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1、基坑降水设计,中国建筑西南勘察设计研究院 张 波 手机：15902856463,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
2、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；
3、：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
4、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： 0r0R；0h0H； 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=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。 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
5、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
6、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
7、。,地铁规程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,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
8、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8.5.82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
9、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+rO 4、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=nQ1 8、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
10、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
11、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
12、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：300 mm 设计外径：360 mm 单节长度：2500mm 长箍：宽*厚 140*8 mm； 短箍：宽*厚 60*8 mm； （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
13、.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15
14、0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,G
15、B/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
16、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
