水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法技术

本发明专利技术提出了水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法，属水利工程技术领域，考虑基坑四周的隔水边界条件，建立水流补给函数，在基坑外周边虚拟布置多个轻型井点，建立水流流失函数；水流补给函数和水流流失函数组合成为坑内外水流联系的完整计算函数；通过完整计算函数计算需要布置的轻型井点的数量；通过渗水流场函数计算基坑最深水位深度和基坑抽吸井点的埋设深度；基于总涌水量，计算基坑抽吸井点的数量；按照轻型井点的数量、抽吸井点的数量以及抽吸井点的埋设深度进行降排水系统施工，使水利工程的降排水施工方案满足优化目标的要求。的要求。的要求。

【技术实现步骤摘要】
水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法


[0001]本专利技术涉及一种水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法，属水利工程


技术介绍

[0002]在基坑施工中，地下水问题长期困扰着广大学者和施工人员，己成为工程施工中的一大障碍。在某些地下水位较高的区域，土方开挖导致含水层断裂，由于压力差的作用，基坑中必然会流入大量地下水。若不及时进行降排水工作，基坑的持续渗水将造成现场施工条件变差以及地基承载力下降，甚至还会引起管涌、流砂和边坡失稳等险情。在暗挖段较多且降水不到位的基础工程中，侧壁滞留水很可能直接影响到暗挖施工的进度和安全；而对于支护结构与主体结构之间没有肥槽和有效防水材料的明挖段，降水效果的要求同样较严格。深基坑施工和其他开挖工程有所不同，一方面，基础工程大多在地下水位以下，点多、面广且工期长；另一方面，绝大部分基础施工位于繁华地带，务必要考虑周边高楼林立、地下管线密集的影响;施工中必须处理好和用地、交通的关系，密切关注周围建(构)筑物和道路沉降量，同时保证地下各类管线的安全。另外，对于降水面积较大、时间较长的工程，还要系统分析其对地下水资源和周围环境的影响，制定有效的防治预案。因此，深基坑工程降水是一个与工程质量、进度、安全密切相关的系统工程，降水效果好坏对基坑施工安全关系重大，需认真对待并采取有效的降排水措施。
[0003]轻型井点降水技术对降水工程来说既简单有效又至关重要。在高层建筑、市政工程、港口水利工程或特种工程的建设中，都会经常遇到小面积、低水位的基坑，而轻型井点技术的应用己是屡见不鲜。随着现代城市化发展，遍地的高层建筑造成施工场地更为狭窄，基坑的降水工作显得尤为关键。而轻型井点降水法易操作、小空间的特点恰好顺应发展趋势，高效率、低成本降水的同时保证了工程质量、进度和安全，是众多基坑降水方法中最受欢迎的降水技术之一。
[0004]轻型井点降水法分为一级轻型井点、二级轻型井点以及多级轻型井点，是目前国内最受欢迎的降水方法之一。轻型井点降水技术以真空原理为基础，把土体中的地下水与空气混合成液体，利用真空泵将混合液体经管路抽进水气分离器中，然后通过离心泵再把混合液体分离，使地下水和空气分别排出管路系统，最终达到降低地下水位的目的。轻型井点降水法的井点间距较小，凭借其真空压力能改变地下水的流向，有效阻止地下水流入基坑；同时还可以最大限度减少地下残留滞水，保证边坡和桩间土的稳定性。
[0005]例如专利文献CN 201811601545.2，提出了一种水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法，包括基坑地质数据采集，对获取的各项数据进行分类汇总，并绘制数据统计列表和基坑施工位置地质剖面图；设计校核管井布局方案，据已确定的布井位置，按水位降落漏斗区的降水曲线顶面必须低于基底高程1.0m来反求井底水面线，从而可得出井底水面线高程；管井出水量校核及管井施工作业，在完成轻型井点施工后接通总管和抽水系统，进行试抽，检查抽水效果。但是该技术方案虽然简化了排水施工作业的施工量，但是基坑施工作
业的效率和质量仍有待提高。
[0006]例如专利文献CN201310068635.0，提出了一种基坑施工管井降水方法，为沿基坑周围距基坑外缘1.5m布置，在基坑左右侧各布置一排管井，每侧布置3口井，管井布置数量根据降水的效果增加或减少。井中心距离建筑物边线为1.5m，井间距为7m，井口直径为600mm，井管分节安装，随基坑开挖逐节拆除至开挖面以上30cm，结构施工期间井内常水位高程控制在48.0m以下，以保证土体地下水位低于基坑底面0.5m。施工程序为：井位放样
→
做井口、安护筒
→
钻机就位、钻孔
→
回填井底砂垫层
→
吊放井管
→
回填管壁与孔壁间的过滤层
→
安装抽水控制电路
→
试抽
→
降水井正常工作，其目的在于采用在地下水位较高地区进行基础施工，降低地下水位，为基础结构施工提供一个干燥的作业环境。但是该技术方案随着基坑的开挖越来越深、面积越来越大，基坑围护结构的设计和施工越来越复杂，施工单位没有足够的技术力量来解决复杂的基坑稳定、变形和环境保护问题。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法，包括：考虑基坑四周的隔水边界条件，建立水流补给函数；在基坑外周边虚拟布置多个轻型井点，建立水流流失函数；所述水流补给函数和水流流失函数组合成为坑内外水流联系的完整计算函数；通过所述完整计算函数计算需要布置的所述轻型井点的数量；通过渗水流场函数计算基坑最深水位深度和基坑抽吸井点的埋设深度；基于总涌水量，计算基坑抽吸井点的数量；按照所述轻型井点的数量、抽吸井点的数量以及抽吸井点的埋设深度进行降排水系统施工。
[0008]进一步地，所述水流补给函数为：进一步地，所述水流补给函数为：；所述水流流失函数为：函数为：；式中，h为t时刻坐标为(x,y)的节点的水位；q(t)为t时刻坑内单位面积所接受的平均水流补给量；B为坐标(x,y)处含水层底板标高；N为轻型井点的数量，W为抽吸井点的数量，k
x
、k
y
为x、y方向的渗透系数；x
w
、y
w
为抽吸井点的坐标；Q
w
为抽吸井点流量，为奇异函数；q
N
为单个轻型井点的抽水量，x
N
、y
N
为轻型井点坐标。
[0009]进一步地，降水开始时，q(t)等于零，求解水流补给函数，得第一时段末坑内各节点水位,同时坑外各节点初始水位已知；对坑内各节点水位进行平均，得平均水位hm；计算坑外节点水位的平均值，得平均水位Hm；计算坑外对坑内单位面积上的平均水流补给量q：q=b（Hm
–
hm）/(d1+2d2) ；b为d1、d2范围内土体竖向渗透系数的加权平均值；根据平均水流补给量q求解水流补给函数，得下一时段末坑内各节点的水位值；令q
′
= qA；其中，A为基坑侧面积，q
′
为基坑外周边轻型井点抽水量的总和，令水流流失函数中的q
N = q
′
/N ，其中N为坑外轻型井点的数量；求解水流流失函数得下一时段末坑外各节点水位；重复上面计算过程，直至计算时段结束。
[0010]进一步地，所述通过渗水流场函数计算基坑最深水位深度和基坑抽吸井点的埋设深度包括：z为距离抽吸井点轴x处的流场高度，计算渗水断面平均流速v=k
×
dz/dx，k为渗透系数，基坑侧面积为A，；渗水断面的出水量：，分离变量,两边进行积分：；；取边界条件x=R,z=H求得：；代入C得渗水流场函数：；根据水位深度z，取最深水位深度z
m
，则埋设深度H≥z
m
。
[0011]进一步地，根据总涌水量Q,设利用系数为1.1，计算抽吸井点的数量W=1.1Q/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法，其特征在于，包括：考虑基坑四周的隔水边界条件，建立水流补给函数；在基坑外周边虚拟布置多个轻型井点，建立水流流失函数；所述水流补给函数和水流流失函数组合成为坑内外水流联系的完整计算函数；通过所述完整计算函数计算需要布置的所述轻型井点的数量；通过渗水流场函数计算基坑最深水位深度和基坑抽吸井点的埋设深度；基于总涌水量，计算基坑抽吸井点的数量；按照所述轻型井点的数量、抽吸井点的数量以及抽吸井点的埋设深度进行降排水系统施工。2.根据权利要求1所述的水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法，其特征在于，所述水流补给函数为：所述水流补给函数为：；所述水流流失函数为：所述水流流失函数为：；式中，h为t时刻坐标为(x,y)的节点的水位；q(t)为t时刻坑内单位面积所接受的平均水流补给量；B为坐标(x,y)处含水层底板标高；N为轻型井点的数量，W为抽吸井点的数量，k
x
、k
y
为x、y方向的渗透系数；x
w
、y
w
为抽吸井点的坐标；Q
w
为抽吸井点流量，为奇异函数；q
N
为单个轻型井点的抽水量,x
N
、y
N
为轻型井点坐标。3.根据权利要求2所述的水利工程基坑管井结合轻型井点降排水方法，其特征在于，降水开始时，q(t)等于零，求解水流补给函数，得第一时段末坑内各节点水位，同时坑外各节点初始水位已知...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳，郑坤，谯力，王辉，
申请(专利权)人：德州黄河建业工程有限责任公司维修养护分公司，
类型：发明
国别省市：