基坑降水设计及地下水动力学讲义

基坑降水设计中国建筑西南勘察设计研究院张波基坑降水设计纲要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⑴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；⑵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；⑶潜水：埋藏在地表以下具有自由表面的地下水；⑷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；⑸影响半径：由抽水井中心到水位下降漏斗边缘的水平距离；⑹渗透系数：当水力梯度等于1时地下水的渗透速度；⑺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；⑻降深：自某一水位高程降低至另一水位高程之间的差值；⑼含水层厚度：自静止水位高程至隔水顶板高程之间的差值；⑽水头高度：自隔水顶板高程向上至某一水位高程的差值；⑾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；⑿干扰井群总抽水量：人工布置的所有抽水井总的出水量；⒀单井抽水量：人工布置的抽水井群中某一个井的抽水量；⒁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；ω：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ω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.⑶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；

式中Q：基坑出水量；S：基坑设计水位降深值；R：影响半径。

—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.⑶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；—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。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井爷壁管没有孔隙嘴率的管材孔。井壁管的把作用：1、要封闭窗地层震；2、收版集沉砂园；（滤爆水管也范可用作许沉砂管赚）Φ300双钢筋混凝圆土管有关拜技术数据（1）呜井壁管井管公异称直径厉：Φ3漫00设计内品径：3进00制m柴m设计外昂径：3萄60分m箩m单节犬长度最：2飞50故0m爱m长箍银：宽带*厚字14司0*酒8同m妹m；短箍：宽政*厚浅60*8蓬mm辩；（2滤水锣管）进水眼林：10叠*10需0mm每节进腔水眼孔耍数：2焰5*3家6孔隙率：纱19.2咱%每米兴重：农81配kg每根重：弟203k泰g纵向主有筋：Φ专6.5任*24举60-缎-18罗根10号铅谜丝--旋-18根环筋常：Φ墙6.左5垫筋厚度底：8mm缠丝胆材料棕：玻锋璃纤支维增州强聚框乙烯拖滤水戏丝3.疲3滤叫水管1、过滤器邀阻砂，怀是由井刚管、过营滤管的论孔隙率悠、缠丝兰、砾料猫所完成案的；2、包握网过滤爽器只弯用于粉辰细砂层筛；3、一步般情况榴下，最歌好不用薪包网过盏滤器；3.4管墓井的含砂扰量3.4况.1管溜井的含写砂量管井抽水委流量不低趴于管井设样计流量，弹抽水稳定昌后，井水句含砂量应凤小于1/急2万（体锯积比）。含砂剂量是址针对晴单井匪管井垂而言群；含朗砂量吉与管素井抽裤水量希有关顶；含溉砂量绍与测高定时棵间有吐关；含砂璃量的固规定浓是针灵对管蔬井的芒运行丧寿命宫制定贸的。含砂挪量的鱼体积静比与争重量冲比大售体为奔2倍牛关系桃。3.4.份2含砂量话是抽水的虽附带物，降水的目越的是抽水犬，不是防慎砂。含砂母量只能控冷制在一定讯的范围，耻不能因噎挥废食；3.5缠丝填砾染过滤器填入驰砾石盐和过催滤器隙缠丝批间隙嫁的规竖格注：表中继填砾石的创规格系最己大限度，躁即含水层棒筛分粒径叶的8—1努0倍，在桑实用中亦级可根据具办体情况定冶为6—8番倍或5—藏10倍。井孔直径诊要求：在舍砾石、粗舟砂层中，乱孔径应比覆井管外径漂大150捏毫米；在秃中、细、圾粉砂层中售，应大2摔00毫米士。滤料的规问格假定滤得料为等贤粒圆球叮体，直蜡径为烟D，滤胃料空隙原形成的爱内切球问体直径返d。当射滤料排冤列成正防方体时滤，形成狸的空隙拘最大，盖D=2恳.41息42d跑。形成糖斜方体里时，形征成的空辫隙最小突，D=眨6.4竞627诞d。两邻者平均颂值为D浙=4.摄438仪5d。GB/蚀T50规625凳--2聚010历《机井乒技术规副范》4待.3.坚27条盼规定：飘砂类土非含水层编滤料策规格为鸟D50=（6-朴-8）d50；碎石类扯土含水锋层当营d20<2剂mm跃时，滤料规赢格为D50=（6-缩慧-8）d20；粉薄细砂押含水脏层，跳当含泊水层歉颗粒框均匀疑系数沃大于者3，姿且填纤砾厚遮度达巷20洗0-固--到25马0m辞m，互倍比第系数岩可加狠大为难10姜--见20斧，D50=（掌,1薪0-匹-2瓦0）浮d503.引6包网过滤觉器GB/T掘5062捏5--2勤010《鹿机井技术茅规范》4愧.3.2色4穿孔包井网过滤器勾的设计、接应符合下侄列规定：1、结构率应包括穿懒孔管、纵柴向垫筋和容包网等。2、骨架赌管的穿孔致形状、尺孤寸，应按类管材强度浇和加工工师艺确定，嘱开孔率宜仿为12%仁--30符%。3、网眼尺寸稼，应符合鬼或略小于杂滤料粒径透的下限。无砂混暗凝土管稼过滤器GB/T磁5062珍5--2漏010《削机井技术攀规范》4冒.3.2犬5无悼砂混凝土基管过滤器秒的设计、守应符合下换列规定：1、尾无砂章混凝勉土管苦的骨割料粒论径宜场根据让含水寄层岩推性和游滤料锤厚度齐确定薄，粉码细砂生层宜勾为4泼mm尽--您8m催m。与中粗欲砂层移宜为勾6m残m-含-1蛋0m赠m。灿粗砂录粒径麻以上扯的含宏水层众宜为低8m饼m-徐-1者2m食m。2、水臣泥与骨洪料配合扛比应为就1.0许:4.赠5--臂-1.拐0:6淡.0（铜重量比斯），水膀灰配合谅比应为问0.2双8--谣0.3峰2.3、的过滤沫管之雕间用盐专用与材料晒粘接愧后，蜡接口中处应压再用怒镀锌龄铁丝甩捆扎闸4根耕--影-8句根竹逝片。4、应郑注意的问棒题1、计算友基坑涌水兼量是无意救义的！大井法:由C羡.B肾.特须罗扬叉斯基逮提出帅.实公际计祸算的冈是所童布置占的干细扰井虎群总今涌水夕量。油所谓治“基味坑涌揭水量央”只贯是干稿扰井谨群总瘦涌水古量的源代名准词！届只需尊计算折干扰饰井群却中单感井的逃涌水俊量即华可！2、降水岂计算待只是某一种奏近似夕计算示！达西公式兽、裘布依它公式是理毁论计算公迎式。但是宜实际工作聋中公式所轮规定的基霞本条件都侵是不具备穿的。降水旬半径是经惑验公式。注所得计算牢成果只能旋是近似结裂果！3、成都地区字降水井的冠布置一般傅井间距2数0---蝇25m。井深确研定，降乞水井深弊度应根朵据场地患静止水葛位、井钟内降深扣以及基区岩埋深丸情况综来合确定替。当场猪地有足比够的含乱水层厚寨度时，务可按基美坑挖深翻加8~请10m询作为井胁深，当榴场地含订水层厚死度有限予时，井杆深按进证入基岩查3~5翻m为宜可。4、降水做计算正确任与否的唯颤一衡量标瓜准：场地盛内各个地严点地下水裳位的下降箱位置是否珍满足规定曾值。5、砂卵舌石地层中旷欲控制含伞砂率，有关效的方法肯是采用缠骂丝填砾过脉滤器。控伤制好滤料狼的规格及摔滤料层的慨厚度，就盆可达到规徐范规定的柄指标。6、在株砂卵石周层中，摇采用包唱网填砾术过滤器承，其包榨网材料摩宜为钢焦丝、铜润丝网片糕，不宜随使用塑梁料网片谁。其填忘砾规格括必须按皮规范规恶定使用龄