一种地下结构泄水减压抗浮的实验装置的制作方法

1.本发明涉及地下工程技术领域，具体涉及一种地下结构泄水减压抗浮的实验装置。


背景技术：

2.随着城市化进程的加快，可用的城市土地资源越来越少，地下空间的开发也日渐成为城市发展的主要方向之一，地下结构也相继出现，如何在既节约资源、能源，又对周边环境影响小的前提下，解决结构抗浮问题，是大力发展地下空间必须面对的重要问题之一。当某一地区遭遇到强降水时，由于大部分雨水会渗透进土壤中，导致地下水位上升，地下结构所受浮力也大大增加，导致结构出现各种程度的病害，轻则导致结构局部出现漏水渗水现象，重则导致地下结构出现破坏，影响结构的正常使用。
3.为了保障地下结构的抗浮稳定系，需要对其采取必要的安全措施。目前，对于地下结构的抗浮措施有多种，有的抗浮措施施工简单，如抗浮桩、抗浮锚杆等，但费用较大，不宜推广；有的措施则较复杂，如泄水减压抗浮系统，在实际工程不易推广。


技术实现要素：

4.本发明提供一种地下结构泄水减压抗浮的实验装置，用以解决现有技术中，地下结构的抗浮措施费用较大，不宜推广的问题。
5.本发明提供一种地下结构泄水减压抗浮的实验装置，包括：
6.多个泄水孔，均匀开设在地下结构四周的侧墙上，位于地下结构设计的抗浮水位下方；
7.泄水管，穿过泄水孔与地下结构四周的侧墙固定；
8.排水管，其一端与泄水管连接；
9.排水系统，与所述排水管的另一端连接。
10.优选地，所述泄水管中设有过滤机构，用于过滤分离水和土壤，防止泄水时造成土壤流失。
11.优选地，所述排水系统为排水管网。
12.优选地，所述泄水孔布置的高度、大小及数量的计算方法包括：
13.s1、先获得地下结构场地的地下水位最大上升速度v1、地下结构设计的抗浮水位、地下结构周围土层的渗透系数k、以及结构侧墙的长度a，确定结构侧墙向外土体排水的有效宽度b；
14.s2、按下式(21)计算出地下侧墙单位时间内进水量：
15.q1＝v1·a·
b＝v1ab
ꢀꢀꢀ
(21)；
16.其中，v1为地下水位的最大上升速度，a为结构侧墙的长度，b为结构侧墙向外土体排水的有效宽度，q1为地下侧墙单位时间内进水量；
17.s3、按下式(31)计算泄水孔的出水量：
18.q2＝m
·n·v2
·aꢀꢀꢀ
(31)；
19.其中，m为泄水孔的行数，n为泄水孔的列数，v2为地下水的最大渗透速度，a为泄水孔面积，q2为泄水孔的出水量；a＝πr2，r为泄水孔半径；δh为水头压力差，k为土层的渗透系数，l为渗透路径长度；取平均长度，层的渗透系数，l为渗透路径长度；取平均长度，h为某一面侧墙上全部泄水孔距地下结构设计的抗浮水位的平均高度；
20.s4、将s1中获得的v1、a、b的值代入公式(21)计算出q1的值，初步设置m、n、r、h的值，然后代入公式(31)中，计算出q2的值，比较q1和q2，如果得到q2＞q1，则泄水孔的渗透速度满足最大地下水位上升速度下的排水要求，则泄水孔布置的高度、大小及数量按照设置的m、n、r、h的值设计；反之，如果得到q2＜q1，则泄水孔的渗透速度没有满足最大地下水位上升速度下的排水要求，需要增加m、n、r、h的值，再代入公式(31)中计算q2的值，比较q1和q2，直到得到q2＞q1为止，则泄水孔布置的高度、大小及数量按照增加后的m、n、r、h的值设计。
21.与现有技术相比，本发明公开一种地下结构泄水减压抗浮的实验装置，其有益效果是：
22.本发明在地下结构四周的侧墙上安装泄水孔，将地下结构外侧的地下水通过排水管引流至地下结构的排水系统，通过泄水管将地下结构室外地下水排出，控制地下水位不超过地下结构设计的抗浮水位，来达到地下结构抗浮的目的。通过本发明所构思的方法，能够有效的控制结构周边地下水位，减小结构抗浮病害。该方法能将地下水位有效控制在泄水孔以下，防止由于强降水导致或其他因素导致的地下水位上升，有效防止由于地下水位变化而导致的结构病害。同时结构简单方便，一经安装无需后续的操作，具有较高的推广意义。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明的结构示意图；
25.图2为本发明的侧视图。
26.图中各个标号含义：1-抗浮水位，2-泄水管，3-排水管，4-排水系统，21-过滤机构。
具体实施方式
27.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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明实施例提供一种地下结构泄水减压抗浮的实验装置如图1所示，包括：泄水孔、泄水管2、排水管3、排水系统4。多个泄水孔均匀开设在地下结构四周的侧墙上，贯通地下结构的侧墙与结构侧墙为一整体结构，位于地下结构设计的抗浮水位1下方，抗浮水位1
根据结构及场地条件不同而不同，为了能达到地下结构的抗浮要求，需控制地下水位在抗浮水位1以下，因此设置泄水孔的位置在抗浮水位1以下；泄水管2穿过泄水孔与地下结构四周的侧墙固定；排水管3的一端与泄水管2连接；排水系统4与所述排水管3的另一端连接。其中，地下结构侧墙为钢筋混凝土或素混凝土材料制成，泄水管2、排水管3为塑料材料制成。通过在地下结构四周的侧墙上安装泄水孔，将地下结构外侧的地下水通过排水管3引流至地下结构的排水系统4，通过泄水管2将地下结构室外地下水排出，控制地下水位不超过地下结构设计的抗浮水位1，来达到地下结构抗浮的目的。
29.进一步的，所述泄水管2中设有过滤机构21，用于过滤分离水和土壤，防止泄水时造成土壤流失。过滤机构21为可过滤砂土的过滤器、过滤网等，分离水和土壤。
30.进一步的，如图2所示，所述排水系统4为排水管网，将水排出结构体系外。排水系统4可为塑料、钢筋混凝土、素混凝土等材料，用于排出地下水。
31.进一步的，所述泄水孔布置的高度、大小及数量的计算方法包括：
32.s1、先获得地下结构场地的地下水位最大上升速度v1、地下结构设计的抗浮水位1、地下结构周围土层的渗透系数k、以及结构侧墙的长度a，确定结构侧墙向外土体排水的有效宽度b；
33.s2、按下式(21)计算出地下侧墙单位时间内进水量：
34.q1＝v1·a·
b＝v1ab
ꢀꢀꢀ
(21)；
35.其中，v1为地下水位的最大上升速度，a为结构侧墙的长度，b为结构侧墙向外土体排水的有效宽度，q1为地下侧墙单位时间内进水量；
36.s3、按下式(31)计算泄水孔的出水量：
37.q2＝m
·n·v2
·aꢀꢀꢀ
(31)；
38.其中，m为泄水孔的行数，n为泄水孔的列数，v2为地下水的最大渗透速度，a为泄水孔面积，q2为泄水孔的出水量；a＝πr2，r为泄水孔半径；δh为水头压力差，k为土层的渗透系数，l为渗透路径长度；取平均长度，层的渗透系数，l为渗透路径长度；取平均长度，h为某一面侧墙上全部泄水孔距地下结构设计的抗浮水位1的平均高度；
39.s4、将s1中获得的v1、a、b的值代入公式(21)计算出q1的值，初步设置m、n、r、h的值，然后代入公式(31)中，计算出q2的值，比较q1和q2，如果得到q2＞q1，则泄水孔的渗透速度满足最大地下水位上升速度下的排水要求，则泄水孔布置的高度、大小及数量按照设置的m、n、r、h的值设计；反之，如果得到q2＜q1，则泄水孔的渗透速度没有满足最大地下水位上升速度下的排水要求，需要增加m、n、r、h的值，再代入公式(31)中计算q2的值，比较q1和q2，直到得到q2＞q1为止，则泄水孔布置的高度、大小及数量按照增加后的m、n、r、h的值设计。
40.泄水孔的渗透速度满足最大地下水位上升速度下的排水要求，能够满足最大地下水位上升速度下的排水要求，即通过控制泄水孔的数量以及泄水孔的大小来控制泄水孔的排水速度，泄水孔的数量及大小需根据场地地下水位上升速度及场地土层的渗透性综合确定。其中，δh水头压力差为水头差，是指设计的抗浮水位1距全部泄水孔的平均高度，其数值和h的值相等，计算的是在地下水位达到设计的抗浮水位1高度时泄水孔的最大排水速度。
41.上述计算方法的原理为渗透原理：即当地下水位由于强降水等各种原因上升时，高于泄水孔部分的地下水由于水头压力差会向泄水孔渗透，进而通过泄水管和排水管排出，达到控制地下水位的作用。计算前先获取地下结构场地的地下水位最大上升速度、设计的抗浮水位1以及地下结构周围土层的渗透系数等参数。b是泄水孔所能排水影响的有效范围，即结构侧墙往外至泄水影响最大范围的长度，是人为控制的。
42.根据上述原理，本装置的使用步骤如下：
43.第一步，泄水孔的布置。先获得地下结构场地的地下水位最大上升速度v1、地下结构设计的抗浮水位1、地下结构周围土层的渗透系数k、以及结构侧墙的长度a，确定结构侧墙向外土体排水的有效宽度b，根据上述的计算方法求得泄水孔的布置高度、大小以及数量；
44.第二步，安装泄水孔。在结构侧墙指定高度处凿开小孔，将过滤机构21固定于泄水管2中，泄水管2埋置于结构侧墙上并贯通结构侧墙，泄水管2在结构室内预留一部分长度，同时做好凿洞处的封闭处理，防止结构渗水；
45.第三步，安装排水管3。将排水管3一端与泄水管2室内预留部分相连，并将另一端与结构的排水系统4连接。
46.泄水时，因为q2＞q1，即：泄水孔的出水量大于地下侧墙单位时间内进水量，所以地下水位不会超过地下结构设计的抗浮水位1，通过排出地下水来达到地下结构抗浮的目的。
47.本发明的优点在于，本发明在地下结构四周的侧墙上安装泄水孔，将地下结构外侧的地下水通过排水管引流至地下结构的排水系统，通过泄水管将地下结构室外地下水排出，控制地下水位不超过地下结构设计的抗浮水位，来达到地下结构抗浮的目的。通过本发明所构思的方法，能够有效的控制结构周边地下水位，减小结构抗浮病害。该方法能将地下水位有效控制在泄水孔以下，防止由于强降水导致或其他因素导致的地下水位上升，有效防止由于地下水位变化而导致的结构病害。同时结构简单方便，一经安装无需后续的操作，具有较高的推广意义。
48.以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。