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基坑降水设计 中国建筑西南勘察设计研究院张波手机基坑降水设计纲要 1 地下水动力学基本概念2 降水计算3 缠丝填砾过滤器控制单井含砂率4 包网填砾过滤器控制单井含砂率5 应注意的问题 1 地下水动力学基本概念 1 1基本名词 地下水 存在于地面以下岩体和土体孔隙 缝隙和孔洞中的水 上层滞水 包气带中局部隔水层或弱透水层上积聚的具有自由水面的重力水 潜水 埋藏在地表以下具有自由表面的地下水 承压水 充满在上下两个隔水层之间的含水层中 水头高出其上层隔水顶底面的地下水 影响半径 由抽水井中心到水位下降漏斗边缘的水平距离 渗透系数 当水力梯度等于1时地下水的渗透速度 设计降水深度 自地面高程至设计要求的水位高程之间的差值 降深 自某一水位高程降低至另一水位高程之间的差值 含水层厚度 自静止水位高程至隔水顶板高程之间的差值 水头高度 自隔水顶板高程向上至某一水位高程的差值 基坑涌水量 当基坑开挖深度超过地下水静止水位或稳定水位时 地下水进入基坑的水量 干扰井群总抽水量 人工布置的所有抽水井总的出水量 单井抽水量 人工布置的抽水井群中某一个井的抽水量 管井出水能力 人工设置的抽水管井所能通过的水量 1 2基本公式 1 2 1达西公式达西公式是地下水运动学中的最基本公式之一 一般采用表达 式中Q 断面流量 K 渗透系数 过水断面 J 水力坡度 必须强调指出 达西公式是一个断面流量计算公式 公式中过水断面的概念是至关重要的 在 式中 若规定式中的水力坡度为1 则K为常量 Q的大小为 所确定 1 2 2 裘布依公式 进行均质地层 潜水完整井计算 裘布依公式是最常用的公式之一 裘布依公式是达西公式的推导公式 进行该公式推导有许多方法 本文选下述推导进行问题的论述 均质地层 潜水 稳定流 计算点为圆心的条件下 过水断面为等轴园柱曲面 表达式中 式中r 圆半径 h 水头高度 则 变为 代入边界条件 井径 r0 R 水头 h0 H 并对该式进行积分 化自然对数为常用对数 因H h0 S0 所以 详细推导可在各地下水运动学书籍中查到 本文不详述 只强调在推导过程中 当进行积分 代入井径由r0到R 水头由h0到H边界条件时 常常被忽略的积分定义域 0 r0 R 0 h0 H 之所以强调该定义域0 r0 R 0 h0 H 是因为若r0 0 h0 0 则无过水断面 地下水不流动 意味着裘布依公式无意义 若r0 R h0 H 则同样无过水断面 地下水不流动 裘布依公式亦无意义 定义域0 r0 R 0 h0 H还说明 裘布依公式只研究地下水 在距圆心0点r0距离处的 过水断面上的地下水流动状况 裘布依公式在研究距圆心0点 距离r0处 过水断面上的地下水流动状况时 并不涉及造成该处水头的原因 同时 裘布依公式在研究r0处过水断面上的地下水流动状况时 并不涉及地下水流出该断面后的性状 2 降水计算2 1面状基坑涌水量计算 进行面状基坑涌水量计算所依据的主要工作规范有JGJ T111 98 建筑与市政降水工程技术规范 以下简称为市政规范 YB9258 97 建筑基坑工程技术规范 以下简称为冶金规范 JGJ120 99 建筑基坑支护技术规程 现为JGJ120 2012 以下简称为建筑规程 GB50307 1999 地下铁道 轻轨交通岩土工程勘察规范 现为GB50307 2012 以下简称为地铁规范 现将各规范有关潜水完整井降水计算的规定 摘录如下 市政规范第6 4 3条 按下列公式计算 6 4 3 1或 冶金规范第13 2 4 规定 按圆形 矩形 不规则形换算为圆形 或线形基坑计算基坑涌水量Q 计算方法见表13 2 4 表中规定圆形潜水完整井计算式为 式中Q 基坑计算涌水量 S 设计水位降深 建筑规程8 3 3条规定 Q 基坑总涌水量 可按附录F计算 其附录F的F 0 1 1式为 F 0 1 1式式中Q 基坑涌水量 S 基坑水位降深 r0 基坑等效半径 按本规程第F 0 7条规定计算 F 0 7条规定 降水井影响半径 可按下列经验公式计算 潜水含水层 式中R 降水影响半径 S 基坑水位降深 6 4 3 2 式中Q 基坑出水量 S 基坑设计水位降深值 R 影响半径 地铁规程8 5 8 1条规定 块状基坑 可简化为圆形 其基坑出水量 可采用 大井法 选择表8 5 8 1中的公式计算 摘录中市政规范的 公式 系错误的涌水量公式 2 2条状基坑涌水量计算 我国降水设计所依据的JGJ T111 98 建筑与市政降水工程技术规范 以下简称为市政规范 YB9258 97 建筑基坑工程技术规范 以下简称为冶金规范 JGJ120 99 建筑基坑支护技术规程 现为JGJ120 2012 以下简称为建筑规程 GB50307 1999 地下铁道 轻轨交通岩土工程勘察规范 现为GB50307 2012 以下简称为地铁规范 中给出了条状 线性 基坑涌水量的计算公式 现将各规范有关潜水完整井降水计算的规定 摘录如下 市政规范第6 4 4条 按下列公式计算 式中Q 条状基坑出水量 L 条状基坑长度 抽水前与抽水时含水层厚度的平均值 冶金规范第13 2 4 规定 按圆形 矩形 不规则形换算为圆形 或线形基坑计算基坑涌水量Q 计算方法见表13 2 4 表中规定线形潜水完整井计算式为 式中Q 条状基坑计算涌水量 L 条状基坑长度 地铁规程8 5 8 2条规定 流向切穿含水层的条形基坑 出水量 可选择表8 5 8 2中的公式计算 式中Q 条状基坑出水量 L 条状基坑长度 B 条状基坑宽度 这几个公式基本就是同一个计算公式 只是地铁规范采用的是考虑条状基坑两端进水的的计算式 而其它公式是不考虑条状基坑两端进水的计算式 6 4 4 1 2 3 管井出水能力 2 3 1管井的出水能力这里的q表示的是管井的出水能力 这是同一源于C K 阿不拉莫夫允许临界速度的钻孔出水能力公式经验公式 2 3 2单井的涌水量这是干扰井群中单井的涌水量 井与管井是两个完全不同的概念 降水计算的步骤 1 影响半径2 引用半径3 有效半径RO R rO4 干扰井群中单井涌水量5 确定设施中心水位下降的高度6 计算管井出水能力7 设施涌水量Q nQ18 根据井位 井数计算设施中心水位下降的高度9 根据井位 井数计算设施中危险点水位下降的高度 2 4公式中几个参数的意义 1 含水层厚度 1 非完整井的含水层厚度 2 非完整井的含水层厚度与完整井的含水层厚度含水层厚度越大涌水量越大 布井越多 降水方案越可靠 2 渗透系数渗透系数越大涌水量越大 布井越多 降水方案越可靠 3 降深降深越大涌水量越大 布井越少 降水方案越不可靠 4 影响半径影响半径越大涌水量越小 布井越少 降水方案越不可靠 2 5降水计算中应注意的问题 1 计算基坑涌水量是无意义的 大井法 由C B 特罗扬斯基提出 实际计算的是所布置的干扰井群总涌水量 所谓 基坑涌水量 只是干扰井群总涌水量的代名词 只需计算干扰井群中单井的涌水量即可 2 降水计算只是一种近似计算 达西公式 裘布依公式是理论计算公式 但是实际工作中公式所规定的基本条件都是不具备的 降水半径是经验公式 所得计算成果只能是近似结果 3 完整井与非完整井单井涌水量相差约10 30 可将非完整井采用完整井计算 得到的涌水量再增加10 30 3 1井管管材与井基本结构 1 钢管 2 钢筋混凝土管 3 塑料管 4 其它管材 井基本结构 1 井孔2 井壁管3 滤水管4 扶正器5 沉砂管6 砾料7 填料管8 封闭材料 3 2井壁管 没有孔隙率的管材 井壁管的作用 1 封闭地层 2 收集沉砂 滤水管也可用作沉砂管 300钢筋混凝土管有关技术数据 1 井壁管井管公称直径 300设计内径 300mm设计外径 360mm单节长度 2500mm长箍 宽 厚140 8mm 短箍 宽 厚60 8mm 2滤水管 进水眼 10 100mm每节进水眼孔数 25 36孔隙率 19 2 每米重 81kg每根重 203kg纵向主筋 6 5 2460 18根10号铅丝 18根环筋 6 5垫筋厚度 8mm缠丝材料 玻璃纤维增强聚乙烯滤水丝 3 3滤水管 1 过滤器阻砂 是由井管 过滤管的孔隙率 缠丝 砾料所完成的 2 包网过滤器只用于粉细砂层 3 一般情况下 最好不用包网过滤器 3 4管井的含砂量 3 4 1管井的含砂量管井抽水流量不低于管井设计流量 抽水稳定后 井水含砂量应小于1 2万 体积比 含砂量是针对单井管井而言 含砂量与管井抽水量有关 含砂量与测定时间有关 含砂量的规定是针对管井的运行寿命制定的 含砂量的体积比与重量比大体为2倍关系 3 4 2含砂量是抽水的附带物 降水的目的是抽水 不是防砂 含砂量只能控制在一定的范围 不能因噎废食 3 5缠丝填砾过滤器 填入砾石和过滤器缠丝间隙的规格 注 表中填砾石的规格系最大限度 即含水层筛分粒径的8 10倍 在实用中亦可根据具体情况定为6 8倍或5 10倍 井孔直径要求 在砾石 粗砂层中 孔径应比井管外径大150毫米 在中 细 粉砂层中 应大200毫米 滤料的规格 假定滤料为等粒圆球体 直径为D 滤料空隙形成的内切球体直径d 当滤料排列成正方体时 形成的空隙最大 D 2 4142d 形成斜方体时 形成的空隙最小 D 6 4627d 两者平均值为D 4 4385d GB T50625 2010 机井技术规范 4 3 27条规定 砂类土含水层滤料规格为D50 6 8 d50 碎石类土含水层当d20 2mm时 滤料规格为D50 6 8 d20 粉细砂含水层 当含水层颗粒均匀系数大于3 且填砾厚度达200 250mm 倍比系数可加大为10 20 D50 10 20 d50 3 6包网过滤器 GB T50625 2010 机井技术规范 4 3 24穿孔包网过滤器的设计 应符合下列规定 1 结构应包括穿孔管 纵向垫筋和包网等 2 骨架管的穿孔形状 尺寸 应按管材强度和加工工艺确定 开孔率宜为12 30 3 网眼尺寸 应符合或略小于滤料粒径的下限 无砂混凝土管过滤器GB T50625 2010 机井技术规范 4 3 25无砂混凝土管过滤器的设计 应符合下列规定 1 无砂混凝土管的骨料粒径宜根据含水层岩性和滤料厚度确定 粉细砂层宜为4mm 8mm 中粗砂层宜为6mm 10mm 粗砂粒径以上的含水层宜为8mm 12mm 2 水泥与骨料配合比应为1 0 4 5 1 0 6 0 重量比 水灰配合比应为0 28 0 32 3 过滤管之间用专用材料粘接后 接口处应再用镀锌铁丝捆扎4根 8根竹片 4 应注意的问题 1 计算基坑涌水量是无意义的 大井法 由C B 特罗扬斯基提出 实际计算的是所布置的干扰井群总涌水量 所谓 基坑涌水量 只是干扰井群总涌水量的代名词 只需计算干扰井群中单井的涌水量即可 2 降水计算只是一种近似计算 达西公式 裘布依公式是理论计算公式 但是实际工作中公式所规定的基本条件都是不具备的 降水半径是经验公式 所得计算成果只能是近似结果 3 成都地区降水井的布置一般井间距20 25m 井深确定 降水井深度应根据场地静止水位 井内降深以及基岩埋深情况综合确定 当场地有足够的含水层厚度时 可按基坑挖深加8 10m作为井深 当场地含水层厚度有限时 井深按进入基岩3 5m为宜 4 降水计算正确与否的唯一衡量标准 场地内各个地点地下水位的下降位置是否满足规定值 5 砂卵石地层中欲控制含砂率 有效的方法是采用缠丝填砾过滤器 控制好滤料的规格及滤料层的厚度 就可达到规范规定的指标 6 在砂卵石层中 采用包网填砾过滤器 其包网材料宜为钢丝 铜丝网片 不宜使用塑料网片 其填砾规格必须按规范规定使用 并需保证填砾层的厚度 否则很难达