探討基坑涌水量計算問題

摘要：基坑工程的支護設計和降水設計需要按相關規(guī)范、規(guī)定的要求進行專門的專項設計，以確保基坑工程的安全使用和施工的正常進行。深基坑開挖是一個危險系數(shù)較高的工程內(nèi)容，做好地下降水工作是保證其安全性和質(zhì)量的前提。

關鍵詞：基坑；涌水量；計算

1、場地含水層類型

依據(jù)施工條件要求，基坑降水時，動水位一般要求降至結構底板以下 1.00m 左右，以保證基坑底處于干燥環(huán)境而便于施工。處于潛水含水層中的基坑，無論水位怎樣降落，都不會導致含水層類型的改變，但承壓含水層不同。當上部隔水層較薄，并且基坑底位于含水層中時，基坑降水往往導致部分承壓水向潛水的轉換。此時，地下水向降水井的滲流不再是單一的承壓含水層滲流，而是轉變成承壓潛水滲流模型。為此，基坑涌水量計算時一定要引起重視，同時在勘察過程中也要準確劃分含水層、隔水層及確定承壓水頭，否則所計算的涌水量會偏差很大，進而影響降水成本。圖1為均質(zhì)無界含水層承壓潛水非完整井基坑降水示意圖。

圖 1均質(zhì)含水層承壓潛水非完整井基坑涌水示意圖（基坑遠離邊界）

2、涌水量計算中的完整式與非完整式

基坑降水方法分兩大類：一類是集水明渠降水，一類是井點降水。兩大類降水方法中基坑涌水量計算的原理不同，前者涉及地下水向溝渠運動的理論，后者涉及到地下水向井孔運動的理論。

集水明渠降水，降水構筑物是位于基坑底部連續(xù)布設的集水滲渠，一般位于基礎輪廓線以外、基坑邊緣坡腳 0.3m 內(nèi)。雖然有時在基坑四角或每隔30～40m 設直徑0.7～0.8m 的集水井，但這些集水井的功能主要是為了匯集滲入集水滲渠中的地下水，以保證水泵能持續(xù)、穩(wěn)定抽水而設。由于集水滲渠底一般低于基坑底 0.3～0.5m，集水井底又比集水滲渠底低 0.5～1.0m，所以無論是基坑本身還是集水井、集水滲渠，一般均是非完整式的，基坑涌水量計算應按渠壁、渠底同時進水的非完整滲流模型進行才算合理。圖2 為明渠降水示意圖

圖 2 基坑內(nèi)明渠降水示意圖

井點降水，既有坑內(nèi)降水又有坑外降水，無論何種形式，降水井底部必須低于基坑底部以保證將基坑水位降到結構底板以下設計要求的深度，對于基坑本身而言，一般都是非完整 式，而降水井既有完整式又有非完整式。

3、基坑涌水量計算

3.1 集水明渠降水

明渠降水是在基坑開挖后，于坑底邊緣設置一定深度的排水溝及集水淺井，使得地下水先滲入排水溝，再由排水溝導入集水淺井，最后由抽水設備抽出排放到基坑以外，一般屬于疏干降水，施工操作與降水基本同時進行。明渠降水中的集水井主要作用是保證抽水設備能連續(xù)、穩(wěn)定地抽水，而排水溝才是真正的降水構筑物。由于排水溝連續(xù)、通長布設，此時地下水的滲流與向溝渠或集水廊道中滲流一樣?？刹捎玫叵滤驕锨蚣鹊罎B流的有關公式進行基坑涌水量計算，而且計算出的涌水量，可以說是基坑本身真正的涌水量。

集水廊道涌水量的計算公式，多以單寬滲流量表示。最簡單的情況（一側進水）為：

承壓含水層：

潛水含水層：

承壓-潛水含水層：：

式中：

q 為一側進水的單寬流量（m 3 /d·m）；

k 為含水層滲透系數(shù)（m/d）；

M、H 分別為承壓含水層、潛 水 含水層 厚度（m）；

s 為水位降深（m）；

h 為動水位至含水層隔水底板距離（m）；

R 為影響半徑（m）

對于整個基坑的涌水量，只要基坑4個邊長乘以單寬滲流量即可。

根據(jù)基坑開挖深度與含水層厚度之關系，明渠降水中基坑有完整與非完整之分。（1）式至（3）式為坑壁進水的完整式基坑涌水量計算公式。對于包括基坑底進水的非完整式基坑涌水量計算，其中丘嘉耶夫公式（潛水含水層）較為多用：

式中：

q 為一側進水的單寬流量（m 3 /d·m）；

k 為含水層滲透系數(shù)（m/d）；

s 為水位降深，s = H - h（m）；

h 為水位下降曲線在基坑坑壁上的高度（m）；

H 為靜止水位至基坑底之深度（m）；

q r 為引用流量，即 q r = f（α，β），其中：α =R /（R + r）、β = R /T，可查相應關系曲線圖求得；

R 為引用影響半徑（m）；

r 為基坑寬度的一半（m）；

T 為基坑底至下伏隔水層的距離（m）

3.2輕型井點降水

輕型井點是根據(jù)射流原理制來形成降水形式。由噴嘴噴出的高壓水在降水管內(nèi)形成負壓，土體中的水在壓力作用下，進入到管道中，由高速水流的動能將其抽排至地表。輕型井點降水適用于降水水位不深、基坑面積不大的工程。

該方法降低水位深度一般在 3-6m 之間，若要求降水深度大于 6m，可以采用多級井點降水系統(tǒng)，但是對基坑周邊的空地環(huán)境要求比較高，不能離建筑物過近，否則無法進行放坡進而無法達到排水效果。輕型井點降水的適用范圍為：滲透系數(shù)在0.1～50 m/d的填土、粘性土和砂土。

高程布置：

井點降水深度H

H≥H1+△h+iL+l

式中：

H-井點管的埋置深度（m）；

H1-井點管埋設面至基坑底面的距離（m）；

△h-降水后地下水位至基坑底面的安全距離，一般取0.5～1m；

L-井點管中心至基坑中心的水平距離（m）；

i-降水曲線坡度，雙排或環(huán)狀井點為1/10，單排為1/4～1/5；

L-濾管長度（m）

井點管標準長度一般為6m，如計算出的H值大于6m，可降低井點的埋置面，將埋置面布置在接近地下水位線（事先挖槽）。使降水深度增加。當一級降水達不到降水深度時，可采用二級井點。井點管露出地面長度一般為0.2m。

計算涌水量Q：

Q=1.366K（2H0-S）S/lgR-lgX0

式中：

Q-井點系統(tǒng)總涌水量（m3/d）；

K-滲透系數(shù)（m/d）；

H0-含水層有效帶深度（m）；

R-抽水影響半徑，R=1.95S√H0K（m）；

S-水位降低值（m）；

X0-基坑假想半徑（m）；

單根井點管最大出水量q：

q=65πdlK1/3

式中：q-井點管最大出水量（m3/d）；

d-濾管直徑（m）；

l-濾管長度（m）；

井點管數(shù)量n：

n=Q/0.8q

井點間距D（m）

D=L/n

實際采用的井點管間距應與總管上接頭尺寸相適應

4、結束語

基坑降水工作直接影響工程的安全及工期，若井點布置合理，運行、管理措施得力，可以確保工程施工達到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]王濱.輕型井點降水法在基坑施工中的應用.水利科技與經(jīng)濟2009.6

[2]袁細平.真空輕型井點降水止水方法在基坑工程中的應用.發(fā)明與創(chuàng)新（綜合版）2005.8

[3]吳文保.輕型井點降水施工方法.水利工程施工