基坑內(nèi)降水井封堵數(shù)量計(jì)算方法

史 華 偉

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

基坑內(nèi)降水井封堵數(shù)量計(jì)算方法

史 華 偉

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

針對廣泛應(yīng)用的筏形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，提出一個(gè)適用于基礎(chǔ)工程施工完畢后的封井?dāng)?shù)量計(jì)算公式，并結(jié)合工程實(shí)例闡述了該計(jì)算公式的應(yīng)用方法，同時(shí)對后澆帶的抗浮效果進(jìn)行了研究探討。

基坑降水，封井?dāng)?shù)量，抗浮力，上浮力

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑越來越多，與之相應(yīng)的基坑深度也越來越大，當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥撞繒r(shí)，基坑積水會影響施工，甚至發(fā)生滲透破壞。工程上常用管井降水來降低基坑中的地下水位。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工完成后，相當(dāng)于在基礎(chǔ)底部施加了荷載，這時(shí)如果仍使用全部降水井工作就有些過于保守，可以利用基礎(chǔ)的抗浮力封掉一部分水井，減少設(shè)備的投入和能源的消耗。如果封掉一部分水井后基礎(chǔ)仍能保持平衡，即基礎(chǔ)受到的浮力小于抗浮力，那么基礎(chǔ)是安全的。如果封井?dāng)?shù)量過多，基礎(chǔ)受到的浮力大于抗浮力，那么基礎(chǔ)就會上浮破壞，因此確定封井?dāng)?shù)量十分重要，本文提出一種實(shí)用的確定基礎(chǔ)施工完成后封井?dāng)?shù)量的計(jì)算方法。

1 計(jì)算原理

基礎(chǔ)施工完成后，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有一定的抗浮力，基礎(chǔ)自重、基礎(chǔ)若上浮時(shí)樁的負(fù)摩阻力等組成的抗浮力的總和記為G，基礎(chǔ)底板下水頭引起的上浮力記為P。

如果抗浮力G不小于上浮力P，則基礎(chǔ)抗浮力能抵抗基坑內(nèi)外水位差引起的上浮力，基礎(chǔ)是安全的，可以封掉全部的降水井；如果基礎(chǔ)抗浮力G不足以抵抗基坑內(nèi)外水位差引起的上浮力P，需要保留一部分的降水井繼續(xù)工作。

推導(dǎo)可得，基礎(chǔ)施工完成后可以封掉降水井的數(shù)量占總降水井?dāng)?shù)量的比例可取為上浮力P與基礎(chǔ)抗浮力G比值的倒數(shù)，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，能較大程度地節(jié)約能源。

2 封井?dāng)?shù)量計(jì)算方法

定義上浮力與基礎(chǔ)抗浮力的比值為K，如式(1)所示：

(1)

其中，P為基坑內(nèi)外水位差引起基礎(chǔ)的上浮力，由式(2)確定：

P=γwhA

(2)

其中，γw為水的重度；h為基坑內(nèi)外的水位差；A為計(jì)算區(qū)域基礎(chǔ)的面積；G為基礎(chǔ)的抗浮力，依據(jù)不同的基礎(chǔ)形式確定：

1)筏形基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)的抗浮力取筏形基礎(chǔ)的自重：

G=Gp

(3)

其中，Gp為基礎(chǔ)自重。

2)樁基礎(chǔ)的抗浮力包括基礎(chǔ)自重和樁側(cè)負(fù)摩阻力：

G=Gp+Q

(4)

其中，Q為樁側(cè)負(fù)摩阻力，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》確定。

由式(1)得到的上浮力與基礎(chǔ)抗浮力的比值K可進(jìn)行封井?dāng)?shù)量的判定：

若K>1，可以封掉1/K的降水井；若K≤1，可以封掉全部的降水井。對于不同形式的基礎(chǔ)，計(jì)算其相應(yīng)的抗浮力G。

3 工程實(shí)例

通過以下工程實(shí)例，詳細(xì)介紹該方法的使用。

3.1 算例一：筏形基礎(chǔ)

某基坑降水工程采用管井降水，降水井井距15 m，基礎(chǔ)厚度500 mm，基礎(chǔ)底與地下水水位差為4.0 m。

筏形基礎(chǔ)抗浮力只有自身重力，筏形基礎(chǔ)重度γc取為24 kN/m3，水的重度γw取為10 kN/m3。一口井的影響面積A=d2=225 m2，d為降水井井距，由式(2)，一口井影響面積A上基坑內(nèi)外水位差引起基礎(chǔ)的水壓上浮力為：

P=γwhA=10 kN/m3×4 m×225 m2=9 000 kN。

由式(3)，面積A上基礎(chǔ)的抗浮力為：

G=Gp=γcV=24 kN/m3×(225 m2×0.5 m)=2 700 kN。

抗浮力G與上浮力P不平衡，所以需要保留一部分降水井做降壓處理，根據(jù)本文提出的計(jì)算方法，在筏形基礎(chǔ)施工完成的區(qū)域，可封1/K口井，即可封掉30%的降水井。

3.2 算例二：樁基礎(chǔ)

某基坑工程采用管井降水，降水井共119口，井距20 m，采用柱下四樁承臺基礎(chǔ)，承臺底與地下水水位差為8.0 m。

基礎(chǔ)的重度γc取為24 kN/m3，水的重度γw取為10 kN/m3。柱距d=8.4 m正方形布置，一個(gè)承臺的影響面積為：

A=d2=8.4 m×8.4 m=70.56 m2。

由式(2)，一個(gè)承臺影響面積內(nèi)基坑內(nèi)外水位差引起基礎(chǔ)的上浮力為：

P=γwhA=10 kN/m3×8 m×70.56 m2=5 644.8 kN。

由式(4)，樁基礎(chǔ)的抗浮力包括基礎(chǔ)自重和樁側(cè)負(fù)摩阻力。

依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算單樁樁側(cè)負(fù)摩阻力為318.8 kN，計(jì)算過程略。

一個(gè)承臺影響面積A內(nèi)有負(fù)摩阻力總和為：

由設(shè)計(jì)資料可計(jì)算出該樁筏基礎(chǔ)一個(gè)承臺影響面積內(nèi)樁、承臺、底板的體積為60.4 m3，則樁筏基礎(chǔ)的自身重力為：

Gp=γcV=24 kN/m3×60.38 m3=1 449.1 kN。

由式(4)，抗浮力為：

G=Gp+Q=1 449.1 kN+1 275.2 kN=2 724.3 kN。

由式(1)可得一個(gè)承臺影響面積內(nèi)上浮力與抗浮力的比值為：

抗浮力與上浮力不平衡，所以需要保留一部分降水井做降壓處理，根據(jù)本文提出的計(jì)算方法，為了避免出現(xiàn)樁筏基礎(chǔ)上浮的情況，在基礎(chǔ)施工完成的區(qū)域，可封1/K口井，即可封掉48%的降水井。

4 后澆帶滲溝作用的影響

在較大基礎(chǔ)工程施工中，要求設(shè)置后澆帶。后澆帶澆筑前若精確計(jì)算地下水對底板產(chǎn)生的上浮力，則需考慮后澆帶對地下水水頭的影響。

后澆帶澆筑前可以降低基坑底板下水頭，起到一定的抗浮作用，但澆筑后即失效，所以利用后澆帶的抗浮作用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意其時(shí)效性。

5 結(jié)語

本文根據(jù)抗浮穩(wěn)定性原理，提出一個(gè)適用于基礎(chǔ)工程施工完畢后的封井?dāng)?shù)量計(jì)算方法，也可以按此方法確定封掉全部降水井的工程條件。

該方法的應(yīng)用為及時(shí)準(zhǔn)確的封閉降水井提供了理論依據(jù)，對節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

[1] 楊建民，李 嘉.無越流承壓含水層降落漏斗體積[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35(S1)：186-189.

[2] 劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[3] 楊建民，鄭 剛.基坑降水中滲流破壞歸類及抗突涌驗(yàn)算公式評價(jià)[J].巖土力學(xué),2009,30(1):261-264.

On calculation methods for the number of sealing dewatering wells in foundation pits

Shi Huawei

(TaiyuanPlanning&DesignInstitute,Taiyuan030002,China)

Based on the extensive application of the raft and pile foundations, the paper points out the calculation formula for the number of sealing after the complete of the foundation projects, illustrates its application methods by combining with engineering cases, and explores the anti-float effect of the post-cast strip.

dewatering of foundation pit, the number of sealing, anti-float force, buoyant force

2015-05-29

史華偉(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0067-02

TU463

A