一种水利工程控制地下结构沉降的降排水系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种水利工程控制地下结构沉降的降排水系统及方法，属于水利工程技术领域，通过建立水位观测井流量与承压含水层渗透关联模型，确定水位观测井流量与上承压含水层厚度h和基坑深度H的关系，建立降水沉降模型，确定降水沉降曲线，求取回灌井周围水层的渗透系数和回灌压力系数，基于基坑降水引发的地面沉降量，建立考虑防水屏障体系力学分析模型，利用防水屏障体系力学分析模型，确定基坑深层底部防水屏障深度与厚度的相关函数，结合基坑深层底部防水屏障深度与厚度总和为定值的约束函数，利用所述确定的两条函数交点，确定最佳的基坑深层底部防水屏障设计参数，解决了现有技术中基坑施工作业的效率和降排水系统质量不高的技术问题。量不高的技术问题。量不高的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水利工程控制地下结构沉降的降排水系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种水利工程控制地下结构沉降的降排水系统及方法，属于水利工程


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。
[0003]基坑施工中，为避免产生流砂、管涌、坑底突涌，防止坑壁土体的坍塌，保证施工安全和减少基坑开挖对周围环境的影响，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及坑底以下存在承压含水层时，需要选择目标方法进行基坑降水与排水。
[0004]基坑降水与排水作为一种常见的施工技术，在我国各地进行了大范围的应用，既可见于市政工程、交通工程，也可见于水利工程，且目前常用的降排水方法有明沟排水，轻型井点，喷射井点，砂(砾)渗井，电渗井点，管井等，其中明沟排水多用于降深＜5m的情况，而管井多用于降深＞10m的地质条件。
[0005]由于施工场地的多样性及地质条件的复杂性，基坑开挖的降排水措施虽然有统一的设计标准，但在实际施工中常常需结合工程的实际情况进行分析，选择最适合的降排水方法。
[0006]管井降水是种有效的降水手段，在多数基坑开挖过程中可有效降低地下水位，保障基坑开挖施工过程中的安全。
[0007]多层地质条件下的降水工程比较复杂，特别是当降水深度恰处于弱透水层上时，由于弱透水层的顶托作用，降水井点的水位往往处在弱透水层顶板高程，无法继续下降，加上地下水的绕渗作用，在无其他措施的情况下，基坑水位通常高于弱透水层顶板高程。
[0008]在多层地质条件下，采用管井降水后，当开挖接近降水后地下水位时，可结合明沟排水，快速疏干基坑内弱透水层顶板高程上方的部分地下水，明沟排水施工工艺与潜水条件下施工工艺一致。
[0009]例如专利文献CN201811601545.2，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，并确定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。
[0010]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，基坑施工作业的效率和质量仍有待提高。

技术实现思路

[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种水利工程控制地下结构沉降的降排水方法，其特征在于，包括：S1、建立水位观测井流量与承压含水层渗透关联模型；S2、将多个回灌井的水势进行叠加，构建降水沉降模型；S3、确定降水沉降曲线，求取回灌井周围水层的渗透系数和回灌压力系数；S4、基于基坑降水引发的地面沉降量，确定最佳的基坑防水屏障体系设计参数。
[0012]进一步地，步骤S1中，对于下承压含水层水流，在深度为H的水平面内，位置为（x,y）处的地下水运动的控制方程为：；式中，K为下承压含水层渗透系数；M为下承压含水层厚度；H为基坑深度，μ
*
为下承压含水层贮水系数，t为时间，为承压层单位时间单位面积的垂直补给量；水位观测井流量与承压含水层渗透关联模型为：；上承压含水层厚度为h；为上承压含水层渗透系数。
[0013]进一步地，步骤S2中，降水沉降模型为：；式中：S为基坑降水引发的地面沉降量；为累计出水量；k为回灌井周围水层的渗透系数；a为回灌压力系数；上承压含水层厚度为h 和基坑深度为H；q
i
为第i个回灌井出
水量；r
i
为第i个回灌井至计算点距离。
[0014]进一步地，步骤S3中，渗透系数k和回灌压力系数a为：；；式中，B为降水沉降曲线斜率；t0为降水沉降曲线在横轴交点处时间。
[0015]进一步地，步骤S4包括如下步骤：S41、获取基坑场地的土层划分信息、基坑尺度信息、承压含水层信息和土层渗透性，得到基坑现场土层水文地质信息，建立考虑防水屏障体系力学分析模型：；其中，为基坑底部土体的浮重度；为底部防水屏障的浮重度；保障参数为F
s
，B为基坑宽度，k
u
为基坑竖直防水屏障外部水层等效渗透系数；k
s
为基坑底部水层的渗透系数；h
w
为水位到基坑开挖底部的高度；h
s
为底部防水屏障深度；h
g
为底部防水屏障厚度；q为基坑单位面积的底部防水屏障允许的水渗出量，为水的重度；S42、选定目标保障参数以及水渗出量，利用防水屏障体系力学分析模型，确定基坑深层底部防水屏障深度与厚度相关函数，结合基坑深层底部防水屏障深度与厚度总和为定值的约束函数，利用两个函数交集，确定最佳的基坑深层底部防水屏障设计参数。
[0016]本专利技术还提出了一种水利工程控制地下结构沉降的降排水系统，用于实现降排水方法，包括：渗透关联模型构建单元，用于建立水位观测井流量与承压含水层渗透关联模型；降水沉降模型构建单元，用于将多个回灌井的水势进行叠加，构建降水沉降模型；系数计算单元，用于确定降水沉降曲线，求取回灌井周围水层的渗透系数和回灌压力系数；防水屏障体系设计单元，用于基于基坑降水引发的地面沉降量，确定最佳的基坑防水屏障体系设计参数。
[0017]进一步地，所述防水屏障体系设计单元包括：力学分析模型构建模块和设计参数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水利工程控制地下结构沉降的降排水方法，其特征在于，包括：S1、建立水位观测井流量与承压含水层渗透关联模型；S2、将多个回灌井的水势进行叠加，构建降水沉降模型；S3、确定降水沉降曲线，求取回灌井周围水层的渗透系数和回灌压力系数；S4、基于基坑降水引发的地面沉降量，确定最佳的基坑防水屏障体系设计参数。2.根据权利要求1所述的降排水方法，其特征在于，步骤S1中，对于下承压含水层水流，在深度为H的水平面内，位置为（x,y）处的地下水运动的控制方程为：；式中，K为下承压含水层渗透系数；M为下承压含水层厚度；H为基坑深度，μ
*
为下承压含水层贮水系数，t为时间，为承压层单位时间单位面积的垂直补给量；水位观测井流量与承压含水层渗透关联模型为：；上承压含水层厚度为h；为上承压含水层渗透系数。3.根据权利要求1所述的降排水方法，其特征在于，步骤S2中，降水沉降模型为：；式中：S为基坑降水引发的地面沉降量；为累计出水量；k为回灌井周围水层的渗透系数；a为回灌压力系数；上承压含水层厚度为h 和基坑深度为H；q
i
为第i个回灌井出水量；r
i
为第i个回灌井至计算点距离。4.根据权利要求1所述的降排水方法，其特征在于，步骤S3中，渗透系数k和回灌压力系数a为：；；式中，B为降水沉降曲线斜率；t0为降水沉降曲线在横轴交点处时间。5.根据权利要求1所述的降排水方法，其特征在于，步骤S4包括如下步骤：S41、获取基坑场地的土层划分信息、基坑尺度信息、承压含水层信息和土层渗透性，得到基坑现场土层水文地质信息，建立考虑防水屏障体系力学分析模型：
；其中，为基坑底部土体的浮重度；为底部防水屏障的浮重度；保障参数为F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳，郑坤，谯力，王辉，陈承新，
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：