基坑降水设计及地下水动力学讲义30

基坑降降水设设计中国建建筑西西南勘勘察设设计研研究院院张波波基坑降降水设设计纲纲要1、地地下水水动力力学基基本概概念2、降降水计计算3、缠缠丝填填砾过过滤器器控制制单井井含砂砂率4、包包网填填砾过过滤器器控制制单井井含砂砂率5、应应注意意的问问题1、地地下水水动力力学基基本概概念1.1基本本名词词⑴地地下下水：：存在在于地地面以以下岩岩体和和土体体孔隙隙、缝缝隙和和孔洞洞中的的水；；⑵上上层滞滞水：：包气气带中中局部部隔水水层或或弱透透水层层上积积聚的的具有有自由由水面面的重重力水水；⑶潜潜水水：埋埋藏在在地表表以下下具有有自由由表面面的地地下水水；⑷承承压水水：充充满在在上下下两个个隔水水层之之间的的含水水层中中，水水头高高出其其上层层隔水水顶底底面的的地下下水；；⑸影影响半半径：：由抽抽水井井中心心到水水位下下降漏漏斗边边缘的的水平平距离离；⑹渗渗透系系数：：当水水力梯梯度等等于1时地地下水水的渗渗透速速度；；⑺设设计降降水深深度：：自地地面高高程至至设计计要求求的水水位高高程之之间的的差值值；⑻降降深：：自某某一水水位高高程降降低至至另一一水位位高程程之间间的差差值；；⑼含含水层层厚度度：自自静止止水位位高程程至隔隔水顶顶板高高程之之间的的差值值；⑽水水头高高度：：自隔隔水顶顶板高高程向向上至至某一一水位位高程程的差差值；；⑾基基坑涌涌水量量：当当基坑坑开挖挖深度度超过过地下下水静静止水水位或或稳定定水位位时，，地下下水进进入基基坑的的水量量；⑿干干扰井井群总总抽水水量：：人工工布置置的所所有抽抽水井井总的的出水水量；；⒀单单井抽抽水量量：人人工布布置的的抽水水井群群中某某一个个井的的抽水水量；；⒁管管井出出水能能力：：人工工设置置的抽抽水管管井所所能通通过的的水量量；1.2基本本公式式1.2.1达西西公式式达西公公式是是地下下水运运动学学中的的最基基本公公式之之一，，一般般采用用表达。。式中Q：断断面流流量；；K：：渗透透系数数；ωω：过过水断断面；；J：：水力力坡度度；必须强调调指出出，达达西公公式是是一个个断面面流量量计算算公式式。公公式中中过水断断面的的概念念是至至关重重要的的。在式中，若规规定式中的的水力坡度度为1，则则K为常量量，Q的大小为ω所确定。。1.2.2．裘布依依公式进行均质地地层、潜水水完整井计计算，裘布布依公式是是最常用的的公式之一一。裘布依公式式是达西公公式的推导导公式。进行该公式式推导有许许多方法。。本文选下下述推导进进行问题的的论述。均质地层、、潜水、稳稳定流、计计算点为圆圆心的条件件下，过水断面为为等轴园柱柱曲面。表达式中：：式中r：圆半径径；h：水水头高度；；则变为代入边界条条件，井径径：r0、R，水头头：h0、H。并对该式进进行积分：化自然对数数为常用对对数，因H-h0=S0，所以详细推导可可在各地下下水运动学学书籍中查查到，本文文不详述。。只强调在在推导过程程中，当进进行积分，，代入井径径由r0到R，水头头由h0到H边界条条件时，常常常被忽略略的积分定定义域：0＜r0＜R；0＜＜h0＜H；之所以强调调该定义域域0＜r0＜R；0＜＜h0＜H，是因因为若r0=0，h0=0，则无无过水断面面，地下水水不流动，，意味着裘裘布依公式式无意义；；若r0=R，h0=H，则同同样无过水水断面，地地下水不流流动，裘布布依公式亦亦无意义；；定义域0＜r0＜R；0＜＜h0＜H还说明明，裘布依公式式只研究地地下水，在在距圆心0点r0距离处的，，过水断面面上的地下下水流动状状况。裘布依公式式在研究距距圆心0点点、距离r0处，过水断断面上的地地下水流动动状况时，，并不涉及及造成该处处水头的原原因。同时时、裘布依依公式在研研究r0处过水断面面上的地下下水流动状状况时，并不涉及地地下水流出出该断面后后的性状。。2、降水计计算2.1面状状基坑涌水水量计算进行面状基基坑涌水量量计算所依依据的主要要工作规范范有JGJ/T111-98《建筑与与市政降水水工程技术术规范》（（以下简称称为市政规规范）、YB9258-97《建筑基基坑工程技技术规范》》（以下简简称为冶金金规范）、、JGJ120-99《建筑筑基坑支护护技术规程程》现为JGJ120---2012（以下简简称为建筑筑规程）、、GB50307--1999《地下下铁道、轻轻轨交通岩岩土工程勘勘察规范》》现为GB50307---2012（以下简简称为地铁铁规范）。。现将各规范范有关潜水水完整井降降水计算的的规定，摘摘录如下：：市政规范第第6.4.3条、按按下列公式式计算：6.4.3-1或冶金规范第第13.2.4.⑶规定：：按圆形（（矩形、不不规则形换换算为圆形形）或线形形基坑计算算基坑涌水水量Q，计算方方法见表13.2.4。表中中规定圆形形潜水完整整井计算式式为：式中Q--基坑计计算涌水量量；S---设设计水位降降深；建筑规程8.3.3条规定“Q----基基坑总涌水水量,可按按附录F计计算”。其附录F的F.0.1-1式为:F.0.1-1式式中Q---基坑坑涌水量;S---基基坑水位降降深;r0:基坑等效效半径,按按本规程第第F.0.7条规定定计算。F.0.7条规定：：降水井影影响半径……可按下列经经验公式计计算，潜水水含水层式中R---降降水影响半半径；S---基基坑水位降降深；6.4.3-2式中Q：基坑出出水量；S：基坑设设计水位降降深值；R：影响半半径。地铁规程8.5.8—1条规定“块状基坑，可简简化为圆形形，其基坑坑出水量,可采用““大井法””选择表8.5.8---1中的公式式计算”。（摘录中市市政规范的的公式，系错错误的涌水水量公式））。2.2条状状基坑涌水水量计算我国降水设设计所依据据的JGJ/T111-98《建筑与与市政降水水工程技术术规范》（（以下简称称为市政规规范）、YB9258-97《建筑基基坑工程技技术规范》》（以下简简称为冶金金规范）、、JGJ120-99《建筑筑基坑支护护技术规程程》(现为为JGJ120---2012,以下下简称为建建筑规程））、GB50307--1999《地地下铁道、、轻轨交通通岩土工程程勘察规范范》(现为为GB50307---2012,以以下简称为为地铁规范范）中给出出了条状（（线性）基基坑涌水量量的计算公公式。现将各规范范有关潜水水完整井降降水计算的的规定，摘摘录如下：：市政规范第第6.4.4条、按按下列公式式计算：式中Q：条状基基坑出水量量；L′：条状基坑坑长度；：抽水前与与抽水时含含水层厚度度的平均值值；冶金规范第第13.2.4.⑶⑶规定：按按圆形（矩矩形、不规规则形换算算为圆形））或线形基基坑计算基基坑涌水量量Q，计算方方法见表13.2.4。表中中规定线形形潜水完整整井计算式式为：式中Q:条状基坑计算涌涌水量；L：条状基坑坑长度；地铁规程8.5.8—2条规定“流向切穿含含水层的条条形基坑，出水水量,可选选择表8.5.8---2中中的公式计计算”。式中Q---条状状基坑出水水量;L：条状基坑坑长度；B：条状基坑坑宽度；这几个公式式基本就是是同一个计计算公式，，只是地铁铁规范采用用的是考虑虑条状基坑坑两端进水水的的计算算式，而其其它公式是是不考虑条条状基坑两两端进水的的计算式。。6.4.4-12.3、管管井出水能能力2.3.1管井的出出水能力这里的q表表示的是管管井的出水水能力。这这是同一源源于C.K.阿不拉拉莫夫允许许临界速度度的钻孔出水能能力公式经验公公式。2.3.2单井的涌涌水量这是干扰井井群中单井井的涌水量量。井与管井是是两个完全全不同的概概念。降水计算的的步骤1、影响半半径2、引用半半径3、有效半半径RO=R+rO4、干扰井井群中单井井涌水量5、确定设设施中心水水位下降的的高度6、计算管管井出水能能力7、设施涌涌水量Q=nQ18、根据井井位、井数数计算设施施中心水位位下降的高高度9、根据井井位、井数数计算设施施中危险点点水位下降降的高度2.4公公式中几几个参数的的意义1、含水层层厚度（1）非完完整井的含含水层厚度度（2）非完完整井的含含水层厚度度与完整井井的含水层层厚度含水层厚度度越大涌水水量越大，，布井越多多，降水方方案越可靠靠。2、渗透系系数渗透系数越越大涌水量量越大，布布井越多，，降水方案案越可靠。。3、降深降深越大涌涌水量越大大，布井越越少，降水水方案越不不可靠；4、影响半半径影响半径越越大涌水量量越小，布布井越少，，降水方案案越不可靠靠；2.5降水水计算中应应注意的问问题1、计算基坑涌涌水量是无无意义的！！大井法:由C.B.特罗扬斯斯基提出.实际计算算的是所布布置的干扰扰井群总涌涌水量。所所谓“基坑坑涌水量””只是干扰扰井群总涌涌水量的代代名词！只只需计算干干扰井群中中单井的涌涌水量即可可！2、降水计算只只是一种近近似计算！！达西公式、、裘布依公公式是理论论计算公式式。但是实实际工作中中公式所规规定的基本本条件都是是不具备的的。降水半半径是经验验公式。所所得计算成成果只能是是近似结果果！3、完整整井与非非完整井井单井涌涌水量相相差约10--30%。可将将非完整整井采用用完整井井计算，，得到的的涌水量量再增加加10--30%。3.1井井管管材材与井基基本结构构（1）钢钢管（2）钢钢筋混凝凝土管（3）塑塑料管（4）其其它管材材井基本结结构1、井孔孔2、井壁壁管3、滤水水管4、扶正正器5、沉砂砂管6、砾料料7、填料料管8、封闭闭材料3.2井井壁管没有孔隙隙率的管管材。井壁管的的作用：：1、封闭闭地层；；2、收集集沉砂；；（滤水水管也可可用作沉沉砂管））Φ300钢筋混混凝土管管有关技技术数据据（1）井井壁管井管公称称直径：：Φ300设计内径径：300mm设计外径径：360mm单节长度度：2500mm长箍：宽宽*厚140*8mm；短箍：宽宽*厚60*8mm；（2滤水水管）进水眼：：10*100mm每节进水水眼孔数数：25*36孔隙率：：19.2%每米重：：81kg每根重：：203kg纵向主筋筋：Φ6.5*2460--18根根10号铅铅丝---18根环筋：ΦΦ6.5垫筋厚度度：8mm缠丝材料料：玻璃璃纤维增增强聚乙乙烯滤水水丝3.3滤滤水管1、过滤器阻阻砂，是是由井管管、过滤滤管的孔孔隙率、、缠丝、、砾料所所完成的的；2、包网网过滤器器只用用于粉细细砂层；；3、一般般情况下下，最好好不用包包网过滤滤器；3.4管管井的含含砂量3.4.1管井井的含砂砂量管井抽水水流量不不低于管管井设计计流量，，抽水稳稳定后，，井水含含砂量应应小于1/2万万（体积积比）。。含砂量是是针对单单井管井井而言；；含砂量量与管井井抽水量量有关；；含砂量量与测定定时间有有关；含砂量的的规定是是针对管管井的运运行寿命命制定的的。含砂量的的体积比比与重量量比大体体为2倍倍关系。。3.4.2含砂砂量是抽抽水的附附带物，，降水的目目的是抽抽水，不不是防砂砂。含砂砂量只能能控制在在一定的的范围，，不能因因噎废食食；3.5缠丝填砾砾过滤器器填入砾石石和过滤滤器缠丝丝间隙的的规格注：表中中填砾石石的规格格系最大大限度，，即含水水层筛分分粒径的的8—10倍，，在实用用中亦可可根据具具体情况况定为6—8倍倍或5——10倍倍。井孔直径径要求：：在砾石石、粗砂砂层中，，孔径应应比井管管外径大大150毫米；；在中、、细、粉粉砂层中中，应大大200毫米。。滤料的规规格假定滤料料为等粒粒圆球体体，直径径为D，滤料料空隙形形成的内内切球体体直径d。当滤滤料排列列成正方方体时，，形成的的空隙最最大，D=2.4142d。。形成斜斜方体时时，形成成的空隙隙最小，，D=6.4627d。两者者平均值值为D=4.4385d。GB/T50625--2010《《机井技技术规范范》4.3.27条规规定：砂砂类土含含水层滤滤料规规格为D50=（6--8））d50；碎石类土土含水层层当d20<2mm时，滤料规格格为D50=（6--8））d20；粉细砂砂含水层层，当含含水层颗颗粒均匀匀系数大大于3，，且填砾砾厚度达达200---250mm，，倍比系系数可加加大为10--20，，D50=（,10--20））d503.6包网过滤滤器GB/T50625--2010《《机井技技术规范范》4.3.24穿孔孔包网过过滤器的的设计、、应符合合下列规规定：1、结构构应包括括穿孔管管、纵向向垫筋和和包网等等。2、骨架架管的穿穿孔形状状、尺寸寸，应按按管材强强度和加加工工艺艺确定，，开孔率率宜为12%--30%。3、网眼尺寸寸，应符符合或略略小于滤滤料粒径径的下限限。无砂混凝凝土管过过滤器GB/T50625--2010《《机井技技术规范范》4.3.25无无砂混混凝土管管过滤器器的设计计、应符符合下列列规定：：1、无砂砂混凝土土管的骨骨料粒径径宜根据据含水层层岩性和和滤料厚厚度确定定，粉细细砂层宜宜为4mm--8mm。中粗粗砂层宜宜为6mm--10mm。粗粗砂粒径径以上的的含水层层宜为8mm--12mm。。2、水泥泥与骨料料配合比比应为1.0:4.5---1.0:6.0（重重量比）），水灰灰配合比比应为0.28--0.32.3、过滤滤管之间间用专用用材料粘粘接后，，接口处处应再用用镀锌铁铁丝捆扎扎4根---8根竹片片。4、应应注意的的问题1、计算算基坑涌涌水量是是无意义义的！大井法:由C.B.特罗罗扬斯基基提出.实际计计算的是是所布置置的干扰扰井群总总涌水量量。所谓谓“基坑坑涌水量量”只是是干扰井井群总涌涌水量的的代名词词！只需需计算干干扰井群群中单井井的涌水水量即可可！2、降水计算算只是一一种近似似计算！！达西公式式、裘布布依公式式是理论论计算公公式。但但是实际际工作中中公式所所规定的的基本条条件都是是不具备备的。降降水半径径是经验验公式。。所得计计算成果果只能是是近似结结果！3、成都地区区降水井井的布置置一般井井间距20---25m。井深确定定，降水水井深度度应根据据场地静静止水位位、井内内降深以以及基岩岩埋深情情况综合合确定。。当场地地有足够够的含水水层厚度度时，可可按基坑坑挖深加加8~10m作作为井深