具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，特别是一种具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系及其施工方法。

背景技术

随着城镇建设的蓬勃发展，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。

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、破碎的工程事故，带来无数的财产损失和民事纠纷。通过工程案例分析主要的原因是：地下建筑抗浮系统缺乏整体设计，难以监测，抗浮问题出现后无法及时处理。现有的抗浮装置，比如预应力抗浮锚杆的设置仅能在一定限度内解决抗浮问题，一旦浮力超过预应力抗浮锚杆预应力应变的承受范围，难以及时发现和解决抗浮问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系及其施工方法，要解决传统的地下建筑抗浮系统难以监测，不能及时的报警并进行自动修正，抗浮不可控的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系，包括地下结构顶板、地下结构底板、连接在地下结构顶板与地下结构底板两侧之间的地下结构墙板以及设置在地下结构顶板顶部的地面结构；还包括柔性密封防水层、复合真空防排水一体板、滤水层、集水箱、水位观测管、和抽水自动化远程控制模块；所述地下结构顶板的内部、沿横向通长设置有自平衡水箱；所述柔性密封防水层铺设在地下结构顶板、地下结构墙板和地下结构底板的外壁上；所述复合真空防排水一体板铺设在柔性密封防水层的外侧，在复合真空防排水一体板的外侧铺设有防水土工布层；所述滤水层布置在地下结构墙板的四周外侧，且贴设在防水土工布层的外表面上，在滤水层的下部、沿纵向通长设置有排水管；所述集水箱布置在地下结构底板两侧下方，集水箱的顶部高于滤水层的底面；所述集水箱与排水管之间通过连接管连通；在集水箱的内部均固定有抽水装置；所述抽水装置的输出端连接有抽水管，且抽水管的上端与自平衡水箱连通；所述地下结构墙板的内侧转角位置均固定有水位观测管；所述水位观测管的下端伸入地下结构底板下方的土壤中，在水位观测管的侧壁上均固定有地下水位传感器；所述地下结构底板上和地下结构墙板上均间隔设置有注浆管道，在地下结构底板中预埋有预应力抗浮锚杆；所述预应力抗浮锚杆的上端超出地下结构底板顶部，预应力抗浮锚杆的下端锚固在土壤中；在预应力抗浮锚杆的两侧分别设置有应力应变传感器；所述抽水自动化远程控制模块分别与应力应变传感器和地下水位传感器信号连接，并且将接收的应力应变传感器的数据和地下水位传感器的数据进行处理；所述抽水自动化远程控制模块与抽水装置连接，并且根据处理后的数据控制抽水装置的启闭。

优选的，所述自平衡水箱的内表面铺设有防水密封层。

优选的，所述自平衡水箱的顶部固定有溢水管，所述溢水管的顶部延伸至所述地面结构的上方。

优选的，所述抽水装置设有自动开关装置，抽水自动化远程控制模块通过控制自动开关装置控制抽水装置的启闭。

优选的，所述抽水装置设有手动开关装置；所述具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系还包括报警装置；所述报警装置与抽水自动化远程控制模块信号连接，用于出现警情后通过报警装置发出警报；现场人员接收到报警后可采用手动开关装置进行抽水装置的启闭。

一种地下建筑体系的施工方法，包括以下步骤：

S1、按照预应力抗浮锚杆和水位观测管的设计要求，在基坑底面进行水位观测管及预应力抗浮锚杆的位置成孔。

S2、在待施工的地下建筑的下方铺设底部的防水土工布。

S3、按照预应力抗浮锚杆和水位观测管的位置要求在待施工的地下建筑下方的防水土工布上面铺设位于待施工的地下建筑底部的复合真空防排水一体板。

S4、在预应力抗浮锚杆的成孔位置安装孔洞成型管。

S5、将位于待施工的地下建筑底部的复合真空防排水一体板、混凝土成型管以及水位观测管焊接成型。

S6、安装注浆管道。

S7、地下结构底板、地下结构墙板及地下结构顶板的浇筑。

S8、在地下结构墙板、地下结构顶板达到强度要求后，在其外侧安装复合真空防排水一体板，再在复合真空防排水一体板外侧铺设侧部的防水土工布，形成全方位包裹地下建筑的复合真空防排水一体板和防水土工布层。

S9、地下结构底板达到强度要求后，拆除孔洞成型管，安装预应力抗浮锚杆，安装包括应力应变传感器在内的结构应变传感器系统。

S10、进行结构抗浮处理系统的安装。

S1001、根据集水箱、排水管设计的位置要求在建筑主体周边铺设排水管、安装集水箱，通过连接管连接排水管和集水箱。

S1002、集水箱的内部安装抽水管，抽水管的下端安装抽水装置及抽水自动化控制模块。

S1003、施工自平衡水箱，并将抽水管上端连接自平衡水箱。

S11、在位于墙体的防水土工布层的外侧和土壤中间位置回填排水和过滤用的级配砂，形成滤水层，再在位于地下建筑顶部的防水土工布层的上表面经行地面结构施工，形成顶部的地面结构。

S12、通过按照设计要求分别设置贯穿地下结构底板的注浆管道和贯穿地下结构墙板的注浆管道，在地下结构底板与复合真空防排水一体板之间的间隙中以及地下结构墙板与复合真空防排水一体板之间的间隙中分区域高压注入柔性防水材料，形成柔性密封防水层。

S13、在水位观测管的设计水位高度处安装地下水位传感器。

S14、将水位传感器、应力应变传感器和抽水装置分别与抽水远程自动化控制模块信号连接，并对应力应变传感器和地下水位传感器传输到抽水自动化远程控制模块的监测数据设定用于启闭抽水装置的阈值。

S15、降水井停止降水，并进行防水系统的验收。

S16、进行地下建筑体系的抗浮实时监测和自修正功能的抽水自动化远程控制模块的系统调试。

S17、地下建筑体系达到抗浮实时监测和自修正功能的处理要求后交付使用。

优选的，所述步骤S2中，若基坑底部设有混凝土垫层，先施工混凝土垫层，然后在混凝土垫层上铺设防水土工布。

优选的，在自平衡水箱施工完成后，在自平衡水箱的顶部安装溢水管，在自平衡水箱的内表面施工防水密封层。

优选的，当具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系设置有报警装置时，S14的步骤还包括将报警装置与抽水远程自动化控制模块信号连接，并对应力应变传感器和地下水位传感器传输到抽水自动化远程控制模块的监测数据设定用于启闭报警装置的阈值。

优选的，所述步骤S16中的抽水自动化远程控制模块要求达到：

(a)、实时监测水位观测管的水位数据，实时监测预应力抗浮锚杆的应力应变数据，当监测数据超过预设阈值时，自动开启警报装置和抽水装置；

(b)、当监测数据低于预设阈值时，自动关闭警报装置和抽水装置；

(c)、抽水自动化远程控制模块以地下建筑区域为单位，同一地下建筑区域内，地下水浮力一致，地下水抽取到同一个自平衡水箱，地下水浮力不同的区域，抽水自动化远程控制模块各自独立控制相应地下建筑区域。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

(1)、本发明通过水位传感器监测地下水水位的变化情况，通过应力应变传感器监测预应力抗浮锚杆的应力变化情况，监测地下建筑物的抗浮力变化情况，当地下水水位上升，触发水位传感器，同时因地下水水位的上升造成浮力变大，预应力抗浮锚杆的应力亦发生变化，应力变化超出应力应变传感器的设定值时，启动报警，从而实现对地下建筑抗浮系统的监测和预警。

(2)、本发明通过增设自平衡水箱，实现地下建筑物重力的动态变化，从而实现地下水浮力与地下建筑物重力的动态平衡，及时解决地下建筑物的抗浮问题，具体为出现警情后，抽水装置启动，抽取地下水到预留的自平衡水箱，下降地下水，减轻浮力，增加建筑物配重，警情消失后，抽水装置关闭，停止抽水，实现浮力和建筑物重力的长期平衡稳定，从而解决抗浮不可控的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中应力应变传感器在预应力抗浮锚杆上的布置图。

图3为本发明中抽水自动化远程控制模块与地下水位传感器、应力应变传感器以及抽水装置之间的控制关系图。

附图标记：1－地面结构、2－防水密封层、3－地下结构顶板、4－溢水管、5－地下结构墙板、6－柔性密封防水层、7－复合真空防排水一体板、8－地下结构底板、9－注浆管道、10－预应力抗浮锚杆、11－防水土工布层、12－排水管、13－连接管、14－抽水装置、15－集水箱、16－滤水层、17－抽水管、18－自平衡水箱、19－地下水位传感器、20－水位观测管、21－应力应变传感器。

具体实施方式

如图1-3所示，这种具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系，包括地下结构顶板3、地下结构底板8、连接在地下结构顶板3与地下结构底板8两侧之间的地下结构墙板5以及设置在地下结构顶板3顶部的地面结构1；还包括柔性密封防水层6、复合真空防排水一体板7、滤水层16、集水箱15、水位观测管20和抽水自动化远程控制模块；所述地下结构顶板3的内部、沿横向通长设置有自平衡水箱18；所述柔性密封防水层6铺设在地下结构顶板3、地下结构墙板5和地下结构底板8的外壁上；所述复合真空防排水一体板7铺设在柔性密封防水层6的外侧，在复合真空防排水一体板7的外侧铺设有防水土工布层11；所述滤水层16布置在地下结构墙板5的四周外侧，且贴设在防水土工布层11的外表面上，在滤水层16的下部、沿纵向通长设置有排水管12；所述集水箱15布置在地下结构底板8两侧下方，集水箱15的顶部高于滤水层16的底面；所述集水箱15与排水管12之间通过连接管13连通；在集水箱15的内部均固定有抽水装置14；所述抽水装置14的输出端连接有抽水管17，且抽水管17的上端与自平衡水箱18连通；所述地下结构墙板5的内侧转角位置均固定有水位观测管20；所述水位观测管20的下端伸入地下结构底板8下方的土壤中，在水位观测管20的侧壁上均固定有地下水位传感器19；所述地下结构底板8上和地下结构墙板5上均间隔设置有注浆管道9，在地下结构底板8中预埋有预应力抗浮锚杆10；所述预应力抗浮锚杆10的上端超出地下结构底板8顶部，预应力抗浮锚杆10的下端锚固在土壤中；在预应力抗浮锚杆的两侧分别设置有应力应变传感器21；所述抽水自动化远程控制模块分别与应力应变传感器21和地下水位传感器19信号连接，并且将接收的应力应变传感器21的数据和地下水位传感器19的数据进行处理；所述抽水自动化远程控制模块与抽水装置14连接，并且根据处理后的数据控制抽水装置14的启闭。

本实施例中，所述滤水层16设置在防水土工布层11的外侧。

本实施例中，所述自平衡水箱18的内表面铺设有防水密封层2。

本实施例中，所述自平衡水箱18的顶部固定有溢水管4，所述溢水管4的顶部延伸至所述地面结构1的上方。

本实施例中，所述抽水装置14设有自动开关装置，抽水自动化远程控制模块通过控制自动开关装置控制抽水装置14的启闭。

本实施例中，所述抽水装置14设有手动开关装置；所述具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系还包括报警装置；所述报警装置与抽水自动化远程控制模块信号连接，用于出现警情后通过报警装置发出警报；现场人员接收到报警后可采用手动开关装置进行抽水装置14的启闭。

本实施例中，具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系还包括云处理平台，所述抽水自动化远程控制模块与云处理平台信号连接，用于将所述应力应变传感器21和地下水位传感器19的监测数据实时传输到云处理平台，并根据云处理器平台的指令进行抽水远程控制；或着具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系还包括多个客户端，所述抽水自动化远程控制模块与客户端信号连接，用于将监测数据实时传输到客户端，并根据客户端的指令进行抽水远程控制。

这种具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系的施工方法包括以下步骤。

S1、按照预应力抗浮锚杆10和水位观测管20的设计要求，在基坑底面进行水位观测管20及预应力抗浮锚杆10的位置成孔。

S2、在待施工的地下建筑的下方铺设底部的防水土工布。

S3、按照预应力抗浮锚杆10和水位观测管20的位置要求在待施工的地下建筑下方的防水土工布上面铺设位于待施工的地下建筑底部的复合真空防排水一体板7。

S4、在预应力抗浮锚杆10的成孔位置安装孔洞成型管。

S5、将位于待施工的地下建筑底部的复合真空防排水一体板7、混凝土成型管以及水位观测管20焊接成型。

S6、安装注浆管道9。

S7、地下结构底板8、地下结构墙板5及地下结构顶板3的浇筑。

S8、在地下结构墙板5、地下结构顶板3达到强度要求后，在其外侧安装复合真空防排水一体板7，再在复合真空防排水一体板7外侧铺设侧部的防水土工布，形成全方位包裹地下建筑的复合真空防排水一体板7和防水土工布层11。

S9、地下结构底板8达到强度要求后，拆除孔洞成型管，安装预应力抗浮锚杆10，安装包括应力应变传感器21在内的结构应变传感器系统。

S10、进行结构抗浮处理系统的安装。

S1001、根据集水箱15、排水管12设计的位置要求在建筑主体周边铺设排水管12、安装集水箱15，通过连接管13连接排水管12和集水箱15。

S1002、集水箱15的内部安装抽水管17，抽水管17的下端安装抽水装置14及抽水自动化控制模块。

S1003、施工自平衡水箱18，并将抽水管17上端连接自平衡水箱18。

S11、在位于墙体的防水土工布层11的外侧和土壤中间位置回填排水和过滤用的级配砂，形成滤水层16，再在位于地下建筑顶部的防水土工布层11的上表面经行地面结构1施工，形成顶部的地面结构。

S12、通过按照设计要求分别设置贯穿地下结构底板8的注浆管道9和贯穿地下结构墙板5的注浆管道9，在地下结构底板8与复合真空防排水一体板7之间的间隙中以及地下结构墙板5与复合真空防排水一体板7之间的间隙中分区域高压注入柔性防水材料，形成柔性密封防水层6。

S13、在水位观测管20的设计水位高度处安装地下水位传感器19。

S14、将水位传感器、应力应变传感器和抽水装置14分别与抽水远程自动化控制模块信号连接，并对应力应变传感器21和地下水位传感器19传输到抽水自动化远程控制模块的监测数据设定用于启闭抽水装置14的阈值。

S15、降水井停止降水，并进行防水系统的验收。

S16、进行地下建筑体系的抗浮实时监测和自修正功能的抽水自动化远程控制模块的系统调试。

S17、地下建筑体系达到抗浮实时监测和自修正功能的处理要求后交付使用。

本实施例中，所述步骤S2中，若基坑底部设有混凝土垫层，先施工混凝土垫层，然后在混凝土垫层上铺设防水土工布。

本实施例中，在自平衡水箱18施工完成后，在自平衡水箱18的顶部安装溢水管4，在自平衡水箱18的内表面施工防水密封层2。

本实施例中，当具有抗浮监测和自修正功能的地下建筑体系设置有报警装置时，S14的步骤还包括将报警装置与抽水远程自动化控制模块信号连接，并对应力应变传感器21和地下水位传感器19传输到抽水自动化远程控制模块的监测数据设定用于启闭报警装置的阈值。

本实施例中，所述步骤S16中的抽水自动化远程控制模块要求达到：

(a)、实时监测水位观测管20的水位数据，实时监测预应力抗浮锚杆10的应力应变数据，当监测数据超过预设阈值时，自动开启警报装置和抽水装置14；

(b)、当监测数据低于预设阈值时，自动关闭警报装置和抽水装置14；

(c)、抽水自动化远程控制模块以地下建筑区域为单位，同一地下建筑区域内，地下水浮力一致，地下水抽取到同一个自平衡水箱18，地下水浮力不同的区域，抽水自动化远程控制模块各自独立控制相应地下建筑区域。

本实施例中，所述地下结构顶板3的顶面与地面平齐。

本实施例中，所述水位观测管20的底端贯穿所述地下结构底板8、所述复合真空防排水一体板7和所述防水土工布层11。

本实施例中，预应力抗浮锚杆10贯穿复合真空防排水一体板7和防水土工布层11。

本发明的工作流程：使用的时候，通过地下水位传感器19实时监测地下水水位的变化情况，同时通过应力应变传感器21实时监测预应力抗浮锚杆10的应力变化情况，当地下水水位上升，触发地下水位传感器19或者因地下水水位的上升造成浮力变大，预应力抗浮锚杆10的应力发生变化，当应力变化超出应力应变传感器21设定的阈值后，启动报警，从而可以实现及时的报警操作，并且此时抽水装置14启动，抽取集水箱15中的水分到自平衡水箱18中，下降地下水，减轻浮力，增加建筑物配重，警情消失后，抽水装置14关闭，停止抽水，实现浮力和建筑物重力的长期平衡稳定。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。