止水帷幕作用下定水位抽水時(shí)降水井抽水量的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種止水帷幕作用下，基 坑內(nèi)單井定水位抽水時(shí)降水井抽水量的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 沿海地區(qū)分布有巨厚的，海陸交替沉積的第四紀(jì)沉積物，其地下水豐富。隨著我國(guó) 經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)行，地下建筑設(shè)施，如地下商場(chǎng)、地鐵車站、地鐵隧道等日漸增多，地下工程施 工過(guò)程中，遇到的問(wèn)題也逐漸增大。位于地下水位W下的地下工程，在施工過(guò)程中，需要在 開挖前降低地下水位，W避免開挖過(guò)程中，出現(xiàn)流砂及管涌等現(xiàn)象，確保地下工程施工的安 全。然而，直接降水往往會(huì)導(dǎo)致地面沉降過(guò)大等一系列的問(wèn)題，因此，目前最常用的辦法是 通過(guò)設(shè)置止水帷幕等措施，W減少降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。當(dāng)基坑內(nèi)抽水時(shí)，止水帷幕的阻 擋作用改變了地下水的滲流方向，減少了滲流面積，延長(zhǎng)了滲流路徑，使得在基坑內(nèi)快速降 水達(dá)到要求的同時(shí)，控制了坑外的水位降深。然而，在現(xiàn)有實(shí)際工程中，往往不會(huì)測(cè)量降水 井的抽水量，為工程研究需要，因此，有必要確定降水過(guò)程中降水井抽出的水量。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前止水帷幕作用下基坑降水問(wèn)題多用數(shù)值分析進(jìn) 行模擬，即使運(yùn)用解析分析方法，計(jì)算仍然具有一定局限性。2015年Wu等在《Canadian Geotechnical Journal》發(fā)表的《Characteristics of groundwater seepage with 州t-〇ff wall in gravel aquifer. II:Nume;rical analysis》中利用數(shù)值模擬方法分析了 止水帷幕作用下基坑內(nèi)抽水時(shí)，基坑內(nèi)水位降深達(dá)到某一值時(shí)，需要抽出的地下水水量。但 建立數(shù)值模型較為復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)工程師難W直接應(yīng)用。王軍輝等于2009年在《水文地質(zhì)工程 地質(zhì)》上發(fā)表的《地下結(jié)構(gòu)對(duì)滲流場(chǎng)阻隔問(wèn)題的解析一半解析法》一文中提出滲流場(chǎng)在長(zhǎng)條 形構(gòu)筑物的影響下達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)單寬流量的確定方法。王軍輝等的方法僅局限于研究范圍內(nèi) 無(wú)源匯項(xiàng)，且構(gòu)筑物在水平或垂直方向?qū)⒑畬油耆魯嗟那闆r。對(duì)于止水帷幕作用下基 坑內(nèi)定水位抽水問(wèn)題，目前尚沒(méi)有直接精確確定降水井抽水量的方法，因此有必要在運(yùn)一 方面做進(jìn)一步研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方法的不足，提供一種止水帷幕插入到承壓含水層中，基坑 內(nèi)單井定水位降水時(shí)，降水井抽水量計(jì)算的確定方法，本發(fā)明在獲取承壓含水層±層信息 及基坑內(nèi)抽水信息的基礎(chǔ)上，依次確定承壓含水層初始水位、抽水后降水井的水位，降水井 的影響半徑，從而確定降水井抽水量。 陽(yáng)〇化]為實(shí)現(xiàn)W上目的，本發(fā)明提供一種止水帷幕作用下定水位抽水時(shí)降水井抽水量的 確定方法，所述方法包括W下步驟：
[0006]第一步、通過(guò)鉆孔取±方法，獲取基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)的±層劃分信息，隨后對(duì)獲取 的施工現(xiàn)場(chǎng)±樣進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)，得到施工現(xiàn)場(chǎng)各±層的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)和承壓含水 層信息；
[0007] 第二步、結(jié)合基坑設(shè)計(jì)及降水方案，確定基坑設(shè)計(jì)信息、降水井信息；
[0008] 第Ξ步、確定基坑內(nèi)單口降水井定水位抽水時(shí)，降水井的抽水量Q;
[0009] 降水井的抽水量Q按照W下步驟確定：
[0010] ①確定基坑內(nèi)降水井中屯、到基坑內(nèi)側(cè)邊緣任一點(diǎn)的水平距離Γι及降水井中屯、到 基坑外側(cè)邊緣任一點(diǎn)的水平距離
[0011] ②確定止水帷幕作用下承壓含水層的厚度b(r);
[0012] ③根據(jù)達(dá)西定律和水量守恒原理，確定降水井抽水時(shí)，地下水通過(guò)止水帷幕下方 進(jìn)入基坑時(shí)承壓含水層任一點(diǎn)的承壓水位h(r):
[0013] ④針對(duì)上述步驟③，結(jié)合止水帷幕兩側(cè)水位邊界條件確定降水井的抽水量Q。
[0014] 優(yōu)選地，第一步中，所述的鉆孔取±方法是指：用厚壁取±設(shè)備，在基坑降水現(xiàn)場(chǎng) 對(duì)基坑開挖區(qū)域從地面至基坑坑底設(shè)計(jì)深度的2. 5倍范圍內(nèi)取±，用于做室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)， 取±量根據(jù)試件量確定，W每層±不少于Ξ個(gè)試件為宜。
[0015] 優(yōu)選地，第一步中，所述的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)是指：各層±的滲透系數(shù)k。
[0016] 優(yōu)選地，第一步中，所述的室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)是指常規(guī)滲透試驗(yàn)，即采用環(huán)刀法分別沿 ±層水平向和垂向切取扁圓柱體的±樣，每層±不少于Ξ個(gè)試件為宜；試驗(yàn)時(shí)，將圓柱形試 樣放在滲透儀中，根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)水位及水量的變化，確定各層±的滲透系數(shù)k。
[0017] 優(yōu)選地，第一步中，所述的承壓含水層信息是指：根據(jù)各層±的滲透系數(shù)k和±層 劃分信息，確定承壓含水層頂板埋置深度^承壓含水層厚度b。
[0018] 優(yōu)選地，第二步中，所述的基坑設(shè)計(jì)信息，是指：基坑的設(shè)計(jì)尺寸，止水帷幕形狀、 埋置深度Li及厚度Lb。
[0019] 優(yōu)選地，第二步中，所述的降水井信息，是指：降水井位置、降水井深度、降水井半 徑r"、降水井過(guò)濾器位置及長(zhǎng)度、降水井抽水層位、承壓含水層的初始水位h。、抽水后的降 水井水位h"、降水井影響半徑R;其中：
[0020] 所述降水井抽水層位，是指：降水井過(guò)濾器所在的層位；
[0021] 所述降水井半徑r"，是指：降水井成井后，通過(guò)測(cè)繩量測(cè)所得井管直徑山，r店公 式：!"= 0"/2 確定；
[0022] 所述降水井過(guò)濾器，是指：降水井中，設(shè)置于含水層中，使地下水透過(guò)流入并阻擋 泥沙進(jìn)入降水井的濾管裝置；
[0023] 所述承壓含水層的初始水位h。，是指：降水井成井后，將測(cè)繩放入到井中，連續(xù)3 天W上測(cè)量水位，每天測(cè)量3次，所得到水位的平均值即為承壓含水層的初始水位；
[0024] 所述抽水后的降水井水位h"，是指：降水井開始抽水后降水井內(nèi)的水位，該水位在 抽水過(guò)程中始終保持不變并通過(guò)測(cè)繩測(cè)得；
[00巧]所述降水井影響半徑R由W下公式確定：
[0026]
[0027] 式中：h。為承壓含水層的初始水位，為抽水后的降水井水位，k。為承壓含水層的 滲透系數(shù)。
[0028] 優(yōu)選地，第Ξ步的步驟①中：
[0029] 所述的ri通過(guò)鋼尺沿地面測(cè)量得到；
[0030] 所述的。由如下公式確定：
[0031] 。二r1+U， 陽(yáng)0巧其中：Lb為止水帷幕厚度。
[0033] 優(yōu)選地，第Ξ步的步驟②中，所述的b(r)由W下公式確定：
[0034]
[0035] 其中：b為承壓含水層厚度；bb為止水帷幕插入承壓含水層的厚度，其滿足公式：bb =LiA，Li為止水帷幕埋置深度，L為承壓含水層頂板埋置深度；為降水井半徑；r1為降 水井中屯、到基坑內(nèi)側(cè)邊緣任一點(diǎn)的水平距離；。為降水井中屯、到基坑外側(cè)邊緣任一點(diǎn)的水 平距離；R為降水井影響半徑。
[0036] 優(yōu)選地，第Ξ步的步驟③中，所述的達(dá)西定律，是指：地下水在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某 一多孔介質(zhì)的滲流量與滲流路徑長(zhǎng)度成反比、與過(guò)水?dāng)嗝婷娣e和地下水通過(guò)該路徑的水頭 損失成正比。
[0037] 優(yōu)選地，第Ξ步的步驟③中，所述的水量守恒原理，是指：在任意區(qū)域內(nèi)任意時(shí)段 內(nèi)，其收入的水量和支出的水量之間差額必等于該時(shí)段區(qū)域內(nèi)蓄水的變化量，即水在循環(huán) 過(guò)程中從總體上說(shuō)收支平衡；該原理應(yīng)用于±層抽水時(shí)，承壓含水層任意過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁?化滿足相等的情況，且等于降水井的抽水量Q。具體的：
[0038]
[0039] 其中，k。為承壓含水層的滲透系數(shù)；b(r)為止水帷幕作用下承壓含水層的厚度， ^為水力梯度。 dr W40] 優(yōu)選地，第S步的步驟③中，所述的h(r)滿足W下公式：
[0041 ]
[0042] 式中：Q為降水井的抽水量，k。為承壓含水層的滲透系數(shù)；b為承壓含水層厚度，bb為止水帷幕插入承壓含水層的厚度；為降水井半徑；R為降水井影響半徑；c1、C2、C3為待 定常數(shù)。上述表達(dá)式結(jié)合邊界條件：h(rj=h"，h(R) =h。，可求解出Ci、C3與降水井抽水量 相關(guān)的表達(dá)式，具體的：
[0045] 優(yōu)選地，第Ξ步的步驟④中，步驟③中所述h(r)的表達(dá)式結(jié)合止水帷幕兩側(cè)水位 邊界條件：hbi) =hi，h(r2) =h2,可確定待定常數(shù)C2和降水井的抽水量Q:
[0046] 所述的C2滿足W下公式：
[0047]
W48] 所述的Q滿足W下公式：
[0049]
[0050] 與原有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0051] 本發(fā)明提供了一種精確確定止水帷幕作用下基坑內(nèi)單井定水位抽水時(shí)，降水井抽 水量的確定方法。在承壓含水層初始水位及降水井內(nèi)地下水位已知的情況下，可根據(jù)該方 法有效確定降水井抽水量，為基坑降水對(duì)周圍環(huán)境影響的評(píng)估提供了依據(jù)。本發(fā)明方法簡(jiǎn) 單、實(shí)用，便于推廣，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0052] 通過(guò)閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0053] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的基坑止水帷幕及降水井布置平面示意圖；
[0054] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的基坑內(nèi)降水井布置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0056] 本實(shí)施例提供一種止水帷幕作用下定水位抽水時(shí)降水井抽水量的確定方法，用于 確定基坑降水過(guò)程中，降水井抽水量的計(jì)算。
[0057] 本實(shí)施例所述方法運(yùn)用于某工作井基坑降水工程，其中：工作井為圓形基坑，半徑 為22. 5m，基坑開挖深度為26m;基坑止水帷幕采用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻寬度U為Im，深 度為55m;為滿足基坑的開挖需求，基坑內(nèi)布設(shè)了 1 口 52m深降水井降低承壓水水位，如圖1 和圖2所示。所述方法包括如下步驟：
[0058] 第一步、通過(guò)鉆孔取±方法，獲取基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)的±層劃分信息，隨后對(duì)獲取 的施工現(xiàn)場(chǎng)±樣進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)，得到施工現(xiàn)場(chǎng)各±層的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)和承壓含水 層信息：
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