水头高度hj和出水孔处临界水头高度h
p
确定时的涌水量，此时地下室内的水头线为虚拟水头线，所计算涌水量比实际略偏大即设计略偏保守。