CN111636454B - 承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，包括以下步骤：根据地质勘察报告，确定土层参数，确定含水量，潜水水位；根据设计资料确定既有地下结构沉降控制标准，根据地层沉降与承压水降深公式计算出关注点承压水降深；根据地质剖面和降水井设计参数，判断降水井是承压水完整井还是承压‑潜水完整井，选取对应的计算关系式组，通过降深与降水井水面标高关系式组计算降水井水面标高。通过该方法，在新建结构开挖前预测承压水层通过降水井降水对既有地下结构沉降的影响，从而达到控制既有地下结构变形的目的，提高新建结构施工安全性，该方法设计步骤简便，能有效在施工现场得到应用。

Description

承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法
技术领域
本发明涉及一种承压水地层控制既有地下结构沉降的设计方法，具有一种为承压水地层控制既有地下结构沉降减压完整井水面标高的设计方法，属于地下工程技术领域。
背景技术
伴随着地下大空间的大规模开发利用，如今基坑开挖深度越来越大，而在地表深处多存在深层承压水层。承压水地层地质情况复杂：一方面，施工对于地层变形不容易控制，在承压水地层进行施工，基坑开挖造成卸载，承压水层(承压水层上下由隔水层封闭，层内多为饱水砂层)的水压推动地层向上涌起，不加以控制很有可能发生严重灾难；另一方面，深基坑施工时，多布设地连墙等围护结构来阻隔水的渗流，围护结构能改变深基坑渗流场的流态及水力梯度，减小承压水层补水量，人为的防止无限补水的情况出现。基于此，如何在复杂的施工条件下，预测降水造成的关注点地层沉降量成为一个难题。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，通过在既有地下结构周边新建结构地连墙或其他围护结构，施工后承压水层补水受到限制，采用降水井降水，通过设计承压水减压完整井水位高度，控制既有地下结构处地层沉降量。
(二)技术方案
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，包括以下步骤：
步骤a：根据地质勘察报告，确定土层参数，确定含水量，潜水水位；
步骤b：根据设计资料确定既有地下结构沉降控制标准，根据地层沉降与承压水降深公式计算出关注点承压水降深，该地层沉降与承压水降深公式为：
Figure GDA0003496838230000021
S——地层沉降量(m)，为既有地下结构沉降控制标准，由专家评估或既有结构管理机构设定允许沉降量；
ΔP——水位变化施加在土层上的平均荷载(kPa)，为水头降低至关注点降低后水位水位差代表的水压，计算公式为：ΔP＝ρgΔh，其中ρ为水的密度103kg/m3，g为重力加速度(m/s2)，Δh为承压水层承压水头高度与关注点降水后水位高度之差(m)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
E——承压水层的弹性模量(kPa)；
步骤c：根据地质剖面和降水井设计参数，判断降水井是承压水完整井还是承压-潜水完整井，选取对应的计算关系式组，通过降深与降水井水面标高关系式组计算降水井水面标高；
当降水井为承压-潜水完整井的时，降深与降水井水面高度关系式组为：
Figure GDA0003496838230000022
Q——基坑计算涌水量(m3/d)；
H——潜水水位至承压水层底板的距离(m)；
M——承压水含水层厚度(m)；
h——降水井水面至承压水层底板的距离(m)；
R——降水影响半径；
r0——等效大井半径(m)，可按r0=0.565√F，F为井点系统的围合面积(m2)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
n——降水井点数；
ri——r1、r2、r3—…rn—降水井至关注点的距离(m)；
D——初始水位高度(m)，即承压水头至地表的距离；
L——降水井水面标高(m)，即降水井水位至地表的距离。
当降水井为承压水完整井的时，降深与降水井水面高度关系式组为：
Figure GDA0003496838230000031
其中，k——含水层的渗透系数(m/d)；
s2——降水深度，认为此为降水井水头降低值；
Q——基坑计算涌水量(m3/d)；
M——承压水含水层厚度(m)；
R——降水影响半径；
r0——等效大井半径(m)，可按r0=0.565√F，F为井点系统的围合面积(m2)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
n——降水井点数；
ri——r1、r2、r3—…rn—降水井至关注点的距离(m)；
D——初始水位高度(m)，即承压水头至地表的距离；
L——降水井水面标高(m)，即降水井水位至地表的距离。
优选的，所述步骤a中，土层参数主要得到承压水层土的重度，含水量，渗透系数，承压水层厚度及承压水头高度。
(三)有益效果
本发明提供了承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法。具备以下有益效果：
1、本发明提供了承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，在现场施工时，开放降水井降水，过程中要对地下水的水位进行监测，确保地下水位经过较长时间的降水后保持在一个比较稳定的高程上，能够避免降低地下水位过度引起资源浪费和结构物不均匀沉降。
2、本发明提供了承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，该方法在地连墙施工后，补水区域减少，预先设置关注点沉降标准，通过降水井降水，降低关注点水位，设计降水井水面标高来满足关注点沉降标准，能够防止人为的无限补水情况。
附图说明
图1是承压水地层完整井地质剖面图。
图中：1、潜水水位；2、降水后水位；3、既有地下结构；4、降水井；5、隔水层；6、承压水层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，包括以下步骤：
第一：根据地质勘察报告，确定土层参数，确定含水量，潜水水位；
第二：根据设计资料确定既有地下结构沉降控制标准，根据地层沉降与承压水降深公式计算出关注点承压水降深。
地层沉降与承压水降深公式为：
Figure GDA0003496838230000051
S——地层沉降量(m)，为既有地下结构沉降控制标准，由专家评估或既有结构管理机构设定允许沉降量；
ΔP——水位变化施加在土层上的平均荷载(kPa)，为水头降低至关注点降低后水位水位差代表的水压，计算公式为：ΔP＝ρgΔh，其中ρ为水的密度 103kg/m3，g为重力加速度(m/s2)，Δh为承压水层承压水头高度与关注点降水后水位高度之差(m)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
E——承压水层的弹性模量(kPa)。
第三：根据地质剖面和降水井设计参数，判断降水井是承压水完整井还是承压-潜水完整井，选取对应的计算关系式组，通过降深与降水井水面标高关系式组计算降水井水面标高。
当降水井为承压-潜水完整井的时，降深与降水井水面高度关系式组为：
Figure GDA0003496838230000052
Q——基坑计算涌水量(m3/d)；
H——潜水水位至承压水层底板的距离(m)；
M——承压水含水层厚度(m)；
h——降水井水面至承压水层底板的距离(m)；
R——降水影响半径；
r0——等效大井半径(m)，可按F为井点系统的围合面积(m2)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
n——降水井点数；
ri——r1、r2、r3—…rn—降水井至关注点的距离(m)；
D——初始水位高度(m)，即承压水头至地表的距离；
L——降水井水面标高(m)，即降水井水位至地表的距离。
当降水井为承压水完整井的时，降深与降水井水面高度关系式组为：
Figure GDA0003496838230000061
其中，k——含水层的渗透系数(m/d)；
s2——降水深度，认为此为降水井水头降低值；
Q——基坑计算涌水量(m3/d)；
M——承压水含水层厚度(m)；
R——降水影响半径；
r0——等效大井半径(m)，可按F为井点系统的围合面积(m2)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
n——降水井点数；
ri——r1、r2、r3—…rn—降水井至关注点的距离(m)；
D——初始水位高度(m)，即承压水头至地表的距离；
L——降水井水面标高(m)，即降水井水位至地表的距离。
实施例2：
如图1所示：承压水地层中，1是潜水水位，2是降水后水位，3是既有地下结构，4是降水井，5是隔水层，6是承压水层。
一种通过降水井稳定水面高度预测关注点地层沉降量的计算方法，此时降水井稳定水面高度已经确定，即已经知晓降水井水面标高L。首先，根据地质勘察报告，确定土层参数，确定含水量和潜水水位；其次，根据地质剖面和降水井设计参数，判断降水井是承压水完整井还是承压-潜水完整井，选取对应的计算关系式组，通过降深与降水井水面标高关系式组计算降水井水面标高，计算关注点降深、即承压水降深s1；然后，根据设计资料确定既有地下结构沉降控制标准，根据地层沉降与承压水降深公式计算出关注点承压水降深，计算关注点地层沉降量S，即确定水面稳定至降水井水面标高L处的时候，通过降水井降水给关注点带来的地层沉降量S。
通过该方法，在新建结构开挖前预测承压水层通过降水井降水对既有地下结构沉降的影响，从而达到控制既有地下结构变形的目的，提高新建结构施工安全性，该方法设计步骤简便，能有效在施工现场得到应用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：根据地质勘察报告，确定土层参数，确定含水量，潜水水位；
步骤b：根据设计资料确定既有地下结构沉降控制标准，根据地层沉降与承压水降深公式计算出关注点承压水降深，该地层沉降与承压水降深公式为：
Figure FDA0003496838220000011
S——地层沉降量(m)，为既有地下结构沉降控制标准，由专家评估或既有结构管理机构设定允许沉降量；
ΔP——水位变化施加在土层上的平均荷载(kPa)，为水头降低至关注点降低后水位水位差代表的水压，计算公式为：ΔP＝ρgΔh，其中ρ为水的密度103kg/m3，g为重力加速度(m/s2)，Δh为承压水层承压水头高度与关注点降水后水位高度之差(m)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
E——承压水层的弹性模量(kPa)；
步骤c：根据地质剖面和降水井设计参数，判断降水井是承压水完整井还是承压-潜水完整井，选取对应的计算关系式组，通过降深与降水井水面标高关系式组计算降水井水面标高；
当降水井为承压-潜水完整井的时，降深与降水井水面高度关系式组为：
Figure FDA0003496838220000012
Q——基坑计算涌水量(m3/d)；
H——潜水水位至承压水层底板的距离(m)；
M——承压水含水层厚度(m)；
h——降水井水面至承压水层底板的距离(m)；
R——降水影响半径；
r0——等效大井半径(m)，可按r0=0.565√F，F为井点系统的围合面积(m2)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
n——降水井点数；
ri——r1、r2、r3—…rn—降水井至关注点的距离(m)；
D——初始水位高度(m)，即承压水头至地表的距离；
L——降水井水面标高(m)，即降水井水位至地表的距离；
当降水井为承压水完整井的时，降深与降水井水面高度关系式组为：
Figure FDA0003496838220000021
其中，k——含水层的渗透系数(m/d)；
s2——降水深度，认为此为降水井水头降低值；
Q——基坑计算涌水量(m3/d)；
M——承压水含水层厚度(m)；
R——降水影响半径；
r0——等效大井半径(m)，可按r0=0.565√F，F为井点系统的围合面积(m2)；
s1——承压水降深(m),即关注点承压水层水位下降厚度；
n——降水井点数；
ri——r1、r2、r3—…rn—降水井至关注点的距离(m)；
D——初始水位高度(m)，即承压水头至地表的距离；
L——降水井水面标高(m)，即降水井水位至地表的距离。
2.根据权利要求1所述的一种承压水地层控制地下结构沉降的完整井水面设计方法，其特征在于：所述步骤a中，土层参数主要得到承压水层土的重度，含水量，渗透系数，承压水层厚度及承压水头高度。
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