一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统及方法与流程

本发明涉及工程监测领域，尤其是涉及一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统及方法。

背景技术：

1、城市空间的高效利用使得近距离施工的工程案例越来越多，富水地层中基坑与建筑物的近距离施工问题更是目前的亟待解决问题之一。富水地层中各类近距离施工案例中，对地下水的处理往往存在两类方式。一种为不降水施工，即通过采用地下连续墙或支护结构+止水帷幕进行截水，结合坑内梳干的方式来达到坑内干燥的状态。这种不降水施工对地下水的处理方式往往造价较高，且在高压富水地层难以达到较好的效果。另一种为降水施工，通过在基坑周围布置降水井、基坑内部布置疏干井的方式来达到基坑内的干燥效果。这种方式造价较低，但往往容易因为降水带来的建筑地基不均匀固结沉降，造成邻域结构损伤甚至破坏。

2、目前的不均匀沉降预警往往通过直接监测位移值或倾角值的方式来进行，但当监测值超过预警值时，建筑的不均匀沉降往往已经发生，产生了不可逆的损伤或破坏。

3、因此，有必要提供一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统及方法，来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统及方法，结合抽水井的渗流计算方法以及规范中分层总和法的固结沉降计算方法，推导出降水井半径任意位置处的土体沉降值，即可得到建筑结构地基的不均匀沉降分布情况。并且在给定的渗透系数以及抽水井流量的情况下，通过上述计算方法，计算出抽水井带来的固结沉降影响范围。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统，包括地表和设置在地表面的邻域建构筑物，地表下设置有降水井，在降水井和邻域建构筑物之间设置有直径300mm至400mm的观测孔，观测孔的底部设置有水位计，水位计通过传感器数据传输线连接到设置在地表面的数据接收及预警终端，降水井与观测孔的底部为非压缩层。

3、优选的，邻域建构筑物与地表接触的两端分别设置有一号沉降观测点和二号沉降观测点。

4、一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统的方法，结合降水井的渗流计算方法以及规范中分层总和法的固结沉降计算方法，推导出降水井半径任意位置处的土体沉降值，得到邻域建构筑物的不均匀沉降分布情况；具体包括以下步骤：

5、s1：在给定的渗透系数以及降水井流量的情况下，通过结合降水井的渗流计算方法以及规范中分层总和法的固结沉降计算方法，计算出降水井带来的固结沉降影响范围；

6、s2：根据邻域建构筑物的风险等级分类，规定降水井的影响范围，以及邻域建构筑物的允许最大差异沉降值，反向推算每一个降水井对应的降水井的最低地下水位，当地下水位低于预警值时即发出预警；

7、s3：由于降水的固结沉降发生需要一定时间，在此时间段内数据接收及预警终端发出预警并恢复水位避免邻域建构筑物因降水带来的不均匀固结沉降而产生损伤或破坏。

8、优选的，降水井与观测孔之间的距离为r1；降水井到地表任意位置的距离为r；降水井对应地下水位高度为非压缩层到地下水位面的距离；观测孔对应地下水位的高度为h1；距降水井任意距离的设置有降水井对应地下水位，没过非压缩层的高度为h；邻域建构筑物的一号沉降观测点与降水井之间的距离为r2；一号沉降观测点处的地下水位高度为h2；二号沉降观测点处的地下水位高度为h3，邻域建构筑物的二号沉降观测点与降水井之间的距离为r3；

9、根据达西定律，降水井抽水时的流量q表示为：

10、

11、其中，k为土层平均渗透系数；h为初始地下水位高度；γ为土体天然重度；γ'为土体浮重度；es为土体压缩模量；

12、对于在同一直线上距离降水井任意距离的两点，以观测孔和另外任意一点为例存在如下关系：

13、

14、在已知流量和土层渗透系数的基础上，降水井的最大固结沉降的影响范围为：

15、

16、公式(3)中，re代表降水井的最大固结沉降影响范围；

17、对于任意位置处的地下水位高度表示为：

18、

19、任意位置处的降水高度为：

20、

21、对于既定的降水高度，计算该位置土层的最大固结沉降量为：

22、

23、公式(6)中，es为土体压缩模量，γ为土体天然重度，γ'为土体浮重度。

24、优选的，针对邻近建筑物的一号沉降观测点，一号沉降观测点位最大临界沉降量为s*，一号沉降观测点位的临界降水高度为：

25、

26、临界地下水位高度为：

27、

28、令h＝h*，代入公式(4)，根据一号沉降观测点的临界地下水位高度，反向推算出观测孔处的预警水位为：

29、

30、当观测孔地下水位低于预警值时数据接收及预警终端随机发出预警，保证在固结沉降发生前回复地下水位。

31、因此，本发明采用上述一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统及方法，具备以下有益效果：

32、(1)本发明结合抽水井的渗流计算方法以及规范中分层总和法的固结沉降计算方法，推导出降水井半径任意位置处的土体沉降值，即可得到建筑结构地基的不均匀沉降分布情况。

33、(2)本发明在给定的渗透系数以及抽水井流量的情况下，通过上述计算方法，计算出抽水井带来的固结沉降影响范围。

34、(3)本发明根据邻域建构筑物的风险等级分类，规定抽水井的影响范围，以及建构筑物的允许最大差异沉降值，反向推算每一个抽水井的最低地下水位，当地下水位低于预警值时数据接收及预警终端即可发出预警。

35、(4)本发明中由于降水的固结沉降发生需要一定时间，因此在此时发出预警并恢复水位可以避免邻域建构筑物因为降水带来的不均匀固结沉降而产生损伤或破坏。

36、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统，其特征在于：包括地表和设置在地表面的邻域建构筑物，地表下设置有降水井，在降水井和邻域建构筑物之间设置有直径300mm至400mm的观测孔，观测孔的底部设置有水位计，水位计通过传感器数据传输线连接到设置在地表面的数据接收及预警终端，降水井与观测孔的底部为非压缩层。

2.根据权利要求1所述的一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统，其特征在于：邻域建构筑物与地表接触的两端分别设置有一号沉降观测点和二号沉降观测点。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统的方法，其特征在于：结合降水井的渗流计算方法以及规范中分层总和法的固结沉降计算方法，推导出降水井半径任意位置处的土体沉降值，得到邻域建构筑物的不均匀沉降分布情况；具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警方法，其特征在于：针对邻近建筑物的一号沉降观测点，一号沉降观测点位最大临界沉降量为s*，一号沉降观测点位的临界降水高度为：

技术总结本发明公开了一种施工降水引起的不均匀固结沉降的超前预警系统及方法，涉及工程监测领域，包括地表和设置在地表面的邻域建构筑物，地表下设置有降水井，在降水井和邻域建构筑物之间设置有直径300mm至400mm的观测孔，观测孔的底部设置有水位计，水位计通过传感器数据传输线连接到设置在地表面的数据接收及预警终端，降水井与观测孔的底部为非压缩层。本发明结合抽水井的渗流计算方法以及规范中分层总和法的固结沉降计算方法，推导出降水井半径任意位置处的土体沉降值，即可得到建筑结构地基的不均匀沉降分布情况。并且在给定的渗透系数以及抽水井流量的情况下，通过上述计算方法，可以计算出抽水井带来的固结沉降影响范围。技术研发人员：陈光海,黄金龙,丁春福,李琪,李彦霖,孙希波,李猛,贾庆箭,冉隆波,董继涛,姚爱军受保护的技术使用者：中交路桥建设有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4