降水设计计算模型及公式
上海地区的承压含水层降水设计方法
上海地区的承压含水层降水设计方法第6卷第1期2010年2月地下空问与工程ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringV o1.6Feb.2010上海地区的承压含水层降水设计方法缪俊发,娄荣祥,方兆昌(上海广联建设发展有限公司,上海200438)摘要:简要论述了上海地区的地下水对地下工程建设的主要不利影响.提出了承压含水层降水概念设计新方法,包括安全承压水位埋深的修正计算公式,承压含水层降水方案的选用原则等.归纳,总结了针对不同水文地质条件与降水工程特征的承压含水层降水设计计算方法.工程实例表明,合理,可行的降水方案能够保证承压含水层降水效果与有效控制降水引起的周边环境变形.关键词:地下水的工程特性;基坑降水;地下水控制;承压含水层降水概念设计中图分类号:TU473文献标识码:A文章编号:1673—0836(2010)O1—0167—07 DesignMethodsofDewateringofConfinedAquifersinShanghaiAreaMiaoJunfa,I_ouRongxiang,FangZhaochang (ShanghaiGuanglianComtructionDevelopmentCo..Ltd..Shanghai200438,China) Abstract:Inthispaper,themainadverseinfluenceofgroundwateronconstructionofundergr oundengineeringinShanghaiindiscussed.Thenewmethodofconceptdesignofdewateringinconfinedaquifersisproposed-whichin—chidesthemodifiedformtLlastodeterminethesafedepthofconfinedwaterlevelfromthegro und—Surfaceandrulesofselectionofdewateringplans.Thesuitablemethodsofdewateringdesignofconfinedaquifer aregeneralizedandsum- marizedfordifferenthydrogeologyconditionsandfeaturesofdewateringengineering.Apra cticalcaseshowsthata reasonableandpractieableschemecanensuretheeffectsofdewateringofconfinedaquifersa ndcontroleffectivelythesurroundingdeformationduetowaterpumping.Keywords:engineeringcharacteristicsofgroundwater;dewate6ngfordeepexcavation;gro undwatercontrol;conceptdesignofdewateringofconfinedaquifers1引言在上海市大规模地下空间开发与建设中,超深,超大型基坑不断涌现,涉及承压含水层地下水控制的问题日益增多.研究及工程实践经验表明¨-3],承压水对地下工程施工安全性具有重要影响,且承压水位变化对相邻环境的安全性亦具有重要的影响,属地下空间开发与建设中的重大危险源之一.目前,上海地区基坑的最大开挖深度已超过40.0m,基坑底板已进入深层承压含水层中.对于深度较大的基坑工程,为防止深层承压水水头的顶托作用而可能发生的坑底土层突涌,基坑倒塌,通常采用降水措施降低深层承压水位,达到保护基坑安全与施工安全的目的.虽然承压水对地下工程建设的不利影响已得到高度重视,但建设者们在承压水的工程特性,承压水降水设计理念与方法等方面存在认识上的差异,引发诸多争论与困惑.有鉴于此,本文对承压水降水的若干问题予以讨论.收稿日期:2009?10-08(修改稿)作者简介:缪俊发(1964一),男,教授,工学博士,主要研究方向为地下水渗流与控制.E—mail:Miaojunfa@126.eom168地下空间与工程第6卷2地下水的工程特性由于人为改变了水土应力平衡以及地下水贮藏条件,地下水必然对地下工程建设产生不利的影响,其中,承压水的工程特性尤其突出.当地下水控制不当或失效,工程建设以及周边环境将受到严重影响,甚至引发重大工程事故,人民的生命与财产遭受巨大损失.2.1基坑突涌破坏随着基坑开挖深度的逐步增大,当承压含水层顶板上覆土层重量不足以抵抗承压含水层顶板处的承压水头压力时,开挖面以下的土层将发生突涌破坏,承压水和砂土大量涌入基坑,导致坑外地面严重塌陷,围护结构严重下沉,支撑体系严重破坏,相邻建(构)筑物发生破坏等(如图1所示).基坑突涌破坏往往是突然发生的,来不及采取工程抢险措施,易引发灾难性的工程事故.2.2环境损伤与破坏进行承压水减压降水后,建筑场地下伏承压含水层中形成了承压水降落漏斗,必然在基坑周围引起或多或少的地面变形,对相邻环境造成不利影响.地面变形如果被控制在某一范围内,其对相邻环境的影响较小;反之,地面变形如果超出某一范围,其对相邻建(构)筑物将产生具有危害性的影响.承压水位下降引起的地面沉降的分布形态与承压水降落漏斗的分布形态基本上是相似的(如图2所示).一一\/一三.,,,//一一一=:星趟～～～一一,一,r～一,遗檑隧透媚(半孺柬层)(半隔水层)lIIllll●Il图1基坑突涌破坏示意图Fig.1Schematicdiagramofinrushingof soilandgroundwaterinexcavation2.3围护结构缺陷引起的基坑侧壁流砂在砂,粉砂,粉土等透水性较好的地层或夹层中,止水帷幕或围护墙有可能产生开裂,空洞等不良现象,导致围护结构隔水效果不佳或隔水帷幕失效,地下水夹带砂粒涌人基坑,坑外产生水土流失. 严重的水土流失可能导致支护结构失稳以及在基地面沉降漏装斗～,一地面沉降漏蓑斗一一承压水降落捕斗,,,一承压水降落瓣斗一一,1I一一一一一L,一.一承压水位,_/,一一,一一—～一,弱透水层一…～弱透水层(半隔水层)(半隔水层)承压含水层图2降水引起的地面沉降分布示意图Fig.2Schematicdiagramofdistributionofland subsidenceduetodewatednginexcava~on坑外侧发生严重的地面沉陷,还可能在围护墙后形成洞穴后突然发生地面塌陷(如图3,4所示).2.4坑底土层的抗渗破坏在砂,粉砂,或砂质粉土等土层中开挖基坑,如不采取降水措施或降水未达到预定效果,在坑内外的水头差作用下,基坑底部可能产生冒水翻砂现象(即坑底抗渗破坏),严重时可导致基坑失稳或影响施工进程(如图5所示).周护墙体向地面塌陷—椭群动图3坑内流砂破坏Fig.3Quicksandbreakinginsidetheexcavation图4底侧突涌与坑侧渗漏Fig.4Inrushingofsoilandgroundwaterthro.ghunderground wallsatand/01"belowexcavationbottom2.5地下结构抗浮失稳降水工程结束后,地下结构的重量以及基础底面至承压含水层顶板之间的残留土层的重量不足2010年第1期缪俊发,等:上海地区的承压含水层降水设计方法169 图5坑底土层的抗渗失稳破坏Fig.5Impermeabilit~instabilitybreakage ofsoilatexcavationbottom以抵抗承压水头的顶托力或潜水含水层的浮力时,地下结构将会发生上浮.一旦发生了上浮现象,地下结构的复位将十分艰难.因此,应在验算地下结构抗浮稳定性满足要求的前提下,选择停止降水的最佳时机.3承压水降水概念设计在综合考虑工程场区的地质条件,基坑围护特征,周围环境保护要求或变形限制条件等因素的基础上,通过承压水降水概:念设计,提出合理,可行的宏观工程降水设计理念,便于后续的工程降水设计,施工与运行等工作,其主要内容包括安全承压水位埋深的确定以及降水方案的合理选择等.3.1坑内安全承压水位埋深的确定关于承压水对基坑的稳定性验算,虽然现行规范采用的公式在表达方式上有所差异,但核心内容是一致的,简述如下:一Pcz≥(1)P.y——J'/式中:p为坑底至承压含水层顶板间覆盖土层的自重压力(kPa);p为承压水压力(kPa);为承压水作用分项系数,一般为1.05～1.1.由式(1)可得到下式:D一:.(2),w式中:D为坑内安全承压水位埋深(m);/4o为承压含水层顶板埋深最小值(m);h为开挖面深度(m);为坑底至承压含水层顶板间覆土天然重度的层厚加权平均值(kN/m.);为地下水重度(kN/m);D,Hh均从拟建场地自然地面起算,其余符号意义同前.式(1),(2)考虑了基坑开挖面以下的水土压力平衡,能够满足基坑底面抗突涌稳定性验算需求,在大多数工程情形下是成立的.但是,它们没有考虑基坑底面的抗渗稳定性要求,特定工程条件下,式(1),(2)的计算结果不能保证基坑工程安全.一一一一一～～'…一l…_～一■一…一-'一～一潜水台水层,l潜水含水层相对隔水屡l雯篓亘'相对隔水层(弱透水层)瀛蘸(弱遗水层)承压古水层I承压台木层承压音水层图6坑底相对隔水层极薄的基坑工程条件Fig.6Excavationconditionwiththinaquitard beneaththepitbottom工程实践经验表明,当开挖面以下的相对隔水层厚度小于1.5～2.0m(如图6所示),或坑底以下缺失有效的相对隔水层(粉土,粉砂夹层或透镜体较多)时,必须将承压水头降至开挖面或基坑底面以下,以防止坑底发生冒水,翻砂等不良现象.综上所述,基坑内安全承压水位埋深的合理计算,必须同时满足基坑底部抗渗稳定与抗突涌稳定性要求.考虑可能出现的各种基坑工程条件,可对前述式(2)加以修正,可得到下述公式,用于合理计算坑内安全承压水位埋深,即:D一.,当f^(3)一?卫,当{.(3),"w【一h>1.5m及Dh+1.0,当一hs1.5m(4)式中:为基坑开挖深度设计值(m),从拟建场地自然地面起算;其余符号意义同前.3.2坑外安全承压水位降深的确定采取承压水降水措施后,坑内承压水位可达到安全埋深以下,为基坑工程安全与顺利施工提供了基本前提条件.与此同时,坑外承压水位也发生了不同程度的下降,对周边环境产生了不利影响.承压水位下降引起的周边环境变形主要表现为地面沉降与水平位移.坑外承压水位降深的上限值(安全承压水位降幅或降深)取决于周边环境的保护要求或变形限制条件,可按下式确定:6[8max,(P,P2,……,P)][6](5)式中:8[,]为承压水位下降引起的周边环境变形函数;s一为坑外安全承压水位降深或坑外承压水位降深最大值;(P,P,…,P)为基坑周边地层变形计算参数群;为周边环境变形容许值.目前,关于周边环境变形函数的计算,尚未形成定论,一般可依据工程经验公式进行,或根据线一一一一一一一170地下空问与工程第6卷性或非线性的三维有限元耦合模型进行计算.7J,主要分歧在于对地层变形参数(P,P,…,P)的使用经验以及对土层变形模型选用上的差异.3.3承压水降水方案的选用原则在承压水降水设计中,减压降水井布置在坑内或坑外往往成为争论的问题.一般情况下,减压井布置在坑内或坑外都可以达到降低承压水头的目的,需根据降水目的含水层位置,厚度,隔水帷幕的深度,周围环境对工程降水的限制条件,施工方法, 围护结构的特点,基坑面积与开挖深度,场地施工条件等一系列因素综合考虑J.基坑周边隔水帷幕和降水井过滤器伸人到承压含水层中的位置对降水目的含水层及相邻含水层,隔水层中的渗流场形态具有重要影响,由此引起基坑外侧水位变化和环境变形也是不同的. 3.3.I基坑内侧减压降水方案当隔水帷幕对基坑内外的承压水渗流具有明显的阻隔效应,从保证降水效果及保护周边环境的角度考虑,应优先选用坑内降水方案.为了提供坑内减压降水井过滤器设置条件,确保单井出水量满足设计要求以及坑内降水效果,依据上海地区的降水工程设计,施工与降水运行经验,隔水帷幕尚应满足下述条件:(1)当承压水含水层厚度较小,其顶板以下的隔水帷幕长度L不宜小于承压含水层厚度的1/2(如图7所示);(2)当承压含水层厚度较大,其顶板以下的隔水帷幕长度L不宜小于9.OOm(如图8所示).O0…竺一番整照…….一墓羹摊……一播使一一枣一莲董一一,,,,//////繇糍,一./,_^if+承压含永层.?:承压含水层罩_,一:_.一承压含水层一'.,':_..,..■.一,图7坑内减压降水结构图解一Fig.7Sketchoneofpit—insidedewaterlng ofconfinedaquifer图8坑内减压降水结构图解二Fig.8Sketchtwoofpit—insidedewatering ofconfinedaquifer当隔水帷幕已延伸进人承压含水层底板以下的半隔水层或弱透水层中,已完全阻断了基坑内外承压含水层之间的水力联系时(如图9所示),必须采用坑内减压降水方案.播水位采杀潜水位着水含水套每一_～薹__:鹰餐毫坑底面～鬻,/,.z,.,/r,●●●●●'-,.-一●●+●,':..承压含水层_.承压含水层.警{●-●'●●●●.-.～●?-_●1///////弱透水层(半隔才,///,//图9坑内减压降水结构图解三Fig.9Sketchthreeofpit—Insidedewatering ofconfinedaquifer3.3.2基坑外侧减压降水方案当隔水帷幕未在需降水的承压含水层中形成有效的隔水边界,例如,隔水帷幕未进入承压含水层顶板下方(如图lO所示),或承压含水层顶板以下的隔水帷幕长度很小(如图11所示),从便于施工的角度考虑,应优先选用坑外降水方案.3.3.3基坑内外联合减压降水当现场客观条件不能完全满足前述关于坑内,坑外减压降水的选用条件之一,或由于施工条件以及环境条件限制不能采用单一的坑外获坑内降水2010年第1期缪俊发,等:上海地区的承压含水层降水设计方法l7l 潜层_-_采薹篓撒'着水含水层..'尝**■带誊:—_j摹￡位'压坑底面.,_|-1._i.霭豸,.-～'--_●●●::-:'二1:'..'::.,''___...:.?:?___:_l_…'-一.-'.?:承压含水层.j.J●●-●?'?'..._一?'.':?'-_'__:'..':'图1O坑外减压降水结构图解一Fig.10Sketchoneofpit—outsidedewatefing ofconfined[aquifer.潜水位辕萋鞍基坑底面.1_潜水含水_…～承匿水位./一_一;黧艉季u...L.●一.t'+●:～●:承压含水层'譬..●.●.?::图11坑外减压降水结构图解二Fig.11SketchtwoofpJit—outsidedewatefing ofconfinedaquifer方案,可综合考虑现场施工条件,水文地质条件,隔水帷幕特征以及基坑周围环境特征与保护要求等, 选用合理的坑内一坑外联合减压方案.4承压水降水设计计算方法4.1承压水渗流解析解计算对于大多数基坑外侧减压降水而言,隔水帷幕底端未进入需要降水的承压含水层顶板以下或进入含水层中的长度有限,未在承压含水层中形成人为的有效隔水边界.换言之,隔水帷幕对降水引起的承压水渗流,渗流场形态与分布影响极小,可以忽略不计.因此,当降水影响范围内的承压含水层(组)基本呈水平向延伸,厚度变化不大时,可采用承压水非稳定井流理论的解析解公式,近似计算, 预测承压水渗流场内任意点的水位降深,但其适用条件应与现场水文地质实际条件基本一致.常用的承压水非稳定井流解析解包括Theis公式,Hantush—Jacob公式,Hantush公式等',简述如下:承压完整井:=.(M),":无越流(6)s=(u,),有越流(7)承压非完整井:s{(u)+(M,1,)},无越流(8)s={(u,/-)+(u,1,,古)},有越流(9)式中:s为承压水位降深;Q为抽水井流量;T为导水系数;W(u)为Theis井函数;(11,,r/B)为越流井函数;r为计算点至抽水井的水平距离;为承压含水层的贮水系数;t为自开始时刻起的抽水延续时间;为越流系数;M为承压含水层厚度;Z为过滤器长度;为非完整井阻力系数.4.2承压水渗流数值解计算当隔水帷幕进入承压含水层顶板以下的垂向长度相对较大,在承压含水层形成了一个人为的有效隔水边界.由于承压含水层顶板以下隔水帷幕长度的差异以及降水井结构的差异性,在群井抽水影响下形成的地下水渗流场形态也具有较大差别. 地下水运动不再是平面流或以平面流为主的运动,而是形成为三维地下水非稳定渗流场,渗流计算时应考虑含水层的各向异性,无法应用解析法求解, 必须借助三维地下水渗流数值方法求解.依据目前的研究和认识水平,三维地下水渗流数值计算依赖于下述地下水渗流数学模型: (蓑)+()+去()一=等,(,y,z,t)I:0=ho(,Y,),h(x,Y,z,t)I,=h1(,),,z,t),OhI,2=(,),,z,),Ⅲl(,Y,z)∈Q(,Y,z)∈Q(,y,z)EJr1(,Y,z)∈(x,y,)∈式中:E—fS承压含水层T—fM承压含水层一一【S潜水含水层'一IB潜水含水层MS为储水系数;S为给水度;M为承压含水层厚度(m);B为潜水含水层的地下水饱和厚度(m);kn, k",k分别为各向异性主方向渗透系数;h为点(x, Y,z)处t时刻的水位值(In);W为源汇项(1/d);h. 172地下空间与工程第6卷为计算域初始水位值(In);h为第一类边界的水位值(m);S.为储水率(1/m);t为抽水累计时间(d);为已知函数;Q为计算域;r,r,r,分别为第一,第二,第三类渗流边界.地下水渗流数值计算与分析一般包括以下几个步骤:第一步,借助于上述三维非稳定地下水渗流数学模型,采用有限差分法或有限元法建立渗流数值计算模型,以此为依据,编制计算程序(形成计算软件),计算,预测降水引起的地下水位时空分布.该步骤通常可省略,直接利用商业计算软件.目前使用与操作方便,功能强大,计算精度最高的地下水渗流计算与分析软件,首推加拿大Waterloo Hydrogeologic公司研制的(<VisualMODFLOW>>商用软件.第二步,对整个渗流区进行离散,即建立降水影响区域的物理模型.第三步,应用渗流数值分析计算程序或软件,输入相关计算参数,对所建立的研究区域的物理模型进行渗流计算,分析,预测.5承压水降水工程实例5.1工程概况上海市地铁四号线董家渡隧道修复工程,南侧紧临22层临江花苑大厦,北侧为董家渡路,西部为中山南路,东侧为黄浦江J.本工程深基坑总长约263m,宽为21.0～22.5m,开挖深度为38.0～40.9m,采用地下连续墙作围护结构兼止水帷幕,地下连续墙深65.OOm,厚度1.20m.整个基坑由深度为65.Om的内隔墙分割成东,中,西三个基坑,如图l2所示.图12基坑平面位置图Fig.12Layoutofthedeepexcavation为了防止和避免坑底产生突涌与流砂破坏,保证基坑施工的顺利进行,采用坑内减压降水方法, 将坑内承压含水层地下水位降至安全埋深以下.5.2场区地质条件工程场地的地基土分布如表l及图l3所示.本工程场地下伏⑦,⑨,层分别为上海地区的第1,II,III承压含水层.由于缺失第⑨,⑩层粘性土,在本场地内及其周围的第1,II,III承压含水层相互连通,形成1个总厚度达118.2m的复合承压含水层组,其渗透陛及地下水贮量极为丰富.表1地基土特征表Table1Characteristicsofgroundsoil5.3承压水减压降水设计5.3.1修复工程对降水的要求由于本工程的基坑开挖面已进人承压含水层,因此,要求降低基坑内承压水位至基坑开挖面以下1.00—2.00m,确保基坑底部不发生坑底突水,涌砂等不良现象.尽量减小和控制承压水位降低引起的地面沉降,确保基坑周边环境设施,尤其是临江花苑大厦, 不会由于降水造成安全问题.5.3.2承压水降水设计根据基坑工程特点和场区地质条件,以及周边环境对降水的严格要求,经过三维地下水非稳定渗流与地面沉降的计算与预测分析后,确定采用坑内减压降水方案,具体内容如下:(1)基坑内布置56口井(东坑内28口,中坑内6口,西坑内12口).其中46口为抽水井,lO口为备用井兼坑内承压水位观测井.(2)降水井深度为60.0m,过滤器长度为l5.0m,其顶端埋深为44.0m,底端埋深为59.0m,过滤器底端埋深小于地下连续墙脚埋深6.0m,降水2010年第1期缪俊发,等:上海地区的承压含水层降水设计方法173 层序层底埋深(m)①,3.3O②l6.1O④//Z/)///V/~/1R.90⑤"////24.2O⑥///////27.70⑦137.oo曩曩毫t譬舞⑦2f意誊≥誊≥誓蔓≤68.40?t0≥i毒j:蠢⑨1f;j:每蠢t一'妻:84.oo⑨2x1oo.00图13地质柱状剖面图Fig.13Geologiccolumnofthesite井结构如图14所示.(3)坑内井群以较小抽水量抽水,预测坑内承压水位降低到设计要求的42.Om深度处,水位降深达到33.Om;预测坑外承压水位降深约为5.Om,预测基坑外侧降水引起的最大地面沉降量小于20mm.5.4承压水降水与周边环境变形控制效果上海地铁4#董家渡隧道修复工程始于2005年01月,至2007年l2月结束.基坑降水始于2006年3月,至2007年7月结束,承压水降水与地面沉降效果如下:(1)基坑内承压水位一直控制在基坑开挖面以下,保证了基坑施工安全.当基坑开挖深度达到38.0—40.9m,坑内最大承压水位埋深达到44. Om,水位降深达到35.Om.(2)根据承压水位监测资料,当基坑内承压水位降深达到35.Om时,基:吭外观测井内的最大承压水位降深约为4.Om.设计阶段预测坑外最大承压水位降深约为5.Om,计算结果与实际水位降深基本一致.(3)根据地面沉降监测资料,基坑外侧相邻地l,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,,,,,,,t,,,,,,,I,,,,'8,,,!,,,,,,,r,,;;;l;;;;酾,,,,,,,,,,{,,/,/,,,1,,,:::L,/,//,,,,,t.,,,,:-:,—,/—\j/.='/|坑外观测井1赫醛7k#《,滤管埋深44—59m\59.J3地下连续墙X__':深度:65m...●,1l图14基坑降水结构剖面图Fig.14Profilechartofdewatefingfortheexcavation 面沉降量较小.部分监测点处的地面沉降监测值如表2所示.基坑周围地面沉降的预测计算值与监测值较为接近.表2周边环境的地面沉降监测值Table2Monitoredlandsubsidencenearhefoundaion 监测点平面位置地沉量监测时间(mm)一...中山南路12.112006.7.18董家渡路10.252006.7.2814.22临江花苑大厦(已扣除工程修复前沉降)2006?6?22 6结论与建议上海地区的地下水对深基坑工程具有重要影响.如果不能有效控制地下水位,尤其是控制承压水位,将可能导致基坑倒塌,引发严重的工程事故. 上海地区的地下水位变化对区域性地面沉降具有重要的影响.为地下工程建设中,应严格控制建筑场地周围的地下水位降幅,以达到保护周边环境的目的.上海地区基坑降水的合理性是保证建筑场地周边环境安全的重要前提.如果(下转第218页) 218地下空间与工程第6卷(上接第173页)基坑降水不合理,导致坑外地下水位下降幅度过大,将导致范围较大,绝对值较大的地面沉降,严重威胁周边环境的安全.基坑降水设计应综合考虑建设场地的水文地质条件,基坑围护结构特征,周边环境的保护要求等多种因素,以保证基坑降水方案的有效性与合理性.参考文献:[1]刘军,潘延平,等.轨道交通工程承压水风险控制指南[M].上海:同济大学出版社,2008年5月.(Liu Jun,PanYanping,eta1.Guidetoriskcontrolforcon—finedaquiferinrailtransportengineering[M].Shang—hai:TongjiUniversityPress,2008,5.(inChinese))[2]姚天强.承压水降水及土体变形环境控制[R].2006. 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地下施工降水工程对已有建筑物地基沉降的分析与计算
地下施工降水工程对已有建筑物地基沉降的分析与计算摘要：随着城市建设的飞速发展，高空和地下空间资源正在越来越多的被利用和开发。
而开发地下空间的施工过程中常常需要降低地下水位，这样势必引起已有建筑物地基土体内水位的变化和应力场的改变造成周围建筑物的附加沉降。
本文结合某降水工程为例对其周边已有建筑物的基础沉降经行分析与计算。
关键词：地基；施工工程一、工程概况某公司在锦州中央大街和平路至南京路段投资建设地下人防工程。
基坑开挖深度约10m。
由于基坑开挖降水工程将引起地下水水位变化,周边已有建筑物将产生不均匀沉降，对其是否满足建筑物的地基变形允许值需作出分析计算。
二、建设场地临街建筑物概况、地质及水文地质条件锦州商行凌云支行A坐（高72m）, 基础类型为平板式筏型基础;据该项目岩土工程勘察报告，地层结构从上至下依次为①杂填土层：松散，层厚0.30-2.00m，②1粉土层：松散，层厚0.40-3.40m，埋深1.20-5.00m，②2粉质粘土层：层厚2.00-6.00m，层底埋深4.50-7.00m，③园砾层：层厚9.90-13.60m，一般粒径为2-20mm，层底埋深8.87-12.62m，④砾岩层：层顶埋深8.87-12.62m。
地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于圆砾层中。
通过观测井实际监测水位埋深在4.43-5.94m之间。
三、降水对已有建筑物的影响评价计算根据该工程项目的水文地质环境，地层结构等具体情况对由此产生的沉降量进行计算分析，以确认地基产生的沉降变形是否超过建筑物允许范围。
确保生产安全。
该地段的含水层主要为圆砾层，也是主要建筑物的基础持力层。
其地下水水位埋深在4.43-5.94m之间。
在计算时采用潜水完整井公式，沉降计算的压缩模量分段取值，即计算点降水曲线上部地层取平均值（ES1），降水曲线下部地层取平均值（ES2）。
最终沉降量为降水曲线上部因降水而增加的竖向附加应力所产生的沉降与降水曲线下部因水的渗流而增加的平均竖向附加应力所产生的沉降的总和。
基坑降水施工方案
基坑降水施工方案1 工程概况(1)本工程基坑围护结构采用钻孔灌注围护桩、三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，结合基坑开挖深度坑内设置三道钢筋混凝土水平支撑。
钻孔灌注桩桩底标高为－31.8～－38.8m，相当于桩长31.4～38.4m，三轴水泥土搅拌桩止水帷幕底标高为－25.50m,相当于桩长25.1m，为便于地下结构施工，钢筋混凝土支撑杆件原则上尽量避开主楼区核心筒与劲性框架柱构件。
(2)基坑总延长约317m，基础底板面标高-15.10。
基坑分为三个区：裙楼区底板厚度1500mm,垫层150mm，开挖深度140m；局部深坑开挖深度为17.40m，17.75m，17.95m；主楼区底板厚度2500mm，垫层150mm，开挖深度17.40m；局部深坑开挖深度为18.75m，19.05m，核芯筒区底板厚度4200mm，垫层150mm，开挖深度19.10m，核心筒内局部深坑开挖深度为24.45m。
(3)拟建场区地基土属**市滨海平原地貌类型的沉积地层，地层层序基本正常，各土层的空间展布稳定，土性及厚度变化不大。
2 设计及编制依据2.1 参考标准及规范(1)GB50027-2001《供水水文地质勘察规范》(2)JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》(3)JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》(4)GB50296-99《供水管井技术规范》(5)GJ120-99《建筑基坑支护技术规程》(6)GB50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》2.2 勘察报告与图纸(1)岩土工程详细勘察报告（详勘）；(2)招标图纸。
3 降水目的及指导思路3.1 降水目的根据本工程的基坑开挖及基础底板结构施工的要求，本方案设计降水的目的为：(1)疏干开挖范围内土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业；(2)降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降；(3)及时降低下部承压含水层的承压水水头高度，防止基坑底部突涌的发生，确保基坑干开挖施工时坑底的稳定性。
净雨量公式
净雨量公式
净雨量公式是用来计算某一地区在一定时间内降雨量的公式。
它可以帮助我们了解降雨的情况，从而更好地进行水资源管理和灾害预防。
在实际应用中，净雨量公式是通过测量降雨量和蒸发量来计算得出的。
降雨量是指在一定时间内某一地区降水的总量，它可以通过雨量计等设备来测量。
而蒸发量则是指在同一时间内，水体由液态转化为气态的量，它可以通过蒸发皿等设备来测量。
净雨量公式的计算方法如下：净雨量=降雨量-蒸发量。
其中，降雨量和蒸发量的单位可以根据实际情况选择，常见的单位有毫米和厘米。
净雨量公式的应用广泛。
在农业方面，它可以帮助农民合理安排灌溉时间，提高农作物的产量。
在城市规划方面，它可以帮助城市管理者合理设计排水系统，防止城市内涝。
在水资源管理方面，它可以帮助相关部门合理利用水资源，保护水源地的生态环境。
在灾害预防方面，它可以帮助相关部门及时采取措施，减少洪涝、山体滑坡等灾害的发生。
净雨量公式的计算过程相对简单，但其背后蕴含着丰富的科学理论和技术。
通过净雨量公式，我们可以更好地理解和应对降雨的变化，保护人类和自然环境的安全。
净雨量公式是一种重要的工具，它可以帮助我们更好地了解和应对降雨情况。
通过准确计算净雨量，我们可以更科学地进行水资源管理和灾害预防，从而保护人类和自然环境的安全。
工程水文学第四章
2. 垂直平分法（泰森多边形法） 条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站在计算流域平均雨量中的作用。 假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。
PP 1f1P 2f2 F ...P nfni n1P i F fi
3. 等雨量线法 条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密，能结合地形变化绘制等雨量线时。
2.径流过程线的分析 2.径流过程线的分析
（3）
3. 径流量的计算 黄色的面积（ABCDFA）：
R 3.6Qt
F
Q(m3/s)
前期洪 水未退 完的部 分
B 本次降雨形成的径流过程
H
C
I
C’ A
D E
F
D’
G
t(h)
深层地下径流（基流）
C′D′D的面积与AEF大约相等，ABCDFA≈ABCC′D′FEA
第四节 超渗产流的产流量计算
（一）概述 在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中的
下渗的水量不易使整个包气带达到田间持水量，所以不产生地下径流，并且只有当降雨强 度大于下渗强度时才产生地面径流，这种产流方式称为超渗产流。关键是确定流域下渗的 变化规律。
第四节 超渗产流的分析与计算
流第 域四 产章 汇 流 分 析
第二章对径流的形成过程作了定性的描述，本章从定量的角度阐述降雨形成径流的原理 和计算方法，它是以后学习由暴雨资料推求设计洪水、降雨径流预报等内容的基础。
降雨P(t) 蒸发E(t)
产流计算
净雨R(t)
数量上相等
汇流计算
流域出口断面 径流过程Q(t)
第一节 概述
一. 流域产汇流计算基本内容 由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为两个步骤： ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，转化为净雨的计算称为产流计算。 ②汇流计算：净雨沿着汇入地面和地下河网，并经河网汇流形成流域出口的径流过程的计算称
深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响
深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响摘要：在深基坑的开挖过程中，通常会伴随有降水，原有土地的平衡除了会受到基坑开挖作用外，还会受到水渗流场变化的影响，发生土体变形，也就是基坑周围地表的沉降，在周边存在建筑物时，还要考虑建筑物本身因素，最终结果为周围建筑物沉降。
本文就分析了深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响，为深基坑开挖中周围建筑物沉降控制提供参考，确保深基坑施工的安全。
关键词：深基坑降水；周围建筑物沉降；相关影响近些年来，随着我国城市化的快速发展，土地资源紧张与工程建设需求矛盾日益突出，在此背景下，高层、超高层建筑工程数量不断增加，深基坑施工成为工程建设的重要内容。
但是，深基坑降水会导致基坑周边土体性质发生极大变化，引起土体沉降、不均匀沉降等，因此，研究深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响，在施工中有效控制沉降，对于保证深基坑施工安全有着重要意义。
一、计算模型和公式及参数（一）计算模型本文采取一概念模型作为计算模型，在此概念模型中，场地地质为砂性土层，厚度是30m，地下潜水的标高是-2m，开挖的深基坑长、宽、高尺寸分别是50m、50m和7m。
深基坑降水措施采取的是坑外井点降水，整个基坑供降水井共有36口，分别设置在基坑边界1m之外，井深是20m。
由于模型对称，以模型1/4计算，模型计算范围长、宽、高分别是150m、150m和21m，网格划分见图1[1]。
（三）计算参数在此计算模型中，假设前提为：土层饱和且均质，在各个方向上保持同性，土体材料的塑性屈服准则采用摩尔-库伦准则，土层渗透性同性，降水井以点源进行模拟。
最终土层力学相关计算参数分别为：30m厚的粉细砂土，其变形模量是25MPa，泊松比取0.3，黏聚力为0KPa，渗透系数19m/d，内摩擦角32°。
（四）边界条件在上述计算模型中，从图1可知，位移边界条件为：固定边界有abcd、cdef和adfh，各个方向上的位移都有拘束存在。
渗流边界条件为：降水井是已知流量边界，不透水边界为efgh、ghab，常水头边界为abcd、cdef。
深井降水计算方法
一、前言近几年，深井降水利用较多，但有些单位在计算过程中采用的公式不当，或者考虑的因素不周，最终会造成降水的失败，最后不得不加井，这样既费钱又费时间，下面就以本人在深井降水方面的经验来和大家探讨。
二、深井降水概念深井（管井）井点，又称大口径井点，系由滤水井管、吸水管和抽水设备等组成。
具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（>15m），降水设备和操作工艺简单等特点。
适用于渗透系数大（20-250m3/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大、时间长的降水工程应用。
三、深井设计1、计算思路第一步将基坑进行等效化为一口大井，第二步确定基坑总的涌水量，第三步确定单井出水量，第四步确定井的数量。
2、参数的确定与计算1）、设计水位降深水位降深在满足施工要求的时候，应尽量选择较小水位的降深，一般降到操作面下0.5m即可（有特殊要求的除外），这样可最大程度上避免降水对地层的影响，不至于造成地基承力的下降。
2）、井深及井径的选择要想使水位降低至操作面下，可以有两种途径，一种是加大井的直径和井的深度，即增大单井的落差，从而达到使最高水位降至操作面下0.5m.另一种通过均匀布井，控制单井的落差，使水位均匀降至设计要求。
前一种布井少，对地层扰动大，如建筑物对地基要求高时，此方法不可采用（除非施工后注浆），且此方法对原有建筑物也会带来较大的不利影响；后一种方法可能布井较多，但对地层扰动小，对原有建筑的危害也较小，因此条件允许时应优先选用后一种方法。
另外井深还要考虑单井的出水量与自已现有的水泵配套。
井深主要是根据水位降深、所需要的单井出水能力、水泵的进水口的位置、含水层的厚度、及泥浆淤积深度等因素进行选择。
井径的选择要综合考虑以下几种因素：A、单井要求的出水量；B、水泵的直径；C、当地施工机械，及井管的规格，如选用市场常用的规格，价格可能会便宜对控制成本有益。
3）、渗透系数的选择渗透系数是降水计算中重要的参数，此参数可以从地质报告中选取，但在大面积布井前，须重新验证，或者搜集附近的实际数据作为参考。
基坑降水计算
基坑降水计算1.降水影响半径确定影响半径的方法很多，在矿坑涌水量计算中常用库萨金和吉哈尔特经验公式作近似计算。
当设计的矿山进行了大降深群孔抽水试验或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔网资料为基础的图解法进行推求。
1.1、经验公式法计算影响半径的主要经验公式见表1。
表1 计算影响半径的经验公式公式作者应用条件公式中符号说明库萨金计算潜水含水层群井、基坑、矿山巷道的影响半径，有时也用于承压含水层R-影响半径，m；O-抽水时的涌水量，m3/d；H-承压水和潜水含水层的厚度，m；K-渗透系数，m/d；h-抽水时的水柱高度，m；S-抽水时的水位降深，m；ω-单位面积内的渗透量，m3/h；μ-给水度；t-由开始抽水至稳定下降漏斗形成的时间，h；l-自然条件下的水力坡度吉哈尔特潜水及承压水抽水初期确定影响半径库萨金潜水舒尔米潜水维别尔潜水苏洛夫和卡赞斯基计算泄水沟和排水渠的影响半径柯泽尼潜水完整井维别尔承压水别里托夫斯基潜水苏洛夫卡赞与斯基根据渗透值确定单孔或单井长期抽水影响半径引用值特罗扬斯基潜水完整井1.2、图解法当设计矿山做了大降深群孔抽水或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔实测资料，用图解法确定影响半径。
（一）自然数直角座标图解法在直角座标上，将抽水孔与分布在同一直线上的各观测孔的同一时刻所测得的水位连结起来，尚曲线趋势延长，与抽水前的静止水位线相交，该交点至抽水孔的距离即为影响半径（见图1）。
观测孔较多时，用图解法确定的影响半径较为准确。
（二）半对数座标图解法在横座标用对数表示观测孔至抽水孔的距离，纵座标用自然数表示抽水主孔及观测孔水位降深的直角座标系中，将抽水主孔的稳定水位降深及同时刻的观测孔水位降低标绘在相应位置，连结这两点并延长与横座标的交点即为影响半径（见图2）。
当有两个或两个以上观测孔时，以观测孔稳定水位降深绘图更准些。
1.3、影响半径经验数值根据岩层性质、颗粒粒径及单位涌水量与影响半径的关系来确定影响半径，见表2与表3。
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附件一： 计算模型及公式
1.潜水完整井计算模型
()⎪⎭⎫ ⎝
⎛+-=01log 2366.1r R S S H k
Q …………………………………………公式1
式中：Q 基坑涌水量（m 3/d ）；
k ：渗透系数（m/d ）； H ：潜水含水层厚度（m ）： S ：基坑水位降深（m ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）。
2.承压水完整井计算模型
⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛+=01lg 73.2r R MS k
Q
式中：Q ：基坑涌水量（m 3/d ）；
K ：渗透系数（m/d ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）； M ：承压含水层厚度（m ）
3.承压水非完整井计算模型
⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=002.01lg 1lg 73.2r M
l l M r R MS
k
Q ……………………………公式式中：Q ：基坑涌水量（m 3/d ）；
K ：渗透系数（m/d ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）； M ：承压含水层厚度（m ）； S ：基坑水位降深（m ）；
l ：基坑降水井过滤器工作部分长度（m ）
4.承压—潜水完整井计算模型
()⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛+--=021lg 2366.1r R h M M H k Q 式中：Q ：基坑涌水量（m 3/d ）；
K ：渗透系数（m/d ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）； M ：承压含水层厚度（m ）；
h
5.线形工程潜水完整井计算模型
R h H kL Q 2
2-=…………………………………………………公式5
()
222h H R
x
h y -+
=……………………………………………公式6 ()d
R r d S
S H k q w 2ln 2πππ+-=
…………………………………………………公式7
双直线井排，条件同上,适用条件：
①均质潜水含水层； ②完整井点； ③位于无界含水层中； ④直线井点排，两侧进水； ⑤L>50m 。
6.线形工程承压完整井计算模型
R kMSL
Q 2=
………………………………………………………公式8 x R
S
H y -=………………………………………………………公式9
适用条件： ①均质承压含水层； ②线形排列井点，两侧进水；
③完整井点，远离地表水体； ④L>50m 。
9.线形工程承压—潜水完整井计算模型
()[]d
R r d h M M H k q w 2ln 22πππ+--=
…………………………………………公式12 对于双直线井排，条件同上
适用条件：
①承压—潜水完整井点； ②其它条件同上。
10.降水引起地面沉降计算模型
水位变化施加于土层的荷载引起土层的竖向变形属一维变形问题，因此沉降计算采用一维变形计算模型
∑
=⨯∆=n
i Ei
Hi
P s …………………………………………公式13 式中：s ———最终沉降量（mm ）；
△P ———水位变化施加于土层上的平均荷载（KPa ）； H i ———计算土层的厚度（m ）； E i ———土层的压缩模量（MPa ）
11.辐射井计算模型
qn Q α=…………………………………………………………公式14
其中：l R h m K q 75.0lg
36.12
2-=………………………………………公式15
当h r >h 时: l
R h m K q 25.0lg
36.12
2-=…………………………………公式适用条件：①、远离水体或河流；
②、l=30～50m
式中：Q ——辐射井总出水量(m 3/d)
n ——辐射管根数 q ——单管出水量(m 3/d) α——系数 m ——含水层厚度(m)
h ——动水位以下含水层厚度(m)
12.单井出水量计算公式：
15
2K
l r q ⋅
⋅⋅=π ………………………………………………公式17 式中：l ：过滤器有效长度m ；
γ：管井半径(m)；
K ：渗透系数 m/s 。
13.抗突涌验算公式：
γw H <γh …………………………………………………公式18
式中：H ：承压水头，由含水层顶面算起，m;
h ：基坑底部所需的最小隔水层厚度，m ；
γw ：水的重度，kN/m 3
； γ：隔水层土的重度，kN/m 3。
14.潜水群井干扰抽水任意点降深计算公式：
()⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⋯⋯--
=n x x x n R K
Q H h 212.lg 1lg .366.1…………………………………公式19 式中：H ：含水层厚度，m ；
h ：水头，m ；
Q ：基坑涌水量，m 3/d ；
n x ：某点到各井点中心距离，m ；
R ：影响半径，m 。
15.承压水群井干扰抽水任意点降深计算公式：
()⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⋯⋯-=
n x x x n R KM Q S 21.1lg 366.0……………………………………………公式20 式中：M ：含水层厚度，m ；
S ：基坑水位降深，m ； Q ：基坑涌水量，m 3/d ；
n x ：某点到各井点中心距离，m ；
R ：影响半径，m 。
16.线形工程承压—潜水非完整井计算模型
()ξππππππ++++⎥⎥
⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=d
R r d KTS
d R r d l M M H k q w w 2ln 22ln 2'''22
…………………………………………公式21
对于双直线井排，条件同上 适用条件：
①承压—潜水完整井点； ②其它条件同上。
17.越流补给
m
∆H =κε 其中：
⑴ε为越流强度；
⑵κ弱含水层的渗透系数； ⑶∆H 水头损失； ⑷m 弱含水层的厚度。