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确定基坑排水井布置方案的疏干水位降深累加法 确定基坑排水井布置方案的疏干水位降深累加法 张焕智 张焕智 提 要 本文提出了在土基上确定基坑排水井布置的疏干水位降深累加法， 不涉及难 以确定的水文地质参数，而且更接近实际，简便易行。 关键词 基坑 排水井 排水量 疏干水位降深 多孔抽水 经验方程 在土基的地下水位以下修建较大建筑物时，由于动水压力的作用，基 坑容易发生突涌（承压水）或流砂（潜水） ，一般需在基坑周边布置排水井 进行排水。在确定排水井方案时，选用的公式难以完全符合实际水文地质 条件，根据试验结果计算的水文地质参数，通过干扰井群的计算分析，确 定的排水井布置方案与实际施工排水结果相差较大。故本文提出了一种疏 干水位降深累加法。 一、基本原理 一、基本原理 疏干水位降深累加法就是依据野外实际多孔抽水试验数据，建立相应 的经验方程后，进而计算不同布井条件下基坑内可能产生的疏干总水位降 深，最后分析确定排水井布置方案及排水量。 如图 1，任一井的出水量 qi 单独抽水时，对 a 点产生疏干水位降深 t i ,其疏干效率为 q0i。当井群同时抽水时，对 a 点产生的疏干总水位降深等 于各井对该点产生的疏干水位降深之累加。 （1） = = n i i tt 1 在一定的水文地质条件下，对于同一口井无论群井还是单井抽水时， 对距抽水井一定距离处产生的疏干水位降深 t i， 主要随抽水井出水量的不 同而变化，但疏干效率 q0i基本上为常数。据抽水井远，则 t i小，q0i大， 排水效果差。 井群抽水时，其总排水量可写为： 1 2 0 0 9. 0 9. 15 建筑之家 图1 井群示意图 = = n i n i iii tqqq 11 0总 （2） 另外，根据基坑开挖要求，欲使基坑内某点疏干总水位降深达 t 时， 总排水量也可写为 = = n i i tqqq 1 0总 （3） 式中， o q为各井对该点疏干效率 q0i的加权平均值。q0i与 t i均可根据多孔 抽水试验资料确定。 多孔抽水试验表明，抽水井以一定流量抽水时，观测孔水位降深与其 至抽水井距离一般呈对数关系；并且随抽水井出水量（q）及距离（d）的 不同而变化。经分析，其多元关系式如下： t= a + blgq + c（1+lgq）lgd （4） 依据多孔抽水试验数据（具备 3 个以上观测孔、3 次以上降深） ，通过 多元相关分析，就可确定（4）式。用以预测不同设计排水量时，在距排水 井不同距离处可能产生的疏干水位降深。 二、计算实例 二、计算实例 太和防洪闸位于嫩江漫滩后缘，土体岩性主要为细砂，地面高程 134.00m，潜水水位高程约 133.50m(勘探期间)，初步拟建闸室与消力池基 地高程 131m132m，基坑主要开挖范围在 40m80m 的矩形轮廓内。由于细 砂层渗透性能良好，在地下水位以下容易产生流砂；因此，开挖基坑时需 2 布置排水井进行排水。为了确定合适的排水井布置方案，采用疏干水位降 深累加法进行排水效果的分析，计算过程如下： 1. 确定 t= f（q,d）经验方程 该闸地区进行过多孔抽水，试验数据列于表 1。 表 1 多孔抽水试验数据表 表 1 多孔抽水试验数据表 抽 水 孔 抽 水 孔 （tc1） 观测孔水位降 观测孔水位降 t(m) 出 水 量 q 降深 s (m) l/s m 3/d tg1 tg2 tg3 1.03 1.046 90.37 0.08 0.055 0.045 2.65 2.633 227.49 0.14 0.085 0.06 3.23 3.148 271.99 0.20 0.11 0.08 观测孔至抽水孔距离 d(m) 20.19 39.06 69.45 按式（4） ，x1 = lgq、x2 =（1+lgq） lgd，则可划为二元线性方程的形 式 t= b0 + b1x1 + b2x2 结联立方程 =+ =+ y y lblbl lblbl 2222121 1212111 得 12212211 121211 2 llll llll b yy =； 11 2121 1 l bll b y = 常数项 22110 xbxbtb= 依据表 1 试验数据，进行二元回归计算，列于表 2。 表 2 二元回归计算表 表 2 二元回归计算表 n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 平均值 ta(m) 0.08 0.055 0.0450.14 0.0850.06 0.20 0.11 0.08 0.095 q （m 3/d） 90.37 227.49 271.99 lgq 1.9560 2.3570 2.4346 2.2492 d (m) 20.1939.06 69.4520.1939.0669.4520.1939.06 69.45 (1+lgq)lgd 3.8580 4.7052 5.4440 4.3813 5.3434 6.1825 4.4826 5.4670 6.32575.1322 其他 l11=（x1i- 1 x） 2=0.3960，l 22=（x2i- 2 x） 2=0.5.5724， l12= l21=（x1i- 1 x） （x2i- 2 x）=0.6254，l1y=（x1i- 1 x） （yi-y）=0.0503， l2y=（x2i- 2 x） （yi-y）=-0.1332，lyy=（yi-y）=0.0191。 3 则有：c=b2=-0.0464，b=b1=0.2003，a=b0=-0.1174，回归方程为 t= -0.1174 + 0.2003lgq 0.0464（1+lgq） lgd （5） 经回归显著性检验计算，f = 17.4167，大于信度为 0.01 时的检验值 f0.01（9，6）= 7.98，回归方程高度显著。 2. 确定排水井的最初布井数 依据多孔抽水数据，计算疏干效率列于表 3。 表 3 疏干效率（q表 3 疏干效率（q0i 0i）表 ）表 距离（m） 降次 20.19 39.06 69.45 1 13.07 19.02 23.24 2 18.81 30.98 43.83 3 15.74 28.62 39.35 平均 15.87 26.21 35.49 其加权平均值为： )./(75.29 45.6906.3919.20 45.6949.3506.3921.2619.2087.15 0 mslq= + + = 根据潜水位及闸基底高程，取基坑中心点所要求的最小降深 smin = 2.50m。 由式（3）得基坑总排水量为 q总 = 29.572.50 = 73.92（l/s）= 6386.69（m 3/d） 进行基坑排水时，拟选用水泵的额定流量为 35m 3/h，按工作效率可达 80%折算，实际流量为 672 m 3/d。在排水过程中，水泵流量一般是不作调整 的；因此，以该流量作为单井排水量，则需布置的排水井数为 n = q总/q单 = 6386.69/672 = 9.5 10（眼） 3. 计算疏干总水位降深 排水井均沿 40m80m 的基坑外围轮廓线布置，首先把 10 眼井在两条 长边上各布置 4 眼，两短边中点各布置 1 眼。其中，距基坑中心 a 点 40m 的 2 眼，31.24m 的 4 眼，21.54m 的 4 眼，当井群抽水时，按方程（5）计 4 算在 a 点产生的疏干总水位降深为 t a= 20.16 + 4 （0.18+0.21） = 1.88 （m） 。因 tasmin=2.50m， ，需重新调整布井方式，增加排水井数，再次计 算 a 点的疏干总水位降深。 经调整计算，如图 2 布置 14 眼井后，a 点的疏干总水位降深为 t a= 2 0.16 + 4（0.16+0.19+0.22）= 2.60（m） 。 图2 排水井布置图 14131211 109 78 6 5 432 1 20.62 28.28 40.31 40 101515 5 4. 确定排水井群布置方案 计算结果表明，如图 2 布置 14 眼井，单井排水量为 672 m 3/d，总排水 量达 9408m 3/d， 基坑中心疏干总水位降深可达 2.60m， 满足最小降深为 2.50m 的要求。因此，该方案是可行的。 三、计算方法对比分析 三、计算方法对比分析 1. 干扰井群法计算结果 区内为潜水，勘探深度内未揭穿含水层，拟建排水井为非完整井。单 井计算公式引自供水水文地质手册中 1-1-74 式，有： 01 lg 73. 2r r kh q s= （5） 当干扰井群开采时，可写成下式 = = n ji ij i ii r r q kh s 1, 1 lg 73 . 2 1 5 式中 n ：布井（计算点）数 si：i 井（点）干扰水位降深(m) qi：i 井干扰出水量(m 3/d) ri：i 井影响半径(m) rij：i 井（点）至 j 井（点）距离，i=j 时为该井半径 r0(m) k ：含水层渗透系数(m/d) h1 ：为至过滤器底部的含水层厚度（m） 。 计算中，各项参数确定为：h1 =11.50m，qi=672 m 3/d，k=19.40 m/d， ri=120m。 经计算， 在四条布井边线中点各布置 1 口井， 单井排水量 672 m 3/d， 总排水量 2688m 3/d，基坑中心水位降深可达 2.77m。 2. 计算结果分析 两种计算方法确定的排水井方案列于表 4，可见两者相差很大。 表 4 排水井点布置方案对比 表 4 排水井点布置方案对比 计算方法 n (眼) qi (m 3/d) qi (m 3/d) ta (m) 干扰井群法 4 672 2688 2.77 疏干水位降深累加法 14 672 9408 2.60 按照多孔抽水试验的出水量及观测孔布置，分别采用以上两种计 算方法计算各观测孔处可能产生的水位降深，并与各观测孔实测水位降深 进行对比；干扰井群法计算结果误差在 13.3%135.3%，平均达 76.6%，误 差较大； 疏干水位降深累加法计算结果误差为 1.8*51.1%， 平均为 16.3%， 其计算值较接近实测值。计算对比结果列于表 5。 表 5 计算对比表 表 5 计算对比表 距离 d (m) 20.19 39.06 69.45 q （m 3/d） 90.37 227.49 271.9990.37227.49 271.99 90.37 227.49 271.99 干扰井群法 0.126 0.3170.3790.0790.2000.239 0.039 0.0970.116 疏干水位降深累加法 0.095 0.1510.1620.0560.1070.117 0.022 0.0680.077 s (m) 实测 0.080 0.1400.2000.0550.0850.110 0.045 0.0600.080 干扰井群法 57.5 126.489.543.6135.3117.3 -13.3 61.745.0 实 实计 s ss- (%) 疏干水位降深累加法 18.7 7.1 -19.01.8 25.96.4 -51.1 13.3-3.7 6 7 造成干扰井群法计算结果误差大的原因，主要在于所选择的计算公式 以及涉及的水文地质参数 r 与 k 的确定值很难符合实际水文地质条件。 疏干水位降深累加法是在拟疏干地段实地进行的多孔抽水实测数据的 基础上，建立排水井出水量与至排水