基坑降水设计

1、基坑降水设计中国建筑西南勘察设计研究院 张 波手机坑降水设计纲要n1、地下水动力学基本概念n2、降水计算n3、缠丝填砾过滤器控制单井含砂率n4、包网填砾过滤器控制单井含砂率n5、应注意的问题1、地下水动力学基本概念、地下水动力学基本概念n1.1基本名词基本名词n 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；n 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；n 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；n 影响半径：由抽水井中心到水位下降漏斗边缘的水平距离；

2、n 渗透系数：当水力梯度等于1时地下水的渗透速度；n 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；n 降深：自某一水位高程降低至另一水位高程之间的差值；n 含水层厚度：自静止水位高程至隔水顶板高程之间的差值；n 水头高度：自隔水顶板高程向上至某一水位高程的差值；n 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；n 干扰井群总抽水量：人工布置的所有抽水井总的出水量；n 单井抽水量：人工布置的抽水井群中某一个井的抽水量；n 管井出水能力：人工设置的抽水管井所能通过的水量；1.2基本公式基本公式n1.2.1达西公式达西公式n达西公式是地下水运动学中的最基

3、本公式之一，一般采用n表达。n式中Q：断面流量；K：渗透系数；：过水断面；J：水力坡度；JkQ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JkQ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裘布依公式裘布依公式n 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。n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。JkQrh2drdhJ JkQdrdhrhkQ2HhRroohdhrdrQk222lnln22oohH

4、krrQrRhHkQlnln2020202loglog366. 1rRhHkQ000loglog2366. 1rRSSHkQ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 n 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：n0r0R；0h0H；n 之所以强调该定义域0r0R；0h0H，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

5、=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0r0R；0h0H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。n 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、降水计算2.1面状基坑涌水量计算面状基坑涌水量计算n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

6、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）。n现将各规范有关潜水完整井降水计算的规定，摘录如下：nrrrrRnssHkQ321loglog2366. 1orRssHkQlog2366. 1oorrRssHkQlog2366. 1orRssHkQ1log2366. 1KHSR2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1

7、3.2.4。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。orRSSHkQloglog)2(366.1nrrrrRnssHkQ321loglog2366. 1 地

8、铁规程8.5.81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条状基坑涌水量计算n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

9、。n现将各规范有关潜水完整井降水计算的规定，摘录如下：RhHkLQ22hRhHLkQ222loglog2366. 1)2(BRSSHkRSSHLKQ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8.5.82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

10、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。6.4.4-12.3、管井出水能力、管井出水能力n2.3.1管井的出水能力n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。n2.3.2单井的涌水量n这是干扰井群中单井的涌水量。n井与管井是两个完全不同的概念。3120Klrqs1loglog2366.1nwnrrnRSwSwHKQddlq/24,降水计算的步骤n1、影响半径n2、引用半径n3、有效半径 RO=R+rO

11、n4、干扰井群中单井涌水量 n5、确定设施中心水位下降的高度n6、计算管井出水能力 n7、设施涌水量 Q=nQ1n8、根据井位、井数计算设施中心水位下降的高度n9、根据井位、井数计算设施中危险点水位下降的高度n KHSR 2FrOwnnrnrRssHkQ1001log2366. 1krRnQHH366. 1lg(lg00120）3120KlrqskxxxnRnQHHn336.1).lg(1lg210120kxxxnRnQHHanaaa336.1).lg(1lg21012 2.4 公式中几个参数的意义公式中几个参数的意义n1、含水层厚度n（1）非完整井的含水层厚度 （2）非完整井的含水层厚度与完

12、整井的含水层厚度n 含水层厚度越大涌水量越大，布井越多，降水方案越可靠。n2、渗透系数n 渗透系数越大涌水量越大，布井越多，降水方案越可靠。n3、降深n 降深越大涌水量越大，布井越少，降水方案越不可靠；n4、影响半径n 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降水计算中应注意的问题n1、计算基坑涌水量是无意义的！n大井法大井法: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

13、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井管管材与井基本结构n （1）钢管n （2）钢筋混凝土管n （3）塑料管n （4）其它管材井基本结构n1、井孔n2、井壁管n3、滤水管n4、扶正器n5、沉砂管n6、砾料n7、填料管n8、封闭材料3.2井壁管井壁管n没有孔隙率的管材。n井壁管的作用：n1、封闭地层；n2、收集沉砂；（滤水管也可用作沉砂管）n300钢筋混凝土管有关技术数据n（1）井壁管n井管公称直径：300n设计

14、内径：300 mmn设计外径：360 mmn单节长度：2500mmn长箍：宽*厚 140*8 mm；n短箍：宽*厚 60*8 mm；n（2滤水管）n进水眼：10*100mmn每节进水眼孔数：25*36n孔隙率：19.2%n每米重：81kgn每根重：203kgn纵向主筋：6.5*2460-18根n 10号铅丝 -18根n环筋：6.5n垫筋厚度：8mmn缠丝材料：玻璃纤维增强聚乙烯滤水丝3.3滤水管滤水管n1、过滤器阻砂，是由井管、过滤管的孔隙率、缠丝、砾料所完成的；n2、包网过滤器只 用于粉细砂层；n3、一般情况下，最好不用包网过滤器；3.4管井的含砂量管井的含砂量n3.4.1管井的含砂量n 管

15、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）。n 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；n 含砂量的规定是针对管井的运行寿命制定的。n 含砂量的体积比与重量比大体为2倍关系。n3.4.2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缠丝填砾过滤器缠丝填砾过滤器 含水层分类 筛 分 结 果 （以筛分后的重量计） 填入砾石的直径（mm） 过滤器缠丝间隙（mm） 卵石 颗粒3mm 占 90100% 24-30 5 砾石 颗粒2.25mm 占 8590% 18-22 5 砾砂 颗粒1

16、mm 占 8085% 7.5-10 5 粗砂 颗粒0.75mm 占 7080% 67.5 5 粗砂 颗粒0.5mm 占 7080% 5-6 4 中砂 颗粒0.4mm 占 6070% 3-4 2.5 中砂 颗粒0.3mm 占 6070% 2.5-3 2 中砂 颗粒0.25mm 占 6070% 22.5 1.5 细砂 颗粒0.20mm 占 5060% 1.5-2 1 细砂 颗粒0.15mm 占 5060% 11.5 0.75 细砂含泥 颗粒0.15mm 占 4050% （含泥50%） 11.5 0.75 粉砂 颗粒0.10mm 占 5060% 0.75-1 0.50.75 粉砂含泥 颗粒0.10m

17、m 占 4050% （含泥50%） 0.75-1 0.50.75 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810倍，在实用中亦可根据具体情况定为68倍或510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n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。nGB/T50625-2010机井技术规范4.3.27条规定：砂类土含水层 滤料规格

18、为D50=（6-8）d50；碎石类土含水层 当d202mm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 包网过滤器包网过滤器n 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：n1、结构应包括穿孔管、纵向垫筋和包网等。n2、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%。n3、网眼尺寸，应符合或略小于滤料粒径的下限。n 无砂混凝土管过滤器无砂混凝土管过滤器n GB/T50625-2010机

19、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：n1、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。n2、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.n3、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n1、计算基坑涌水量是无意义的！n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！