基坑降水井设计方法技术

本发明专利技术公开一种基坑降水井设计方法，包括：确定降水井单井出水量；确定降水井的数量；按照下式确定降水井的井间距；在基坑外围布设降水井，降水井与基坑支护结构外壁之间的距离等于预设的距离，降水井采用旋挖钻机成孔，并向孔内下入降水管，降水管包括连通管以及过滤器，过滤器连接在连通管的下端，过滤器包括外套和安装在外套上的滤料、滤网，以及在外套下部端部的封头，外套上设置有多个渗水孔，降水管插入到地层中，使得过滤器完全浸入到地下水中。本发明专利技术设计降水井考虑河流的影响，重新定义了土层沉降量的计算方法，并且，根据土层沉降量计算结果与监测结果，确定渗透系数k。控制各过滤器的开度，达到控制过滤器的长度和降水井数量的目的。

【技术实现步骤摘要】
基坑降水井设计方法
本专利技术涉及建筑施工领域，具体地说，涉及基坑降水井设计方法。
技术介绍
基坑降水一方面可以保证基坑侧壁与坑底处于干燥环境，防止渗水，降低基坑侧壁土体内的渗流作用，防止流砂，增强基坑的稳定性，为主体施工提供条件；另一方面，降低土的含水量可以提高土体的压缩性等物理力学指标，在支护体系中可以降低主动土压力，提高支护体系的稳定性，减小支护体的位移；此外降水还可以作为一种加固地基的有效方法降水使土的固结度增加，相应的土体有效应力也会增加，进而提高土体的抗剪强度。但是对基坑周边环境的不利影响同样不容忽视，首要影响即为周边可能出现的地面沉降，以及因此产生的管线破坏、构筑物开裂等。引起沉降的原因是：地下水按埋藏条件的不同可分为上层滞水、潜水、层间水3种类型。井点降水属于强制式降水，这种方法是通过对地下水施加作用力来促使地下水的排出，从而达到降水的目的。当井点埋设完成后进行抽水，井内水位下降。在无承压水的条件下成降水漏斗，降水漏斗范围内的地下水下降以后，就必然造成地面固结沉降。在有承压水的工作条件下，降水会造成承压水头下降层中有效自重应力增加，同样会引起地基沉降。沉降并由此引发一系列其他问题。因降水引起土层压密问题采用太沙基有效应力原理考虑。抽水引起的渗透压力使得土体应力变化，使隔水层中的孔压逐渐降低，有效应力增加，土体压密，导致地表沉降，降水影响范围一般很大，大规模降水影响区域可达到上千米。河流主要受大气降水补给，沿河渠等低洼处径流，流量受丰、枯水期影响较大，在部分孔隙、裂隙或风化裂隙发育地段入渗补给地下水。设计、施工时，在临近地表水体地段应充分考虑地表水体对地下水的入渗补给影响。然而，目前对于基坑降水引起的土层沉降，在设计阶段，未有考虑周边河流对于基坑内渗透补充水流的影响。另外，目前对于基坑土层的渗透系数的选取还主要是依据经验选取，没有与周边沉降监测数据结合。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术公开一种基坑降水井设计方法，包括以下步骤：步骤S10，按照下式确定降水井单井出水量：式中：q0是单井出水能力；τs是过滤器半径；l是过滤器的长度；K是含水层的渗透系数，步骤S20，按照下式确定降水井的数量式中：n——降水井数量；Q—基坑涌水量，考虑基坑旁边河流的影响，圆形基坑降水涌水量Q按下列公式计算：式中：b—基坑中心距离河流的距离；Q—基坑涌水量；K—含水层的渗透系数；S—设计降深；r0—等效半径，A—基坑面积，步骤S30，按照下式确定降水井的井间距降水井中心点的连线包围的基坑周长为SR，降水井间距为：式中：d——降水井的间距，步骤S40，在基坑外围布设降水井，降水井与基坑支护结构外壁之间的距离等于预设的距离，降水井采用旋挖钻机成孔，并向孔内下入降水管，降水管包括连通管以及过滤器，过滤器连接在连通管的下端，过滤器包括外套和安装在外套上的滤料、滤网，以及在外套下部端部的封头，外套上设置有多个渗水孔，降水管插入到地层中，使得过滤器完全浸入到地下水中。本专利技术考虑了河流对于基坑降水过程中的影响，重新定义了土层沉降量的计算方法，并且，根据土层沉降量计算结果与监测结果，确定渗透系数。根据涌水量控制各降水井的过滤器的开度，间接达到控制过滤器的长度和降水井数量的目的。附图说明通过结合下面附图对其实施例进行描述，本专利技术的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。图1是表示本专利技术实施例的基坑降水井设计方法的流程图；图2是表示本专利技术实施例的一种过滤器的结构示意图；图3是表示本专利技术实施例的另一种过滤器的结构示意图；图4是表示本专利技术实施例的降水模型模拟区域网格划分平面图；图5是表示本专利技术实施例的河流铺地改造结构断面图。具体实施方式下面将参考附图来描述本专利技术所述的基坑降水井设计方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。如图1所示，本专利技术的基坑降水井设计方法包括以下步骤：步骤S10，按照下式确定降水井单井出水量：式中：q0是单井出水能力(m3/d)；τs是过滤器半径；l是过滤器的长度；K是含水层的渗透系数。步骤S20，按照下式确定降水井的数量式中：n——降水井数量；考虑基坑旁边河流的影响，圆形基坑降水涌水量Q按下列公式计算：式中：b—基坑中心距离河的距离；Q—基坑涌水量(m3/d)；K—含水层的渗透系数(m/d)；S—设计降深；r0—等效半径(m)，A—基坑面积(m2)。步骤S30，按照下式确定降水井的井间距降水井中心点的连线包围的基坑周长为SR，降水井间距为：式中：d——降水井的间距。步骤S40，在基坑外围布设降水井，降水井与基坑支护结构外壁之间的距离等于预设的距离，降水井采用旋挖钻机成孔，并向孔内下入降水管，降水管包括连通管以及过滤器，过滤器连接在连通管的下端，过滤器包括外套和安装在外套上的滤料、滤网，以及在外套下部端部的封头，外套上设置有多个渗水孔，降水管插入到地层中，使得过滤器完全浸入到地下水中。在一个可选实施例中，通常根据渗透系数以及预设的过滤器的尺寸参数计算的涌水量和单井出水量，从而设计降水井的布置。渗透系数通常是按照经验值选取，渗透系数选定后，按照计算的降水井数量和过滤器长度就开始实施对基坑抽水，进行降水作业，在降水过程中，周边地层必然发生沉降，然而如果渗透系数选取不合理，就会导致降水井的数量和过滤器长度以及降水井的布设位置不够合理，例如，降水井数量过多，过滤器长度过长，导致降水量大，可能会加速土层沉降，导致土层沉降量超过预期。降水井数量过少，过滤器长度过短，导致降水量过小，可能导致降水施工时间过长，降水不够彻底等。因此，有必要在降水过程中，监测周边土层的沉降数据，并利用监测的沉降数据来反馈控制降水井的设置。为此，施工期间对于周边土层的沉降通常采用监测的方式获得土层沉降量数据。而根据经验值获取的土层沉降量数据可以是按照以下公式计算得到。将计算值与监测值取差值，差值越大，表示渗透系数选取不够适宜。若差值为正，则认为根据选取的渗透系数计算的涌水量过大，这也导致设计的降水井数量多于实际需求，使得在抽水过程中降水速率高于实际预期。而降水过程中周边土层实时沉降量与降水过程中水位实时相关。这也就导致计算的土层沉降量(地层变形量s)计算值过大。因此，可以将渗透系数减小一定的数值，例如0.01，重新计算涌水量，根据涌水量和降水井的抽水速度确定降水过程中水位，并根据降水过程中水位重新确定附加有效应力Δσ'zi，再次计算土层沉降的计算值，将计算值与当前监测值再比较，多次迭代计算，直至计算值与监测值的差值小于预设的阈值，则表示渗透系数的选取能够与当前土层沉降量相匹配。同样地，若差值为负，则增大渗透系数，多次迭代，直至计算值与监测值的差值小于预设的阈值，直至此时才表示渗透系数的选取能够与当前土层沉降量相匹配。其中，降水引起地面沉降采用分层计算加和的方法，计算公式如下：式中：s──降水引起的地层变形量(m)；Δσ'zi──降水引起的地面下第i土层中点处的附加有效应力(kPa)；Δhi──第i层土的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基坑降水井设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，按照下式确定降水井单井出水量：

【技术特征摘要】
1.一种基坑降水井设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，按照下式确定降水井单井出水量：式中：q0是单井出水能力；τs是过滤器半径；l是过滤器的长度；K是含水层的渗透系数，步骤S20，按照下式确定降水井的数量式中：n——降水井数量；Q—基坑涌水量，考虑基坑旁边河流的影响，圆形基坑降水涌水量Q按下列公式计算：式中：b—基坑中心距离河流的距离；Q—基坑涌水量；K—含水层的渗透系数；S—设计降深；r0—等效半径，A—基坑面积，步骤S30，按照下式确定降水井的井间距降水井中心点的连线包围的基坑周长为SR，降水井间距为：式中：d——降水井的间距，步骤S40，在基坑外围布设降水井，降水井与基坑支护结构外壁之间的距离等于预设的距离，降水井采用旋挖钻机成孔，并向孔内下入降水管，降水管包括连通管以及过滤器，过滤器连接在连通管的下端，过滤器包括外套和安装在外套上的滤料、滤网，以及在外套下部端部的封头，外套上设置有多个渗水孔，降水管插入到地层中，使得过滤器完全浸入到地下水中。2.根据权利要求1所述的基坑降水井设计方法，其特征在于，渗透系数的确定方法是：通过监测实时获得基坑周边土层的沉降量监测值；将土层的沉降量计算值与沉降量监测值取差值，差值超过调整阈值，则修改渗透系数，重新计算涌水量，根据涌水量和降水井的抽水速度确定降水过程中水位，并根据降水过程中水位重新确定附加有效应力Δσ'zi，再次计算土层的沉降量计算值，将沉降量计算值与当前沉降量监测值比较，多次迭代计算，直至沉降量计算值与沉降量监测值的差值小于调整阈值，则表示渗透系数的选取与当前土层沉降量监测值相匹配，其中，降水引起地面沉降采用分层计算加和的方法，计算公式如下：式中：s──降水引起的地层变形量；Δσ'zi──降水引起的地面下第i土层中点处的附加有效应力；Δhi──第i层土的厚度；Esi──第i层土的压缩模量；w表示土层的层数，附加有效应力根据计算点所属层段选择不同的公式计算：1)计算点位于初始地下水位以上时Δσ'zi＝02)计算点位于降水后水位与初始地下水位之间时Δσ'zi＝γwαo3)计算点位于降水后水位以下时Δσ'zi＝γwsi式中：γw──水的重度；αo──计算点至初始地下水位的垂直距离；si──计算点对应的地下水位降深。3.根据权利要求2所述的基坑降水井设计方法，其特征在于，根据确定的渗透系数重新设计降水井的数量，并根据涌水量调整降水井的过滤器的开度，间接达到控制过滤器的长度和降水井数量的目的，以控制单位时间内基坑降水量，其中，所述过滤器采用双层多孔式结构，所述过滤器为圆柱状，所述过滤器包括外套和内套，在外套的内壁上设置有沿圆周方向的滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，周勋，高磊，张玉桂，葛纪平，杨伟威，龚杰，
申请(专利权)人：中交路桥北方工程有限公司，中交路桥建设有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11