基坑降水設(shè)計及地下水動力學(xué)講義30

基坑降降水設(shè)設(shè)計中國建建筑西西南勘勘察設(shè)設(shè)計研研究院院張波波基坑降降水設(shè)設(shè)計綱綱要1、地地下水水動力力學(xué)基基本概概念2、降降水計計算3、纏纏絲填填礫過過濾器器控制制單井井含砂砂率4、包包網(wǎng)填填礫過過濾器器控制制單井井含砂砂率5、應(yīng)應(yīng)注意意的問問題1、地地下水水動力力學(xué)基基本概概念1.1基本本名詞詞⑴地地下下水：：存在在于地地面以以下巖巖體和和土體體孔隙隙、縫縫隙和和孔洞洞中的的水；；⑵上上層滯滯水：：包氣氣帶中中局部部隔水水層或或弱透透水層層上積積聚的的具有有自由由水面面的重重力水水；⑶潛潛水水：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承承壓水水：充充滿在在上下下兩個個隔水水層之之間的的含水水層中中，水水頭高高出其其上層層隔水水頂?shù)椎酌娴牡牡叵孪滤?；；⑸影影響半半徑：：由抽抽水井井中心心到水水位下下降漏漏斗邊邊緣的的水平平距離離；⑹滲滲透系系數(shù)：：當(dāng)水水力梯梯度等等于1時地地下水水的滲滲透速速度；；⑺設(shè)設(shè)計降降水深深度：：自地地面高高程至至設(shè)計計要求求的水水位高高程之之間的的差值值；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間間的差差值；；⑼含含水層層厚度度：自自靜止止水位位高程程至隔隔水頂頂板高高程之之間的的差值值；⑽水水頭高高度：：自隔隔水頂頂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：當(dāng)當(dāng)基坑坑開挖挖深度度超過過地下下水靜靜止水水位或或穩(wěn)定定水位位時，，地下下水進(jìn)進(jìn)入基基坑的的水量量；⑿干干擾井井群總總抽水水量：：人工工布置置的所所有抽抽水井井總的的出水水量；；⒀單單井抽抽水量量：人人工布布置的的抽水水井群群中某某一個個井的的抽水水量；；⒁管管井出出水能能力：：人工工設(shè)置置的抽抽水管管井所所能通通過的的水量量；1.2基本本公式式1.2.1達(dá)西西公式式達(dá)西公公式是是地下下水運(yùn)運(yùn)動學(xué)學(xué)中的的最基基本公公式之之一，，一般般采用用表達(dá)。。式中Q：斷斷面流流量；；K：：滲透透系數(shù)數(shù)；ωω：過過水?dāng)鄶嗝?；；J：：水力力坡度度；必須強(qiáng)調(diào)調(diào)指出出，達(dá)達(dá)西公公式是是一個個斷面面流量量計算算公式式。公公式中中過水?dāng)鄶嗝娴牡母拍钅钍侵林陵P(guān)重重要的的。在式中，若規(guī)規(guī)定式中的的水力坡度度為1，則則K為常量量，Q的大小為ω所確定。。1.2.2．裘布依依公式進(jìn)行均質(zhì)地地層、潛水水完整井計計算，裘布布依公式是是最常用的的公式之一一。裘布依公式式是達(dá)西公公式的推導(dǎo)導(dǎo)公式。進(jìn)行該公式式推導(dǎo)有許許多方法。。本文選下下述推導(dǎo)進(jìn)進(jìn)行問題的的論述。均質(zhì)地層、、潛水、穩(wěn)穩(wěn)定流、計計算點為圓圓心的條件件下，過水?dāng)嗝鏋闉榈容S園柱柱曲面。表達(dá)式中：：式中r：圓半徑徑；h：水水頭高度；；則變?yōu)榇脒吔鐥l條件，井徑徑：r0、R，水頭頭：h0、H。并對該式進(jìn)進(jìn)行積分：化自然對數(shù)數(shù)為常用對對數(shù)，因H-h0=S0，所以詳細(xì)推導(dǎo)可可在各地下下水運(yùn)動學(xué)學(xué)書籍中查查到，本文文不詳述。。只強(qiáng)調(diào)在在推導(dǎo)過程程中，當(dāng)進(jìn)進(jìn)行積分，，代入井徑徑由r0到R，水頭頭由h0到H邊界條條件時，常常常被忽略略的積分定定義域：0＜r0＜R；0＜＜h0＜H；之所以強(qiáng)調(diào)調(diào)該定義域域0＜r0＜R；0＜＜h0＜H，是因因為若r0=0，h0=0，則無無過水?dāng)嗝婷妫叵滤涣鲃?，，意味著裘裘布依公式式無意義；；若r0=R，h0=H，則同同樣無過水水?dāng)嗝?，地地下水不流流動，裘布布依公式亦亦無意義；；定義域0＜r0＜R；0＜＜h0＜H還說明明，裘布依公式式只研究地地下水，在在距圓心0點r0距離處的，，過水?dāng)嗝婷嫔系牡叵孪滤鲃訝顮顩r。裘布依公式式在研究距距圓心0點點、距離r0處，過水?dāng)鄶嗝嫔系牡氐叵滤鲃觿訝顩r時，，并不涉及及造成該處處水頭的原原因。同時時、裘布依依公式在研研究r0處過水?dāng)嗝婷嫔系牡叵孪滤鲃訝顮顩r時，并不涉及地地下水流出出該斷面后后的性狀。。2、降水計計算2.1面狀狀基坑涌水水量計算進(jìn)行面狀基基坑涌水量量計算所依依據(jù)的主要要工作規(guī)范范有JGJ/T111-98《建筑與與市政降水水工程技術(shù)術(shù)規(guī)范》（（以下簡稱稱為市政規(guī)規(guī)范）、YB9258-97《建筑基基坑工程技技術(shù)規(guī)范》》（以下簡簡稱為冶金金規(guī)范）、、JGJ120-99《建筑筑基坑支護(hù)護(hù)技術(shù)規(guī)程程》現(xiàn)為JGJ120---2012（以下簡簡稱為建筑筑規(guī)程）、、GB50307--1999《地下下鐵道、輕輕軌交通巖巖土工程勘勘察規(guī)范》》現(xiàn)為GB50307---2012（以下簡簡稱為地鐵鐵規(guī)范）?！，F(xiàn)將各規(guī)范范有關(guān)潛水水完整井降降水計算的的規(guī)定，摘摘錄如下：：市政規(guī)范第第6.4.3條、按按下列公式式計算：6.4.3-1或冶金規(guī)范第第13.2.4.⑶規(guī)定：：按圓形（（矩形、不不規(guī)則形換換算為圓形形）或線形形基坑計算算基坑涌水水量Q，計算方方法見表13.2.4。表中中規(guī)定圓形形潛水完整整井計算式式為：式中Q--基坑計計算涌水量量；S---設(shè)設(shè)計水位降降深；建筑規(guī)程8.3.3條規(guī)定“Q----基基坑總涌水水量,可按按附錄F計計算”。其附錄F的F.0.1-1式為:F.0.1-1式式中Q---基坑坑涌水量;S---基基坑水位降降深;r0:基坑等效效半徑,按按本規(guī)程第第F.0.7條規(guī)定定計算。F.0.7條規(guī)定：：降水井影影響半徑……可按下列經(jīng)經(jīng)驗公式計計算，潛水水含水層式中R---降降水影響半半徑；S---基基坑水位降降深；6.4.3-2式中Q：基坑出出水量；S：基坑設(shè)設(shè)計水位降降深值；R：影響半半徑。地鐵規(guī)程8.5.8—1條規(guī)定“塊狀基坑，可簡簡化為圓形形，其基坑坑出水量,可采用““大井法””選擇表8.5.8---1中的公式式計算”。（摘錄中市市政規(guī)范的的公式，系錯錯誤的涌水水量公式））。2.2條狀狀基坑涌水水量計算我國降水設(shè)設(shè)計所依據(jù)據(jù)的JGJ/T111-98《建筑與與市政降水水工程技術(shù)術(shù)規(guī)范》（（以下簡稱稱為市政規(guī)規(guī)范）、YB9258-97《建筑基基坑工程技技術(shù)規(guī)范》》（以下簡簡稱為冶金金規(guī)范）、、JGJ120-99《建筑筑基坑支護(hù)護(hù)技術(shù)規(guī)程程》(現(xiàn)為為JGJ120---2012,以下下簡稱為建建筑規(guī)程））、GB50307--1999《地地下鐵道、、輕軌交通通巖土工程程勘察規(guī)范范》(現(xiàn)為為GB50307---2012,以以下簡稱為為地鐵規(guī)范范）中給出出了條狀（（線性）基基坑涌水量量的計算公公式?，F(xiàn)將各規(guī)范范有關(guān)潛水水完整井降降水計算的的規(guī)定，摘摘錄如下：：市政規(guī)范第第6.4.4條、按按下列公式式計算：式中Q：條狀基基坑出水量量；L′：條狀基坑坑長度；：抽水前與與抽水時含含水層厚度度的平均值值；冶金規(guī)范第第13.2.4.⑶⑶規(guī)定：按按圓形（矩矩形、不規(guī)規(guī)則形換算算為圓形））或線形基基坑計算基基坑涌水量量Q，計算方方法見表13.2.4。表中中規(guī)定線形形潛水完整整井計算式式為：式中Q:條狀基坑計算涌涌水量；L：條狀基坑坑長度；地鐵規(guī)程8.5.8—2條規(guī)定“流向切穿含含水層的條條形基坑，出水水量,可選選擇表8.5.8---2中中的公式計計算”。式中Q---條狀狀基坑出水水量;L：條狀基坑坑長度；B：條狀基坑坑寬度；這幾個公式式基本就是是同一個計計算公式，，只是地鐵鐵規(guī)范采用用的是考慮慮條狀基坑坑兩端進(jìn)水水的的計算算式，而其其它公式是是不考慮條條狀基坑兩兩端進(jìn)水的的計算式。。6.4.4-12.3、管管井出水能能力2.3.1管井的出出水能力這里的q表表示的是管管井的出水水能力。這這是同一源源于C.K.阿不拉拉莫夫允許許臨界速度度的鉆孔出水能能力公式經(jīng)驗公公式。2.3.2單井的涌涌水量這是干擾井井群中單井井的涌水量量。井與管井是是兩個完全全不同的概概念。降水計算的的步驟1、影響半半徑2、引用半半徑3、有效半半徑RO=R+rO4、干擾井井群中單井井涌水量5、確定設(shè)設(shè)施中心水水位下降的的高度6、計算管管井出水能能力7、設(shè)施涌涌水量Q=nQ18、根據(jù)井井位、井?dāng)?shù)數(shù)計算設(shè)施施中心水位位下降的高高度9、根據(jù)井井位、井?dāng)?shù)數(shù)計算設(shè)施施中危險點點水位下降降的高度2.4公公式中幾幾個參數(shù)的的意義1、含水層層厚度（1）非完完整井的含含水層厚度度（2）非完完整井的含含水層厚度度與完整井井的含水層層厚度含水層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、滲透系系數(shù)滲透系數(shù)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、影響半半徑影響半徑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降水水計算中應(yīng)應(yīng)注意的問問題1、計算基坑涌涌水量是無無意義的??！大井法:由C.B.特羅揚(yáng)斯斯基提出.實際計算算的是所布布置的干擾擾井群總涌涌水量。所所謂“基坑坑涌水量””只是干擾擾井群總涌涌水量的代代名詞！只只需計算干干擾井群中中單井的涌涌水量即可可！2、降水計算只只是一種近近似計算??！達(dá)西公式、、裘布依公公式是理論論計算公式式。但是實實際工作中中公式所規(guī)規(guī)定的基本本條件都是是不具備的的。降水半半徑是經(jīng)驗驗公式。所所得計算成成果只能是是近似結(jié)果果！3、完整整井與非非完整井井單井涌涌水量相相差約10--30%?？蓪⒎峭暾捎糜猛暾嬎?，，得到的的涌水量量再增加加10--30%。3.1井井管管材材與井基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)（1）鋼鋼管（2）鋼鋼筋混凝凝土管（3）塑塑料管（4）其其它管材材井基本結(jié)結(jié)構(gòu)1、井孔孔2、井壁壁管3、濾水水管4、扶正正器5、沉砂砂管6、礫料料7、填料料管8、封閉閉材料3.2井井壁管沒有孔隙隙率的管管材。井壁管的的作用：：1、封閉閉地層；；2、收集集沉砂；；（濾水水管也可可用作沉沉砂管））Φ300鋼筋混混凝土管管有關(guān)技技術(shù)數(shù)據(jù)據(jù)（1）井井壁管井管公稱稱直徑：：Φ300設(shè)計內(nèi)徑徑：300mm設(shè)計外徑徑：360mm單節(jié)長度度：2500mm長箍：寬寬*厚140*8mm；短箍：寬寬*厚60*8mm；（2濾水水管）進(jìn)水眼：：10*100mm每節(jié)進(jìn)水水眼孔數(shù)數(shù)：25*36孔隙率：：19.2%每米重：：81kg每根重：：203kg縱向主筋筋：Φ6.5*2460--18根根10號鉛鉛絲---18根環(huán)筋：ΦΦ6.5墊筋厚度度：8mm纏絲材料料：玻璃璃纖維增增強(qiáng)聚乙乙烯濾水水絲3.3濾濾水管1、過濾器阻阻砂，是是由井管管、過濾濾管的孔孔隙率、、纏絲、、礫料所所完成的的；2、包網(wǎng)網(wǎng)過濾器器只用用于粉細(xì)細(xì)砂層；；3、一般般情況下下，最好好不用包包網(wǎng)過濾濾器；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設(shè)計計流量，，抽水穩(wěn)穩(wěn)定后，，井水含含砂量應(yīng)應(yīng)小于1/2萬萬（體積積比）。。含砂量是是針對單單井管井井而言；；含砂量量與管井井抽水量量有關(guān)；；含砂量量與測定定時間有有關(guān)；含砂量的的規(guī)定是是針對管管井的運(yùn)運(yùn)行壽命命制定的的。含砂量的的體積比比與重量量比大體體為2倍倍關(guān)系。。3.4.2含砂砂量是抽抽水的附附帶物，，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圍，，不能因因噎廢食食；3.5纏絲填礫礫過濾器器填入礫石石和過濾濾器纏絲絲間隙的的規(guī)格注：表中中填礫石石的規(guī)格格系最大大限度，，即含水水層篩分分粒徑的的8—10倍，，在實用用中亦可可根據(jù)具具體情況況定為6—8倍倍或5——10倍倍。井孔直徑徑要求：：在礫石石、粗砂砂層中，，孔徑應(yīng)應(yīng)比井管管外徑大大150毫米；；在中、、細(xì)、粉粉砂層中中，應(yīng)大大200毫米。。濾料的規(guī)規(guī)格假定濾料料為等粒粒圓球體體，直徑徑為D，濾料料空隙形形成的內(nèi)內(nèi)切球體體直徑d。當(dāng)濾濾料排列列成正方方體時，，形成的的空隙最最大，D=2.4142d。。形成斜斜方體時時，形成成的空隙隙最小，，D=6.4627d。兩者者平均值值為D=4.4385d。GB/T50625--2010《《機(jī)井技技術(shù)規(guī)范范》4.3.27條規(guī)規(guī)定：砂砂類土含含水層濾濾料規(guī)規(guī)格為D50=（6--8））d50；碎石類土土含水層層當(dāng)d20<2mm時，濾料規(guī)格格為D50=（6--8））d20；粉細(xì)砂砂含水層層，當(dāng)含含水層顆顆粒均勻勻系數(shù)大大于3，，且填礫礫厚度達(dá)達(dá)200---250mm，，倍比系系數(shù)可加加大為10--20，，D50=（,10--20））d503.6包網(wǎng)過濾濾器GB/T50625--2010《《機(jī)井技技術(shù)規(guī)范范》4.3.24穿孔孔包網(wǎng)過過濾器的的設(shè)計、、應(yīng)符合合下列規(guī)規(guī)定：1、結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)包括括穿孔管管、縱向向墊筋和和包網(wǎng)等等。2、骨架架管的穿穿孔形狀狀、尺寸寸，應(yīng)按按管材強(qiáng)強(qiáng)度和加加工工藝藝確定，，開孔率率宜為12%--30%。3、網(wǎng)眼尺寸寸，應(yīng)符符合或略略小于濾濾料粒徑徑的下限限。無砂混凝凝土管過過濾器GB/T50625--2010《《機(jī)井技技術(shù)規(guī)范范》4.3.25無無砂混混凝土管管過濾器器的設(shè)計計、應(yīng)符符合下列列規(guī)定：：1、無砂砂混凝土土管的骨骨料粒徑徑宜根據(jù)據(jù)含水層層巖性和和濾料厚厚度確定定，粉細(xì)細(xì)砂層宜宜為4mm--8mm。中粗粗砂層宜宜為6mm--10mm。粗粗砂粒徑徑以上的的含水層層宜為8mm--12mm。。2、水泥泥與骨料料配合比比應(yīng)為1.0:4.5---1.0:6.0（重重量比）），水灰灰配合比比應(yīng)為0.28--0.32.3、過濾濾管之間間用專用用材料粘粘接后，，接口處處應(yīng)再用用鍍鋅鐵鐵絲捆扎扎4根---8根竹片片。4、應(yīng)應(yīng)注意的的問題1、計算算基坑涌涌水量是是無意義義的！大井法:由C.B.特羅羅揚(yáng)斯基基提出.實際計計算的是是所布置置的干擾擾井群總總涌水量量。所謂謂“基坑坑涌水量量”只是是干擾井井群總涌涌水量的的代名詞詞！只需需計算干干擾井群群中單井井的涌水水量即可可！2、降水計算算只是一一種近似似計算??！達(dá)西公式式、裘布布依公式式是理論論計算公公式。但但是實際際工作中中公式所所規(guī)定的的基本條條件都是是不具備備的。降降水半徑徑是經(jīng)驗驗公式。。所得計計算成果果只能是是近似結(jié)結(jié)果！3、成都地區(qū)區(qū)降水井井的布置置一般井井間距20---25m。井深確定定，降水水井深度度應(yīng)根據(jù)據(jù)場地靜靜止水位位、井內(nèi)內(nèi)降深以以及基巖巖埋深情情況綜合合確定。。當(dāng)場地地有足夠夠的含水水層厚度度時，可可按基坑坑挖深加加8~10m作作為井深