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深基坑人工降水水位预测与降水方案优化(附带公式说明)

355 2021-08-05 14:46:15

目前长春市深基坑降水的数量比较多,由于多种原因,绝大多数隆水工程都不进行降水的水位预测,其开挖日期是凭个人感觉给出的。其开挖速度也是按其土方开挖的能力,自行决定的,根本没有水位预测的依据。其降水井的布局,多数是依据相邻工地情况加上设计者的感性认识而平均布井。更有甚者,在以井数给钱的思想指导下,竟达到井距 4 m。上述种种情况的出现,其一影响施工进度;其二造成很大浪费。笔者认为用计算机对降水进行水位预测,能够解决上述问题,具有很好的社会效益与经济效益。

降水方案的水位预测一般是应用地下水动力学中的稳定流和非稳定流潜水完整井与承压水完整井干扰井群公式,其具体公式如下;

1.潜水完整井干扰井群公式(1)稳定流

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一、开挖日期的预测

众所周知,深基坑人工降水目的之一就是为开挖土方创造良好的作业条件。因此,从打完降水井合笼后到开挖日期确定也是重要的问题,若过早开挖会出水,造成停工;若过晚开挖则影响施工进度,造成很大浪费。为解决此问题,我们采用非稳定流的泰斯公式,对降水进行水位预测,从而确定开挖日期。

1.群井的泰斯公式与计算机程序框图

(1)群井的泰斯公式∶在降水工程中,想要知道同一地点不同时刻的水位降深,不同地点,不同时刻的水位降深,就要用群井的泰斯公式进行计算∶

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(2)预测的计算机框图见图 4-3 示。 

2.开挖日期预测实例

为了说明开挖日期预测,列举长春市两个降水工程实例。

(1)长春地质学院车库油库基坑降水开挖日期预测∶长春地质学院车库油库位于长春地院新村院内,其油库基坑长 24 m,宽2】 m,开挖深度—4∶5 m。基坑为无支护开挖。基坑所处的地质条件由上而下为;

①1~1.8m 为杂填土;

②有机质土,局部分布,厚度1.2~2.0m;

③粉质粘土,可塑-可塑偏软,厚度 3~4 n,含水较多;

④粉质粘土-粘土可塑偏硬-硬塑,含水较少,厚度 1.3~1.5 m;

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⑤粉质粘土,厚度 4~5m,含水较少。

地下水位埋深 1.5~1.7m。据上述地质条件,在基坑周围布了 11眼井,每眼井径 0.35 m,井深10~12 m。基坑用机械开挖,据上述条件,利用群井非稳定流的泰斯公式进行中心孔,不同时刻的水位预测,其结果是从降水井合笼后 4 天可以开挖。实践证明按此日期开挖没有出现任何问题。现将其中孔水位降深预测结果与实测结果用图 4-4 表示。由图 4-4 口见,计算机预测 4 天中心孔水位降为 3.7 m,加上水位埋深 1.6 m,计 5.3 m,完全满足了开挖深度 4.5m 的要求。

(2)长春市红旗大厦基坑降水开挖日期预测∶红旗大厦位于德昌路与红旗街交汇处,省军区医院东南侧,原红旗商场处。基坑长 68 m,宽 58 m,开挖深度裙楼为 6 m,主楼为 10.5 m。通过勘察资料可知,其地层由上而下为∶

①杂填土厚0.9~3.10 m;

②)粉质粘土,黄褐色,可塑夹软塑,层厚 2.3~4.5 m;

③粉质粘土,黄褐色,软塑,层厚 0. 9~2. 3 m;

④粉质粘土,黄褐色或灰黄色,可塑,含少量铁锰结核,层厚1.0~3.1m;

⑤粉质粘土,黄褐色或灰黄色,硬塑-坚硬,含铁锰结核,层厚 3.2 m;

⑥粉质粘土,黄褐色,可塑含铁锰结核,层厚 0.7~3.2 m;

⑦)粉质粘土,黄褐色,硬塑-坚硬,含铁锰结核,层厚 14.5~15.10 m。

地下水位埋深 2. 8~3.2 m。据上述条件,该场地布降水井 30眼,井距7~9 m,井深 16~17 m,井径 0.4 m。用群井非稳定流泰斯公式进行水位降深预测,其结果是降水井合笼 8天后可以开控,实际证明按出,日期开挖,取得了满意效果。将计算机预测的中心孔.水位降深曲线与实测曲线对比(图 4-5),可看出,8 天预测水位降深与水位埋深之和为 6.2 m,完全满足了开挖 6m 的要求。

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二、基坑地下水位降深的预测

在降水井合笼后,随着抽水时间的延续,基坑内外地下水位在不断地下降。了解基坑,内外不同地点,不同时刻地下水位的变化,可利用群井非稳定流泰斯公式。此外利用该公式还可以预测同一地点不同时刻地下水位的变化。知道了上述地下水位的变化,就能够指导基坑开挖和调整井的布局,优化降水方案。

1.利用非稳定流群井泰斯公式预测

(1)利用非稳定流群井泰斯公式预测基坑内外不同地点不同时刻地下水位降深,以长春市西安大路建筑群九号工地为例。该工地位于西安大路至长春百货大楼之间重庆路拐弯处的西北侧,基坑开挖深度 10 m,地下水位埋深2.5m左右。基坑长133 m,宽87 m,呈不规则形。经勘察其地层自上而下为;

①回填土,1.5m 左右;

②粉质粘土,黄褐色,稍湿偏硬塑,中密,局部软塑,层厚11.2 m;

③粘土,褐黄色,稍湿,硬塑-坚硬,含较多的铁锰结核,层厚14 m 左右;

④砾砂,黄色,密实,粗砂和砾石各占 40%左右,混少量粘性土,层厚 3 m 左右。据上述条件,共布 62 眼降水井,井深 18~20 m,井距 6~8 m,井径 0.35 m,按照上述布井方案预测了5 天、15 天基坑内外地下水水位降深,见图 4-6、图 4-7。

(2)利用非稳定流群井泰斯公式预测同一地点不同时刻地下水位降深,还以西安路建筑群九号工地为例,预测其中心孔水位降深曲线,井与实测曲线进行对比,见图 4-8。

2.利用稳定流潜水完整井的裘布依公式预测基坑内外地下水位降深

用潜水完整井求布依公式,预测基坑内外最终稳定时地下水位降深。涌过该水位盛深可

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以看出降水方案能否满足要求,若不能满足要求就要对方案进行调整 、优化群井潜水完整井裘布依公式;

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以西安大路建筑群九号工地为例,其预测地下水位见图 4-10。

三、利用非稳定流的水位降深预测,确定开挖速度

如前所述,利用非稳定流群井泰斯公式,可以预测基坑内某一地点不同时刻的水位降深曲线,利用该曲线,可以指导分层开挖及开挖的速度。

从西安大路建筑群九号工地预测的中心孔位降深曲线(图 4-8),可以看出,开挖第一层从降水井合笼到第二层开挖要 15~20 天时间。根据这个时间,可以确定第一层每天的开挖量及开挖速度。若认为该时间还长,还需要提前 几天,这就要对现有降水方案进行调整,之后再进行预测,直到满足要求为止。

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通过计算机的水位降深预测,结合工程方面挖土机及运输车的数量及能力,对方案进行调整,调整到能够与挖运能力相适应的程度,这就是最佳方案。

四、利用水位降深预测、调整井的布局,优化降水方案达到最佳

设计的降水方案能否满足基坑开挖施工的要求,除需要合理的井数、井深和井距外,还要满足降水井合签到基坑开校日期的要求,该降水工期句括两个方面的内容,其—是满足 从

降水井合笼到基坑开挖 日期的要求,其二是满足整个基坑开挖时间和分层开挖时间的要求,即在分层开挖和整个开挖时间之内,没有地下水渗出。

为达到上述目的,就要对降水方案进行非稳定流的群井泰斯公式和稳定流群井求布依公式的地下水位降深预测。通过预测看是否满足上述要求,若不满足,则调整方案,再进行地下水位降深预测,直至满足为止。通过这样调整优化的降水方案,称为最佳方案。

长春市经济技术开发区大厦位于二道河子区政府对面,原二道河子区福利铸铁厂院内。该大厦主楼 23 层,二层地下室;面积 45m×58 m,开挖深度—8.5m,裙楼 3 层无地下室。通过工程勘察得知其地层由上而下为∶①0~0.9 m 为杂填土;②0.9~4.5 m 为黄褐色粉质粘土夹 0.5~1.6m 不等的淤泥质粉质粘土,灰黑色软塑-流塑;③中粗砂 0.8~1.5 m;④砾砂 0.9~1.5 m;⑤泥岩与中细砂岩互层。

地下水为微承压水,埋深 1. 82~2.5 m,主要补给为大气降水,含水层的平均厚度 4.0 m。利用预测计算,对设计的三个降水方案进行对比,对比结果见表 4-6,由表 4-6 可知,应采用第二方案,经开挖实践证实,该方案符合实际。

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