專利名稱：筏基底板減水壓結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及建筑物筏基底版降低或減少水壓力的結(jié)構(gòu)，特別是指可維持筏基底版的水壓力無法繼續(xù)上升，達到減少及控制筏基底部水壓力的結(jié)構(gòu)。
近年來工商業(yè)的突飛猛進，導致部市空間不夠使用，為了盡量拓展地下室空間，新建筑物于基礎施工時，大都采用中空型深基礎型態(tài)的筏基，開挖深度介于地下12公尺(GL－12.0m)至地下30公尺(GL－30.0m)或更深，但由于都市地下水位一般均較高，且建筑師設計的地上結(jié)構(gòu)體投影面積較基礎開挖面積為小，致部分筏基上部無結(jié)構(gòu)體部分重量太輕，甚至低于該區(qū)的地下水位所可能產(chǎn)生的浮力，此種結(jié)構(gòu)設計對筏基將產(chǎn)生下列問題1.部分筏基受向上的浮力控制(結(jié)構(gòu)體重量小于可能產(chǎn)生的浮力)，易產(chǎn)生該部分基礎底部與土壤分離，基礎因而有上浮顧慮?；A受浮力控制區(qū)變至受壓力控制區(qū)臨界線上的部分筏式基礎須承受過大力矩及剪應力而破裂。
2.受浮力部分筏基易產(chǎn)生過度隆起(Heaven)，受較大荷重部分符基會因壓密而產(chǎn)生沉陷，導致同一基礎差異沉陷過大，易產(chǎn)生基礎破裂。
3.浮力或孔隙壓過大時，筏基底版及大梁承受較大的向上均布荷重，造成結(jié)構(gòu)材料需求增加。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷而提供一種筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)。
本實用新型技術(shù)原理1、浮力形成地下水位較高的地層，開挖深度較地下水位為深時，中空基礎，(如圖5－A、5－B所示)的底部壓經(jīng)歷一段時間，當基礎底部水壓力與大地長期地下水位平衡時，則基礎底部所受浮力為Pw＝γW.Hw2、基礎底版形成浮力的時間因素土壤是由透水系數(shù)K＝100～10－9厘米／每秒的各種不同材料組成，基礎底部的壓力于剛完成時，由于施工時的抽水，故壓力很小。但基礎完成后，基礎的混凝土形成不透水結(jié)構(gòu)，此時筏基底部壓力較靜止水壓力為小。外部較高水位處的地下水會經(jīng)由滲流而至基礎下較低壓力處，此項作用一直持續(xù)至兩處壓力平衡為止。
由兩點之間的壓力差達到壓力平衡的時間，主要由其間土層的透水系數(shù)決定。透水系數(shù)很高的砂礫或粗砂層(K＝100～10－3厘米／每秒)，兩點之間的壓力差可在數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)達到平衡。但在粘土或粘土質(zhì)沉泥層中(K＝10－5～10－8厘米／每秒)，當i＝1時(i為水力坡降，1為連續(xù)壁的深度，i＝ (Hw)/1 )，水于各種不同地層的滲流速度如下K＝10－5厘米／秒，V＝315.5厘米／每年K＝10－6厘米／秒，V＝31.6厘米／每年K＝10－7厘米／秒，V＝3.16厘米／每年K＝10－8厘米／秒，V＝0.3厘米／每年則基礎底版下壓力與外部地下水位之間的壓力達到平衡，常須一年至數(shù)十年。
3、基礎底版浮力去除方法
A、粘土層或?qū)訝畹屯杆畬永玫貙訕?gòu)造上的不同透水特性，先建筑一個封閉基礎的不透水連續(xù)，類似不透水大型管狀物壓入低透水土層中。挖掉內(nèi)部一部分土壤且降低水位，則連續(xù)壁內(nèi)的開挖面與外部地下水位線間，形成壓力差，(如圖6－A、6－B所示)，地下水便由連續(xù)壁底部開口向內(nèi)滲流，由于土層的低透水性，阻擋水的滲流速度很慢，因此滲流水量很小，故開挖后連續(xù)壁內(nèi)的水位上升速度非常慢。當每日抽水速度大于滲流進入開挖面的水量時，開挖面內(nèi)的水位便不會升高。
當開挖土層上建了一層不透水的筏基礎版便阻斷了滲流水，長時間會在筏式基礎版下形成水壓力，直到此水壓力與地下水位的靜止水壓相等，若此水壓力過大，則對基礎版較不利。
利用地層構(gòu)造上粘土層不透水特性，于筏基底版下以人工建造一層透水層(包括工程過濾層、排水格網(wǎng)層及不透水PVC布)，經(jīng)由管子構(gòu)成的網(wǎng)路系統(tǒng)排至筏基水箱中，再以抽水機排除，當排除筏基底版水的能力遠大于滲流入筏基底版的地下水時，筏基底版便不會形成水壓力。
B、巖層或硬土層同A項原理，利用巖層或堅硬土層的透水性較小，使?jié)B透至基礎下的地下水，均能完全排除時，便不會形成壓力。
排除方式同A項原理，于基礎下建造一層高透水性的排水層，(包括工程過濾層、排水格網(wǎng)、不透水PVC布層及集水管構(gòu)成的網(wǎng)狀排水管系統(tǒng)。
4、阻塞防止A、物理性阻塞Ⅰ、限制用于基礎下地層最小土壤顆粒的沉降速度大于地下水滲流速度三倍以上土層。
Ⅱ、工程過濾層使用合于FHWA過濾／排水的選材規(guī)范不織布材料須095≤1.8D85K(不織布材料)≥10K(土壤)095≥2D15B、礦物析出物阻塞Ⅰ、地下水于人工排水層及集水管網(wǎng)路系統(tǒng)中，不改變其物理及化學性質(zhì)。
Ⅱ、于進人筏基的集水管裝置逆止閥，防止空氣進入集水管路及排水格網(wǎng)層中，防止Ca＋＋及Si＋＋離子析出與空氣中的CO2結(jié)合為礦物質(zhì)。
為實現(xiàn)本實用新型的目的而提出的一種筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)，位于筏基底部利用土層低透水性K＝10－6～10－9厘米／每秒與本結(jié)構(gòu)的高透水特性及溢流進水管的高低，以減低或控制筏基底版的水壓力為其目的，該結(jié)構(gòu)主要包含有人造過濾層，是確保人造排水層的排水功能，防止接觸土層的土壤顆粒侵入人造排水層造成堵塞；本層主要功能不影響其下土層滲流特性，須不受土壤顆粒堵塞影響透水特性；人造排水層，是形成較大且可控制的空隙，使?jié)B透水可于其中快速匯流至人造過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)中；人造過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)，是裝置于人造過濾層上及人造排水層間，能使經(jīng)滲流穿過基礎下粘土層的地下滲流水，集中至過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)中；人造防水層，是防止筏基底版上，澆置工作面的無筋混凝土滲入人造排水層中，使該層失去透水功能；筏基浮力控制的溢流進水管裝置，是溢流進水管的溢流進水口距離筏基底版的高度，高于筏基水箱內(nèi)最高水位面低于連續(xù)壁外地下水位面時，利用基礎底版下低透水層(粘土層)，滲入至筏基下排水層的水量Q1<溢流進水管的流量Q2，則可控制筏基底的水壓力，形成減壓的目的；礦物阻塞防止裝置，是由一管路系統(tǒng)中的逆止閥，使水流僅可由下往上方向流動，防止空氣進入過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)中，造成礦物沉沉阻塞；借助上述六種裝置方式的組合，于筏基底及土層間形成可靠的高透水層，管線網(wǎng)路系統(tǒng)等，排除由基礎下低透水性地層滲透至筏基底版下的滲透孔隙水條件，控制溢流進水管口至筏基底的高程；達到排除或調(diào)節(jié)筏基底部水壓的結(jié)構(gòu)裝置。
本實用新型的優(yōu)點1、充分利用地層構(gòu)造特性——一般對于筏基底版過大的浮力均采用力平衡方法，本結(jié)構(gòu)乃充分利用地層構(gòu)造特性及大地工程滲流原理。
2、施工快速——人工的濾層、排水層、防水層、溢流水管均為科技材料，重量很輕，可快速完成，尤其于軟弱粘土層須快速施工時。本結(jié)構(gòu)可節(jié)省大量工程時間。
3、可靠性——一以工業(yè)產(chǎn)品可有效控制過濾層孔隙，排水層的排水量，集水管的水流量，可達到較大自然可靠性更高的排水層。
4、浮力大小可控制——可借助溢流進水管的高低，調(diào)節(jié)筏基底版下的水浮力。
以下結(jié)合附圖，對本實用新型進行詳細說明，其中


圖1為本實用新型筏基水箱與筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)的關(guān)系示意圖；其中示出了筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)111，連續(xù)壁結(jié)構(gòu)體16、無筋混凝土(pc)12、水箱中低水位線17、
排水用沉水泵13、水箱中高水位線18、水位感應控制開關(guān)14、集水池溢流管19、溢流進水管15、基礎下接觸土層110、礦物阻塞防止裝置125、水位感測轉(zhuǎn)換器114、水位顯示器124；圖2為本實用新型筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)Ⅰ－Ⅰ斷面詳圖，其中示出有人造過濾層21、人造防水層24、人造排水層22、溢流進水管15、過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)23、基礎下接觸土層110；圖3為本實用新型進水管溢流管35高于外部最高地下水位面30時的示意圖；圖4為本實用新型進水管溢流口45低于最低抽水位面17的示意圖；圖5－A為筏式基礎底版受水壓力作用的示意圖，其中示出靜止水壓線51；圖5－B為筏式基礎底版另一受水壓力作用的示意圖，其中示出靜止水壓線52；圖6－A為連續(xù)壁對地下水壓的影響示意圖，其中示出連續(xù)壁61、開挖時基礎下水壓力線64、抽水機62、粘土地層65、基礎開挖面63；圖6－B為連續(xù)壁及筏基完成對地下水壓的影響示意圖，其中示出連續(xù)壁61、排除水后的水壓線67、抽水系統(tǒng)621、不排除水的水壓線68、進水管系統(tǒng)66、粘土地層65、人工排水層661。
本實用新型筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)的實施步驟，請參照
圖1、2、3和4的說明如下1、地質(zhì)調(diào)查——基礎調(diào)查時增加現(xiàn)場透水試驗或室內(nèi)透水試驗，調(diào)查基礎下各地層的透水系數(shù)，以水位觀測井調(diào)查地下棲止水位面，以各種水壓計方法調(diào)查各地層水壓分布，繪制各地層等效透水系數(shù)參數(shù)圖。
2、總沉陷、差異沉陷、斜率分析——繪制荷重分配圖依塑性沉陷理論，調(diào)整荷重分配，計算基礎每點的總沉陷、差異沈陷及變位斜率，尋找采用筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)使荷重重新分配后產(chǎn)生最小的差異沉陷及最易施工的平衡點。
3、傾斜力矩分析——繪制定案的荷重分配圖，分析對整體結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性，使之傾斜力矩矩對結(jié)構(gòu)體的影響降至不影響結(jié)構(gòu)體或無，同時分析地震對基礎的影響。
4、連續(xù)壁貫入深度設計配合——連續(xù)壁具有不透水性質(zhì)，設計其深度時，使其貫入不透水層或低透水層中的厚同時滿足下列要求A、滲透進入筏基的水量，小于1.0立方米／每小時。
B、垂直透水速度Vup個低于其筏基底面的最小土壤顆粒于水中的沉降速度Vdown↓。
本項設計主要使須處理的水量降低至最低，不影響附近水力坡降，容易以機械動力沉水泵排水，壓力形成過程非常慢，防止透水層永久性的阻塞。
5、鋪設人造過濾層21；當基礎開挖至設計深度，鋪設透水系數(shù)大于接觸土層100倍以上的過濾層21，一般采用K＝10°～13－3厘米／每秒的工程不織布，其最小孔隙采用D15即以僅能通過接觸土壤15％的篩分析尺寸(D15is the sieve size through which only 15％ of the soil will pass)。
鋪設人造過濾層21的優(yōu)點
A、便于施工鋪設過濾層21與基礎下接觸土壤110隔離，減少對土壤擾動，便于其后的工作程序。
B、確保排水層22排水功能防止接觸土層的土壤顆粒侵入其上的排水層22，減低或阻塞排水層22的功能。
C、增加排水減壓的可靠度選擇適當孔隙及厚度的過濾層21(符合于D15要求)，不但有效控制垂直滲透水量，且過濾層21的厚度可增加水平滲透水量，不因局部垂直排水受阻時，影響整體減壓功能。
6、鋪設特定排水層22本項人造排水層22鋪設于人造過濾層21上；排水層22的功能主要形成較大且可控制的空隙，使?jié)B透水可于其中快速匯流，其透水系數(shù)大于1.0厘米／每秒(一般采用101～100厘米／每秒)，并形成較設計荷重大5～10倍的抗壓強度，能傳遞結(jié)構(gòu)體的荷重至其接觸土層110，排水層22采用下列兩種方法A、人造排水層22——以不會腐爛，抗壓強度合于要求，透水性良好的人造格網(wǎng)，高密度聚乙烯(HDPE)、高密度聚氯乙烯(PVC)(HPVC)或高密度PE，透水系數(shù)介于101～100厘米／每秒，水平透水量Q大于5.0公升／公尺／1分鐘(5.0L／m／min)。
B、天然排水層——設計以天然空隙較大的材料填于人造過濾層21上，材料可采用碎石級配、中細砂，其厚度足以達到水平透水量大于5.0公升／公尺／分鐘(5.0L／m／min)。天然排水層可依碎石級配及砂土層的孔隙及滲入水量大小決定厚度，一般為10厘米～30厘米。
7、排設過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)23——本項過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)23裝置于人造過濾層21上及排水層22間或上、下本項過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)23的開孔率大于3.0％，外包覆人造過濾層21，采用人工不織布，選擇的孔隙尺寸原則同人造過濾層21，本項過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)23采用直徑1.0英寸～2.0英寸，視每日滲透入基地的總透水量而決定。設計時采用大于總滲入水量的100倍以上的安全系數(shù)，以避免任何可能的阻塞。
8、人造防水層24——人造防水層24為聚氯乙烯(PVC)材質(zhì)，具有完全的防水性，主要功能防止其上澆置工作面無筋混凝土(pc)12滲入人造排水層22，減少人選排水層22的功能。
9、溢流進水管15——本項溢流進水管15的頂部接大氣，故溢流進水管15由筏基底版11至溢流口115高度決定筏基底版11的水壓力即浮力，該浮力的大小。
Pw＝γW×ΔhPw＝筏基底版浮力，單位T／m2γW＝水的單位重，可要采用1.0T／m2Δh＝溢流進水管由筏基底版至溢流水高度因此溢流進水管15高于筏基最高水位面18，低于外部地下水位面時，筏基底版11的水壓力等于筏基底版11至溢流口115的高度。適當控制溢流管115的高度可以有效控制筏基底版11下的浮力大小，達到適當筏基底部11減壓的目的，如
圖1所示，而進水管溢流管35高于最高的地下水位面時，筏基底版的浮力等于最大水浮力即地下水面30至筏基底版11的水壓力，如圖3所示。又當進水管溢流口45低于筏基水箱最低抽水位面17時，筏基底版11的向上承壓力等于筏基底版厚度112的水壓力，如圖4所示。
10、集水池動力排水系統(tǒng)——本動力排水系統(tǒng)的沉水泵，是以沉水式泵13，配合自動水位感應控制開關(guān)14，將經(jīng)由人造過濾層21、人造排水層22、過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)23、人造防水層24滲入集水池中的清水排至建筑物外部的排水溝中。此套系統(tǒng)為增加其可靠性，可設計一組為主要，一組為備份輔助用。
11、集水池110、溢流管19——建筑物于筏基水箱中均有一般污水集水池，以動力系統(tǒng)將收集的一般污水排至外接的排水溝中。當排水系統(tǒng)的沉水泵13故障，滲流集水池的水位高過設計值18時，另設計溢流管19略高于滲流集水池119中沉水泵感應控制開關(guān)14的最高水位面18，當本身排水系統(tǒng)故障時仍可將滲入之水流至建筑物的污水排水系統(tǒng)，借其動力系統(tǒng)排除。
12、水箱中水位監(jiān)控系控——筏基內(nèi)的集水池裝設感式或浮力式水位轉(zhuǎn)換器114，將水位訊號送至資料收集機或顯示器124，可產(chǎn)生水位位置訊號，當水位過高時產(chǎn)生音響及燈光訊號達到維修目的。
本系統(tǒng)滲流集水池的上升速度非常緩慢，視集水池大小而定，每日上升速度約由0.01公分～1.0公分／天，每日滲入的孔隙水量介于0.5～20.0立方公尺／(0.5～20.0立方米／每天)不會因沉水泵13故障而產(chǎn)生水位上漲問題。
13、礦物阻塞防止裝置125——土層中的滲透水中常含有較高的Ca＋＋及Si＋＋離子，接觸空氣中的CO2時沉淀成CaCO3及SiC3。本裝置為一逆止閥，借重力作用，使?jié)B透水僅能由下往上流動，防止空氣進入排水的網(wǎng)路系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種筏基底版減水壓結(jié)構(gòu)，位于筏基底部利用土層低透水性K=10-6～10-9厘米/每秒與本結(jié)構(gòu)的高透水特性及溢流進水管的高低，以減低或控制筏基底版的水壓力為其目的，其特征主要包含有人造過濾層，是確保人造排水層的排水功能，防止接觸土層的土壤顆粒侵入人造排水層造成堵塞；本層主要功能不影響其下土層滲流特性，須不受土壤顆粒堵塞影響透水特性；人造排水層，是形成較大且可控制的空隙，使?jié)B透水可于其中快速匯流至人造過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)中；人造過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)，是裝置于人造過濾層上及人造排水層間，能使經(jīng)滲流穿過基礎下粘土層的地下滲流水，集中至過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)中；人造防水層，是防止筏基底版上，澆置工作面的無筋混凝土滲入人造排水層中，使該層失去透水功能；筏基浮力控制的溢流進水管裝置，是溢流進水管的溢流進水口距離筏基底版的高度，高于筏基水箱內(nèi)最高水位面低于連續(xù)壁外地下水位面時，利用基礎底版下低透水層(粘土層)，滲入至筏基下排水層的水量Q1＜溢流進水管的流量Q2，則可控制筏基底的水壓力，形成減壓的目的；礦物阻塞防止裝置，是由一管路系統(tǒng)中的逆止閥，使水流僅可由下往上方向流動，防止空氣進入過濾集水管網(wǎng)路系統(tǒng)中，造成礦物沉沉阻塞；借助上述六種裝置方式的組合，于筏基底及土層間形成可靠的高透水層，管線網(wǎng)路系統(tǒng)等，排除由基礎下低透水性地層滲透至筏基底版下的滲透孔隙水條件，控制溢流進水管口至筏基底的高程；達到排除或調(diào)節(jié)筏基底部水壓的結(jié)構(gòu)裝置。
專利摘要一種位于筏基底部，以減低筏基底板的向上水壓力或控制水壓大小的特定施工結(jié)構(gòu)，適用于筏基四周有連續(xù)壁，貫入至低不透水土層(K＝10
文檔編號E02D27/00GK2152830SQ9320611
公開日1994年1月12日 申請日期1993年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月6日
發(fā)明者章致一 申請人:章致一