一种不均匀地质条件的基坑降水井设计方法与流程

本发明涉及地下工程宽大深基坑降水领域，具体涉及一种考虑地层局部不均匀的基坑降水井布置及设计方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的快速推进，地下工程开挖的规模不断加大，深度也在不断加深。绝大部分基坑开挖面位于地下水位以下，因此施工前一般需要进行基坑降水，以确保坑内地下水位在工作面以下，保证基坑开挖能够正常进行及基坑的安全。

2、基坑降水最常用的措施是布置降水井，目前基坑降水井布置设计方法主要有以下三种：

3、1、大井法：利用经验公式计算基坑的总涌水量，基坑总涌水量与单井出水量的比值即为降水井布置数量；该方法将单个基坑作为一个地质均匀的整体考虑，其优点是：对于小规模的基坑有较好的适应性；但是，对于宽大基坑、地层存在较大的变化实用性不足，可能导致降水井局部布置过密或者过大，从而带来浪费或者存着一定安全隐患；

4、2、有效经验法：按照降水井抽水有效面积取200～300m2，再根据基坑范围进行等间距布置；该方法没有考虑地质的不同对降水井布置的影响；

5、3、有限元分析法：通过建立渗流微分方程和边界条件按变分原理转变为一个泛函求极值的问题，再把连续体或研究域离散成有限个单元体，然后形成代数方程组，在计算机上求解；其优点是：可以直观地反映基坑地下水位的自由面，以及在降水井的位置；但是，该方法需要专业的计算软件，并且要求操作人员具备较强的有限元软件操作能力及建模能力，对于广大一线工程人员来说存在一定难度。

6、综上，基于现有的设计方式及优化方案，尚无比较全面的考虑地层局部不均匀的基坑降水井布置及设计的简化方法，亟需研发能够解决地层不均匀性条件下基坑降水井设计布置，并且简单易用的新型计算方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其目的是考虑地层变化对降水井布置的影响，使得降水井布置、设计更为合理。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，是在深入分析地质资料后，计算每个区域的地层的水力坡度及降水井影响范围，从而对每个区域进行降水井的布置；降水井影响范围确定后，计算单口降水井出水需求，根据降水井出水需求小于降水井井壁进水能力、降水井井壁进水能力小于降水井过滤管的过水能力的关系，进一步确定降水井设计参数。

4、所述的设计方法包括以下步骤：

5、步骤1、结合地质勘探资料分析单井降水影响范围，进行降水井布置；

6、步骤2、按照地层透水能力计算单井出水需求；

7、步骤3、计算井壁进水能力，确定降水井成井直径；

8、步骤4、计算降水井过滤管过水能力，确定过滤管孔隙率；

9、步骤5、完成降水井布置及设计图。

10、在所述的步骤1中，根据地勘资料对需降水区域进行地层分析，结合基底下安全水位降深要求，按照以下的计算式(1)对各地勘孔进行水力半径影响范围计算，从而完成每一口降水井的布置；

11、所述的计算式(1)为：

12、

13、在所述的步骤2中，为保证降水井正常工作，满足降水要求，需要保证：降水井出水需求小于降水井井壁进水能力；降水井井壁进水能力小于降水井过滤管的过水能力；进而依次计算确定需降水井设计参数，所述的设计参数包括成孔直径、过滤管外径、孔隙率；

14、根据地层透水能力，按照以下的计算式(2)计算降水井单井出水需求；

15、

16、在所述的步骤3中，按照以下的计算式(3)计算降水井井壁的进水能力；

17、

18、根据降水井井壁的进水能力大于单井出水需求，确定降水井成井直径。

19、在所述的步骤4中，按照以下的计算式(4)计算降水井过滤管的过水能力：

20、q3＝πdlnvg——式(4)

21、根据降水井过滤管的过水能力大于单降水井井壁进水能力需求，确定降水井过滤管的孔隙率。

22、本发明采用上述技术方案，基于水力坡度法计算单井的降水的影响范围，考虑地层变化对降水井布置的影响，降水井设计布置更为合理，避免“大井法”、“经验法”无法考虑地层变化、不均性对降水井布置的影响；其计算方法简单，采用现有规范或者手册的上的经验公式，能够被广大一线工程人员熟练掌握。

技术特征：

1.一种不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：所述的设计方法是在深入分析地质资料后，计算每个区域的地层的水力坡度及降水井影响范围，从而对每个区域进行降水井的布置；降水井影响范围确定后，计算单口降水井出水需求，根据降水井出水需求小于降水井井壁进水能力、降水井井壁进水能力小于降水井过滤管的过水能力的关系，进一步确定降水井设计参数。

2.按照权利要求1所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：所述的设计方法包括以下步骤：

3.按照权利要求2所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的步骤1中，根据地勘资料对需降水区域进行地层分析，结合基底下安全水位降深要求，按照以下的计算式(1)对各地勘孔进行水力半径影响范围计算，从而完成每一口降水井的布置；

4.按照权利要求3所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的式(1)中：

5.按照权利要求2所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的步骤2中，为保证降水井正常工作，满足降水要求，需要保证：降水井出水需求小于降水井井壁进水能力；降水井井壁进水能力小于降水井过滤管的过水能力；进而依次计算确定需降水井设计参数，所述的设计参数包括成孔直径、过滤管外径、孔隙率；

6.按照权利要求5所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的式(2)中：

7.按照权利要求2所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的步骤3中，按照以下的计算式(3)计算降水井井壁的进水能力；

8.按照权利要求7所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的式(3)中：

9.按照权利要求2所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的步骤4中，按照以下的计算式(4)计算降水井过滤管的过水能力：

10.按照权利要求9所述的不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，其特征在于：在所述的式(4)中：

技术总结本发明公开了一种不均匀地质条件的基坑降水井设计方法，是在深入分析地质资料后，计算每个区域的地层的水力坡度及降水井影响范围，从而对每个区域进行降水井的布置；降水井影响范围确定后，计算单口降水井出水需求，根据降水井出水需求小于降水井井壁进水能力、降水井井壁进水能力小于降水井过滤管的过水能力的关系，进一步确定降水井设计参数。采用上述技术方案，基于水力坡度法计算单井的降水的影响范围，考虑地层变化对降水井布置的影响，降水井设计布置更为合理，避免“大井法”、“经验法”无法考虑地层变化、不均性对降水井布置的影响；其计算方法简单，采用现有规范或者手册的上的经验公式，能够被广大一线工程人员熟练掌握。技术研发人员：秦小锋,朱广道,周辉乐,肖洪佳,庾凯迪,苏水柳,黎先访,王世勇,李燃,张金海,马立山,杨长虹,王洪波,秦星,阮胜祥受保护的技术使用者：中交（广州）建设有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29