CN113591196A - 一种盆池效应开孔排水管排水设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盆池效应开孔排水管排水设计方法，该方法根据工程所处地区特征确定暴雨强度参数A₁、C、b、n、降雨历时T、暴雨重现期P、汇水面积S、地表径流系数ψ以及场地周边地下水渗入流量Q_c，引入有效影响系数λ，计算修正设计流量Q_p1；根据管道流量计算方法计算排水管设计排水能力Q_p2；由Q_p2＝Q_p1求出排水管设计直径d_p；计算渗流流速v_s；将透水孔模拟为短管计算其理论计算流速v_t；由

求出透水孔理论计算直径d_t，根据工程经验确定透水孔设计直径d_s；本发明解决了在池盆效应中排水管开孔的设计问题，同时该方法不仅在池盆效应中应用，也可在其他需要埋设开孔透水管道的工程中应用，避免了盲目埋管的问题。

Description

一种盆池效应开孔排水管排水设计方法

技术领域

本发明涉及一种盆池效应开孔排水管排水设计方法，属于基坑工程排水技术领域。

背景技术

随着高层建筑地下空间的不断开发与利用，基坑开挖规模不断增大，破坏了场地地质环境与水文地质条件，改变和阻断了原有径流条件，导致暴雨季节地表水及地下水径流不畅，从而向基坑汇集，地下水位骤升，形成“盆池效应”，致使地下室底板开裂、隆起、渗水等一系列破坏，甚至致使地梁断裂破坏，严重影响了建筑物的正常和安全使用。

在建筑工程中“盆池效应”极易被忽略，缺乏排水预防措施，从而给建筑工程后期使用埋下安全隐患，给人民生命财产造成损失，因此在建设过程中对“盆池效应”进行合理的排水设计，做到提前预防十分必要。在池盆效应预防措施中采用埋管排水时，管道透水能力十分关键，对于本身不排水管道，需在管道上开设透水孔，透水孔的设计数量、设计直径、设计环向间距、设计纵向间距、埋管根数以及埋管长度都关系整个排水设计的成败，然而关于这方面的设计依据以及设计经验相对匮乏，设计中难以准确进行设计。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种盆池效应开孔排水管排水设计方法，该盆池效应开孔排水管排水设计方法能有效预防“池盆效应”对建筑物的破坏。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种盆池效应开孔排水管排水设计方法，包括以下步骤：

步骤一、根据场地特征计算设计流量Q_p1：

其中，Q_p1为设计流量；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ≤1.0；P为暴雨设计重现期；T为降雨历时；S为汇水面积；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量；A₁、C、b、n—暴雨强度参数；

步骤二、计算排水管排水能力Q_p2：

其中，Q_p2为排水管排水能力；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；n_p为排水管管壁粗糙度系数；i_p为排水管设计水力坡降；d_p为排水管设计直径；

步骤三、由Q_p2＝Q_p1计算排水管设计直径d_p：

其中，d_p为排水管设计直径；n_p为排水管管壁粗糙度系数；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ≤1.0；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；i_p为排水管设计水力坡降；T为降雨历时；P为暴雨设计重现期；S为汇水面积；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量；A₁、C、b、 n—暴雨强度参数；

步骤四、计算透水孔处土层渗流流速v_s：

v_s＝ki_s

其中，v_s为透水孔处的渗流速度(m/s)；k为土的渗透系数(m/s)； i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；

步骤五、将透水孔模拟为短管，计算其理论计算流速v_t：

其中，v_t为透水孔理论计算流速；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；d_t为透水孔理论计算直径；i_t为透水孔水力坡降；

步骤六、由

求出透水孔理论计算直径d_t，然后确定透水孔设计直径d_s：

其中，d_t为透水孔理论计算直径；μ为排水管道材料打孔率；i_t为透水孔水力坡降；k为土的渗透系数；i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；v_s为透水孔设计流速；

步骤七、计算总透水孔透水能力Q_tz：

其中，Q_tz为总透水孔透水能力；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；ξ为透水孔正常使用有效系数；Z_t透水孔设计数量；d_s为透水孔设计直径；i_t为透水孔水力坡降；

步骤八、由Q_tz＝Q_p1求出透水孔设计数量Z_t：

其中，Z_t为透水孔设计数量；ξ为透水孔正常使用有效系数；i_t为透水孔水力坡降；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数；T为降雨历时；P为暴雨设计重现期；S为汇水面积；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量；A₁、C、b、n—暴雨强度参数；d_s为透水孔设计直径；

步骤九、根据管道材料打孔率要求，求出透水孔理论计算环向间距x_t和纵向间距y_t：

其中，x_t为透水孔理论计算环向间距；μ为管道材料打孔率；d_s为透水孔设计直径；y_t为透水孔理论计算纵向间距；

步骤十、根据透水孔布置范围及透水孔总数，求出排水管理论计算长度l_p：

其中，l_p为排水管理论计算长度；d_p为排水管设计直径；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角；d_s为透水孔设计直径；x_t为透水孔理论计算环向间距；y_t为透水孔理论计算纵向间距；Z_t为透水孔设计数量；

步骤十一、根据排水管理论长度l_p与基坑排水周长C，求出设计长度l_s和设计根数N_s：

当l_p＜0.5C时，N_s＝1，l_s＝C；当(n-0.5)C＜l_p＜nC，且n为正整数时，N_s＝n，l_s＝nC；当nC＜l_p＜(n+0.5)C，且n为正整数时，若取N_s＝n，l_s＝nC，否则N_s＝n+1，l_s＝(n+1)C；

步骤十二、根据排水管设计长度与透水孔设计总数确定透水孔设计环向间距x_t和纵向间距y_t：

x_s＝2x_t

其中，y_s为透水孔理论计算纵向间距；x_t为透水孔理论计算环向间距；Z_t为透水孔设计数量；l_s为排水管设计长度；d_p为排水管设计直径；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角；x_t为透水孔理论计算环向间距；x_s为透水孔理论计算环向间距；d_s为透水孔设计直径；

所述管道设计直径为修正设计直径。

所述步骤五中，将透水孔模拟为短管计算其流速。

所述步骤七中，将透水孔模拟为短管计算其透水能力。

本发明的有益效果在于：在池盆效应中埋管排水设计时，对排水管透水孔的设计数量、设计直径、设计环向间距、设计纵向间距、埋管根数以及埋管长度提供了计算分析方法。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施方式中排水平面示意图；

图3为本发明实施方式中排水剖面示意图；

图4为本发明实施方式中排水管断面示意图；

图5为本发明实施方式中排水管展开示意图；

图中：1-汇水区域，2-基坑，3-地下室外墙，4-基坑底边线，5- 排水管基座，6-排水管，7-集水井，8-钢筋混凝土盖板，9-地下室底板，10-基坑侧壁，11-透水孔，12-排水管设计水位标高。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

实施例1

一种盆池效应开孔排水管排水设计方法适用于如图2和图3所示的排水布设，基坑2位于汇水区域1内，基坑开挖完成后进行测量放线确定地下室外墙3的位置，在基坑底边线4与地下室外墙3之间浇筑排水管基座5并布置排水管6，同时修建集水井7，集水井设钢筋混凝土盖板8，排水管6与集水井7连接，集水井7的集水通过抽排设施排出基坑2影响范围外，浇筑地下室底板9和地下室外墙3，最后在地下室外墙3与基坑侧壁10之间进行回填。所述排水管6在排水管基座5以上范围内开设透水孔11。

如图1所示，一种盆池效应开孔排水管排水设计方法，包括以下步骤：

步骤一、根据场地特征计算设计流量Q_p1：

公式中Q_p1为设计流量(L/s)；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ≤1.0；P为暴雨设计重现期(年)；T为降雨历时(min)； S为汇水面积(hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得。

步骤二、计算排水管排水能力Q_p2：

公式中Q_p2为排水管排水能力(L/s)；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；n_p为排水管管壁粗糙度系数；i_p为排水管设计水力坡降；d_p为排水管设计直径(m)；

步骤三、由Q_p2＝Q_p1计算排水管设计直径d_p：

公式中d_p为排水管设计直径(m)；n_p为排水管管壁粗糙度系数；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ≤1.0；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；i_p为排水管设计水力坡降；T为降雨历时(min)；P为暴雨设计重现期(年)；S为汇水面积(hm²))；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得；

步骤四、计算透水孔处土层渗流流速v_s：

v_s＝ki_s

公式中v_s为透水孔处的渗流速度(m/s)；k为土的渗透系数(m/s)； i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；

步骤五、将透水孔模拟为短管，计算其理论计算流速v_t：

公式中v_t为透水孔理论计算流速(m/s)；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；d_t为透水孔理论计算直径；i_t为透水孔水力坡降；

步骤六、由

求出透水孔理论计算直径d_t，然后确定透水孔设计直径d_s：

公式中d_t为透水孔理论计算直径(m)；μ为排水管道材料打孔率；i_t为透水孔水力坡降；k为土的渗透系数(m/s)；i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；

步骤七、计算总透水孔透水能力Q_tz：

公式中Q_tz为总透水孔透水能力(L/s)；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；ξ为透水孔正常使用有效系数；Z_t透水孔设计数量(个)；d_s为透水孔设计直径(m)；i_t为透水孔水力坡降；

步骤八、由Q_tz＝Q_p1求出透水孔设计数量Z_t：

公式中Z_t为透水孔设计数量(个)；ξ为透水孔正常使用有效系数； i_t为透水孔水力坡降；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数；T为降雨历时(min)；P为暴雨设计重现期(年)；S为汇水面积(hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得；d_s为透水孔设计直径(m)；

步骤九、根据管道材料打孔率要求，求出透水孔理论计算环向间距x_t和纵向间距y_t：

公式中x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；μ为管道材料打孔率； d_s为透水孔设计直径(m)；y_t为透水孔理论计算纵向间距(m)；

步骤十、根据透水孔布置范围及透水孔总数，求出排水管理论计算长度l_p：

公式中l_p为排水管理论计算长度(m)；d_p为排水管设计直径(m)；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角(°)；d_s为透水孔设计直径(m)； x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；y_t为透水孔理论计算纵向间距(m)；Z_t为透水孔设计数量(个)；

步骤十一、根据排水管理论长度l_p与基坑排水周长C，求出设计长度l_s和设计根数N_s：

当l_p＜0.5C时，N_s＝1，l_s＝C；当(n-0.5)C＜l_p＜nC，且n为正整数时，N_s＝n，l_s＝nC；当nC＜l_p＜(n+0.5)C，且n为正整数时，若取N_s＝n，l_s＝nC，否则N_s＝n+1，l_s＝(n+1)C；

步骤十二、根据排水管设计长度与透水孔设计总数确定透水孔设计环向间距x_t和纵向间距y_t：

x_s＝2x_t

x_s＝2x_t

公式中y_s为透水孔理论计算纵向间距(m)；x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；Z_t为透水孔设计数量(个)；l_s为排水管设计长度(m)； d_p为排水管设计直径(m)；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角(°)； x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；x_s为透水孔理论计算环向间距 (m)；

具体的，步骤一中应考虑场地周边地下水渗透的影响以及渗透后的实际影响系数，从而合理确定设计流量。

具体的，步骤三中管道设计直径为修正设计直径。

具体的，步骤五中将透水孔模拟为短管计算流速。

具体的，步骤六中建立渗流速度与透水孔流速的关系式。

具体的，步骤七将透水孔模拟为短管计算其透水能力。

具体的，步骤八建立设计流量与透水孔透水能力的关系求出透水孔总数量。

具体的，步骤九考虑打孔对材料刚度的影响即建立材料打孔率与直径及间距的关系求出理论环向和纵向间距。

具体的，步骤十求出排水管理论长度。

具体的，步骤十一根据理论长度与基坑排水周长的关系确定排水管设计长度及设计根数。

具体的，步骤十二求出透水孔设计环向间距及纵向间距。

由上所述，本发明通过修正设计流量及排水管设计直径，可以获取透水孔设计直径、数量、间距、长度及根数。

实施例2

一种盆池效应排水管排水设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：根据工程所处地区暴雨强度统计查表得到暴雨强度参数 A₁、C、b、n，另外根据场地及工程特征确定降雨历时T、设计暴雨重现期P、汇水面积S及地表径流系数ψ。由于引起池盆有效应的地表水虽以大气降雨为主，但管道渗漏、生活用水以及市政用水的不合理排放同样加剧池盆效应的形成，因此本方案不仅仅考虑大气降雨渗透流量Q_s，同时考虑场地周边地下水渗入流量Q_c，另外由于部分地下水可能沿基岩裂隙等其他通道流走，故本方案引入有效影响系数λ，根据下式计算出修正后的设计流量Q_p1。

公式中Q_p1为设计流量(L/s)；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ≤1.0；P为暴雨设计重现期(年)；T为降雨历时(min)； S为汇水面积(hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为其他地表水渗透流量 (L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得。

步骤二：排水设施选用圆形打孔排水管，排水管布置于基坑边缘，排水管与集水井连接，集水井安装抽水设施将水抽出基坑影响范围外。根据下式计算出排水管排水能力Q_p2。

公式中Q_p2为排水管排水能力(L/s)；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；n_p为排水管管壁粗糙度系数；i_p为排水管设计水力坡降；d_p为排水管设计直径(m)。

步骤三：要解决池盆效应问题，排水管排水能力应满足设计流量即Q_p2＝Q_p1，从而获取修正后的排水管设计直径d_p。

公式中d_p为排水管设计直径(m)；n_p为排水管管壁粗糙度系数；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ＜1.0；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；i_p为排水管设计水力坡降；T为降雨历时(min)；P为暴雨设计重现期(年)；S为汇水面积(hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得。

步骤四：根据下式计算地表水流经基坑回填土层的渗透流速v_s。

v_s＝ki_s

公式中v_s为透水孔处的渗流速度(m/s)；k为土的渗透系数(m/s)； i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度。

步骤五：将透水孔模拟为短管，根据下式计算透水孔的流速v_t。

公式中v_t为透水孔流速(m/s)；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；d_t为透水孔理论计算直径；i_t为透水孔水力坡降。

步骤六：由

求出透水孔理论计算直径d_t，根据工程经验取整确定设计直径d_s；

公式中d_t为透水孔理论计算直径(m)；μ为管道材料打孔率；i_t为透水孔水力坡降；k为土的渗透系数(m/s)；i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数。

步骤七：计算总透水孔透水能力Q_tz。

公式中Q_tz为总透水孔透水能力(L/s)；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；ξ为透水孔有效系数；Z_t透水孔设计数量(个)；d_s为透水孔设计直径(m)；i_t为透水孔水力坡降。

步骤八：由Q_tz＝Q_p1求出透水孔设计数量Z_t；

公式中Z_t为透水孔设计数量(个)；ξ为透水孔有效系数；i_t为透水孔水力坡降；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数；T为降雨历时(min)；P为暴雨设计重现期(年)；S为汇水面积(hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n —暴雨强度参数，查资料可得；d_s为透水孔设计直径(m)。

步骤九：透水孔布置太密影响降低管道抗压能力，因此根据管道材料打孔率要求求出透水孔理论计算环向间距x_t和纵向间距y_t；

公式中x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；μ为管道材料打孔率； d_s为透水孔设计直径(m)；y_t为透水孔理论计算纵向间距(m)。

步骤十：根据透水孔布置范围及透水孔总数求出排水管理论计算长度l_p；

公式中l_p为排水管理论计算长度(m)；d_p为排水管设计直径(m)；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角(°)；d_s为透水孔设计直径(m)； x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；y_t为透水孔理论计算纵向间距 (m)；Z_t为透水孔设计数量(个)。

步骤十一：根据排水管理论长度l_p与基坑排水周长C求出设计长度l_s和设计根数N_s；

当l_p＜0.5C时，N_s＝1，l_s＝C；当(n-0.5)C＜l_p＜nC(n为正整数)时，N_s＝n，l_s＝nC；当nC＜l_p＜(n+0.5)C(n为正整数)时，若取N_s＝n，l_s＝nC，则需提高排水管打孔率，并提高其抗压能力，否则N_s＝n+1，l_s＝(n+1)C。

步骤十二：根据排水管设计长度与透水孔设计总数确定透水孔设计环向间距x_s和纵向间距y_s；

x_s＝2x_t

公式中y_s为透水孔理论计算纵向间距(m)；x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；Z_t为透水孔设计数量(个)；l_s为排水管设计长度(m)； d_p为排水管设计直径(m)；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角(°)； x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；x_s为透水孔理论计算环向间距 (m)，透水孔分别距两端

实施例3

一种池盆效应开孔排水管排水设计方法，具体实施过程如下：

在步骤一中由工程所处地区暴雨强度参数A₁、C、b、n，以及降雨历时T和设计暴雨重现期P，根据下式求出暴雨强度q。

公式中q为设计暴雨强度[L/(s.hm²)]；T为降雨历时(min)；P 为暴雨设计重现期(年)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得。

根据场地周围地形地貌特征确定汇水面积S及地表径流系数ψ，根据下式求出雨水渗透流量Q_s。

Q_s＝qS(1-ψ)——————式1.2

公式中Q_s为雨水渗透流量(L/s)；q为设计暴雨强度[L/(s.hm²)]；ψ为地表径流系数；S为汇水面积(hm²)。

将式1.1代入式1.2求出雨水渗透流量Q_s如下：

公式中Q_s为雨水渗透流量(L/s)；T为降雨历时(min)；P为暴雨设计重现期(年)；S为汇水面积(s.hm²)；ψ为地表径流系数。

整个设计中除考虑大气降雨的主要影响外，同时考虑场地周边地下水渗入流量的影响，同时由于岩土裂隙透水通道等影响，根据地质条件确定地表水渗透对基坑的有效影响系数λ，修正设计流量Q_p1。

Q_p1＝λ(Q_s+Q_c)——————式1.4

公式中Q_p1为设计流量(L/s)；Q_s为雨水渗透流量(L/s)；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；λ为地表水渗透对基坑的有效影响系数，λ＜1.0。

将式1.3带入1.4求出设计流量如下：

公式中Q_p1为设计流量(L/s)；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ＜1.0；P为暴雨设计重现期(年)；T为降雨历时(min)； S为汇水面积(s.hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得。

在步骤二中根据下列公式计算排水管排水能力Q_p2。

公式中R_p为排水管水力半径(m)；d_p为排水管设计直径(m)；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角。

公式中v_p为排水管流速(m/s)；n_p为排水管管壁粗糙度系数；R_p为排水管水力半径(m)；i_p为排水管设计水力坡降。

公式中F_p为排水管过水断面面积(m²)；d_p为排水管设计直径 (m)；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角。

Q_p2＝1000F_pv_p——————式2.4

公式中Q_p2为排水管排水能力(L/s)；F_p为排水管过水断面面积 (m²)；v_p为排水管流速(m/s)。

将式2.1～2.3代入式2.4求出排水管排水能力如下：

在步骤三中排水管排水能力应满足设计流量要求即Q_p1＝Q_p2，将式1.5和式2.5代入推导出排水管修正设计直径d_p。

公式中d_p为排水管设计直径(m)；n_p为排水管管壁粗糙度系数；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ＜1.0；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；i_p为排水管设计水力坡降；T为降雨历时(min)；P为暴雨设计重现期(年)；S为汇水面积(hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得。

在步骤四中透水孔处土层渗流流速：

v_s＝ki_s——————式4.1

公式中v_s为透水孔处的渗流速度(m/s)；k为土的渗透系数(m/s)； i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度。

在步骤五中将透水孔模拟为短管，根据下列公式计算其流速v_t；

公式中R_t为透水孔水力半径(m)；d_t为透水孔理论计算直径(m)。

公式中v_t为透水孔理论计算流速(m/s)；R_t为透水孔水力半径 (m)；i_t为透水孔水力坡降；n_t为透水孔孔管壁粗糙度系数。

将式5.1代入式5.2求出透水孔流速如下：

公式中v_t为透水孔理论计算流速(m/s)；n_t为透水孔孔管壁粗糙度系数；d_t为透水孔理论计算直径(m)；i_t为透水孔水力坡降。

在步骤六中建立透水孔处渗透流速与透水孔理论计算流速关系式即

将式4.1和式5.3带入求出透水孔理论计算直径d_t，根据工程经验确定透水孔设计直径d_s，d_s≥d_T；

公式中d_t为透水孔理论计算直径(m)；μ为排水管管道材料打孔率；i_t为透水孔水力坡降；k为土层渗透系数(m/s)；i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；n_t为透水孔孔管壁粗糙度系数。

在步骤七中设透水孔总数量为Z_t，根据步骤六中确定的透水孔设计直径d_s通过下列公式计算总透水孔透水能力Q_Tz；

公式中R_t为透水孔水力半径(m)；d_s为透水孔设计直径(m)。

公式中v_s为透水孔设计流速(m/s)；R_t为透水孔水力半径(m)； i_t为透水孔水力坡降；n_t为透水孔孔管壁粗糙度系数。

将式5.1代入式5.2求出透水孔流速如下：

公式中v_t为透水孔设计流速(m/s)；n_t为透水孔孔管壁粗糙度系数；d_s为透水孔设计直径(m)；i_t为透水孔水力坡降。

公式中F_t为单个透水孔过水断面面积(m²)；d_s为透水孔设计直径(m)。

Q_td＝1000F_tv_s——————式7.5

公式中Q_td为单个透水孔透水(短管排水)能力(L/s)；F_t为单个透水孔过水断面面积(m²)；v_t为透水孔设计流速(m/s)。

由于部分透水孔难免存在堵塞破坏的情况，故考虑透水孔正常使用有效系数ξ，排水管透水(短管排水)能力计算式如下：

Q_tz＝ξZ_tQ_td——————式7.6

公式中Q_tz为排水管透水能力(L/s)；ξ为透水孔正常使用有效系数；Z_t为透水孔设计数量(个)；Q_td为单个透水孔透水(短管排水) 能力(L/s)。

将式7.3、7.4、7.5带入式7.6求出排水管透水能力如下：

公式中Q_tz为总透水孔透水能力(L/s)；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；ξ为透水孔有效系数；Z_t透水孔设计数量(个)；d_s为透水孔设计直径(m)；i_t为透水孔模拟的短管水力坡降。

在步骤八中透水能力应满足设计流量，即有Q_tz＝Q_p1，将式7.7 和式1.5带入求出透水孔设计数量Z_t：

公式中Z_t为透水孔设计数量(个)；ξ为透水孔正常使用有效系数； i_t为透水孔水力坡降；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数；T为降雨历时(min)；P为暴雨设计重现期(年)；S为汇水面积(hm²)；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量(L/s)；A₁、C、b、n—暴雨强度参数，查资料可得；d_s为透水孔设计直径(m)。

在步骤九中为确保排水管道抗压能力，排水管打孔率应满足材料打孔率要求，根据下列公式求出透水孔理论计算环向间距x_t和纵向间距y_t如下。

x_t＝y_t——————式9.2

公式中μ为管道材料打孔率；x_t为透水孔理论计算环向间距(m)； y_t为透水孔理论计算纵向间距(m)；d_s为透水孔设计直径(m)。

将式9.2代入式9.1求出透水孔理论计算环向间距xt和纵向间距y_t如下：

公式中x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；μ为管道材料打孔率； d_s为透水孔设计直径(m)；y_t为透水孔理论计算纵向间距(m)。

在步骤十中根据透水孔设计数量、环向间距、纵向间距及环向布置范围通过下列公式求出排水管理论计算长度l_p。

理论计算环向孔数：

理论计算纵向排数：

理论计算排水管长度：

公式中l_p为排水管理论计算长度(m)；d_p为排水管设计直径(m)；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角(°)；d_s为透水孔设计直径(m)； x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；y_t为透水孔理论计算纵向间距 (m)；Z_t为透水孔设计数量(个)，透水孔分别距两端

在步骤十一中根据排水管理论长度l_p与基坑排水周长C求出排水管设计长度l_s和排水管设计根数N_s。

当l_p＜0.5C时，N_s＝1，l_s＝C；当(n-0.5)C＜l_p＜nC(n为正整数)时，N_s＝n，l_s＝nC；当nC＜l_p＜(n+0.5)C(n为正整数)时，若取N_s＝n，l_s＝nC，则需提高排水管打孔率，并提高其刚度。否则 N_s＝n+1，l_s＝(n+1)C。

在步骤十二中根据排水管设计长度与透水孔设计总数通过下列公式确定透水孔设计环向间距x_s和纵向间距y_s。

理论计算环向孔数：

理论计算纵向排数：

纵向设计间距：

环向相邻孔错开布置，环向设计间距：x_s＝2x_t——————式 12.4

公式中y_s为透水孔设计纵向间距(m)；x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；Z_t为透水孔设计数量(个)；l_s为排水管设计长度(m)；d_p为排水管设计直径(m)；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角(°)； x_t为透水孔理论计算环向间距(m)；x_s为透水孔设计环向间距(m)。

实施例4

由上所述，本发明具体的操作步骤为：

步骤一、根据地区暴雨强度参数、降雨历时以及设计暴雨重现期，将相关参数代入式1.1得暴雨强度：

根据场地周围地形地貌特征确定汇水面积S＝36.6hm²，地表径流系数ψ＝0.4，将相关数值代入式1.2得雨水渗透流量： Q_s＝qS(1-ψ)＝112×36.6×(1-0.4)＝2459.52L/s

或将相关数值代入1.3同样得雨水渗透流量：

场地周边地下水渗入流量取Q_c＝367L/s，渗透影响系数λ＝0.9，将相关参数代入式1.4得修正设计流量： Q_p1＝λ(Q_s+Q_c)＝0.9×(2459.52+367)＝2543.868L/s

或将相关参数代入式1.5同样得修正设计流量：

步骤二、排水管设计直径记为d_p，设计水位高记为h_p，如图4所示θ_p＝118°，水力半径记为R_p，水力坡降i_p＝0.03，管壁粗糙度系数 n_p＝0.01。

将相关参数代入式2.1得排水管水力半径：

将相关参数代入式2.2得排水管流速：

将相关参数代入式2.3得排水管过水断面面积：

将相关参数代入式2.4得排水管排水能力：

或将相关参数代入式2.5同样得排水管排水能力：

步骤三中、排水管排水能力应满足设计流量要求即Q_p2＝Q_p1，将式1.5(式1.4)和式2.5(式2.4)计算结果代入得

解得dp＝0.788m≈800mm

或将相关参数代入式3.1同样解得排水管设计直径：

步骤四、回填土渗透系数取k＝0.1m/s，渗透水力坡降取i_s＝1，将参数带入式4.1得

v_s＝ki_s＝0.1m/s

步骤五、将透水孔模拟为短管进行计算，透水孔理论计算直径为 d_t，水力半径为R_t，水力坡降统一取i_t＝0.5，孔壁粗糙度系数取 n_t＝0.01。

根据式5.1得透水孔水力半径：

将相关参数代入式5.2得透水孔透水流速：

或将相关参数直接带入式5.3得：

步骤六、排水管打孔率取μ＝0.1，将式4.1和式5.2(5.3)计算结果带入式

求得

根据工程经验取透水孔设计直径d_s＝10mm

步骤七、透水孔水力坡度统一取i_t＝0.5，孔壁粗糙度系数取 n_t＝0.01，透水孔设计直径取d_s＝0.01m，透水孔正常使用有效系数取ξ＝0.7。

将相关参数代入式7.1得透水孔水力半径

将相关参数代入式7.2得透水孔设计流速

或将相关参数直接带入7.3得透水孔设计流速

将相关参数代入式7.4得单个透水孔过水断面面积

将相关参数代入式7.5得单个透水孔透水能力 Q_td＝1000F_tv_s＝1000×0.0000785×1.3＝0.102L/s

将相关参数代入式7.6得所有透水孔透水能力 Q_tz＝ξZ_tQ_td＝0.7×0.102Z_t＝0.0714Z_t

或将相关参数直接代入式7.7得所有透水孔透水能力

步骤八、透水能力应满足设计流量，即有Q_tz＝Q_p1，将式7.6(7.7) 和式1.5代入得

或将相关参数代入式8.1得

步骤九、透水孔打孔率取μ＝0.1，设计直径取d_s＝0.01，将相关参数代入式9.3和式9.4得

步骤十、透水孔布置于基座以上管道范围如图4、图5，所对应圆心角为360-θ_j，θ_j＝90，透水孔理论计算环向间距x_t＝0.028，理论计算纵向间距y_t＝0.028，设计透水孔数量Z_t＝35628，设计排水管直径d_p＝0.8m，透水孔设计直径d_s＝0.01。

将相关参数代入式10.1得理论计算环向孔数：

将相关参数代入式10.2得理论计算纵向排数：

将相关参数代入式10.3得理论计算排水管长度：

步骤十一、基坑排水周长取C＝1123m，l_p＜0.5C，因此排水管根数N_s＝1，排水管实际长度l_s＝1123m。

步骤十二、透水孔布置于基座以上管道范围如图4、图5，所对应圆心角为360-θ_j，θ_j＝90，透水孔理论计算环向间距x_t＝0.028，理论计算纵向间距y_t＝0.028，设计透水孔数量Z_t＝35628，设计排水管直径d_p＝0.8m，透水孔设计直径d_s＝0.01，排水管设计长度 l_s＝1123。

将相关参数代入式12.1得理论计算环向孔数：

将相关参数代入式12.2得理论计算纵向排数：

将相关参数代入式12.3得纵向设计间距：

环向相邻孔错开布置，将相关参数代入式12.4得环向设计间距：

x_s＝2×0.028＝0.056m＝56mm 。

Claims (4)

1.一种盆池效应开孔排水管排水设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、根据场地特征计算设计流量Q_p1：

其中，Q_p1为设计流量；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ≤1.0；P为暴雨设计重现期；T为降雨历时；S为汇水面积；φ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量；A₁、C、b、n-暴雨强度参数；

步骤二、计算排水管排水能力Q_p2：

其中，Q_p2为排水管排水能力；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；n_p为排水管管壁粗糙度系数；i_p为排水管设计水力坡降；d_p为排水管设计直径；

步骤三、由Q_p2＝Q_p1计算排水管设计直径d_p：

其中，d_p为排水管设计直径；n_p为排水管管壁粗糙度系数；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数，λ≤1.0；θ_p为排水管竖直方向的半径绕圆心逆时针旋转至排水管设计水位标高的旋转角；i_p为排水管设计水力坡降；T为降雨历时；P为暴雨设计重现期；S为汇水面积；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量；A₁、C、b、n-暴雨强度参数；

步骤四、计算透水孔处土层渗流流速v_s：

v_s＝ki_s

其中，v_s为透水孔处的渗流速度(m/s)；k为土的渗透系数(m/s)；i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；

步骤五、将透水孔模拟为短管，计算其理论计算流速v_t：

其中，v_t为透水孔理论计算流速；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；d_t为透水孔理论计算直径；i_t为透水孔水力坡降；

步骤六、由

求出透水孔理论计算直径d_t，然后确定透水孔设计直径d_s：

其中，d_t为透水孔理论计算直径；μ为排水管道材料打孔率；i_t为透水孔水力坡降；k为土的渗透系数；i_s为地表到透水孔埋深处的水力坡度；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；v_s为透水孔设计流速；

步骤七、计算总透水孔透水能力Q_tz：

其中，Q_tz为总透水孔透水能力；n_t为透水孔孔壁粗糙度系数；ξ为透水孔正常使用有效系数；Z_t透水孔设计数量；d_s为透水孔设计直径；i_t为透水孔水力坡降；

步骤八、由Q_tz＝Q_p1求出透水孔设计数量Z_t：

其中，Z_t为透水孔设计数量；ξ为透水孔正常使用有效系数；i_t为透水孔水力坡降；λ为地表水渗透后对基坑的有效影响系数；T为降雨历时；P为暴雨设计重现期；S为汇水面积；ψ为地表径流系数；Q_c为场地周边地下水渗入流量；A₁、C、b、n-暴雨强度参数；d_s为透水孔设计直径；

步骤九、根据管道材料打孔率要求，求出透水孔理论计算环向间距x_t和纵向间距y_t：

其中，x_t为透水孔理论计算环向间距；μ为管道材料打孔率；d_s为透水孔设计直径；y_t为透水孔理论计算纵向间距；

步骤十、根据透水孔布置范围及透水孔总数，求出排水管理论计算长度l_p：

其中，l_p为排水管理论计算长度；d_p为排水管设计直径；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角；d_s为透水孔设计直径；x_t为透水孔理论计算环向间距；y_t为透水孔理论计算纵向间距；Z_t为透水孔设计数量；

步骤十一、根据排水管理论长度l_p与基坑排水周长C，求出设计长度l_s和设计根数N_s：

当l_p＜0.5C时，N_s＝1，l_s＝C；当(n-0.5)C＜l_p＜nC，且n为正整数时，N_s＝n，l_s＝nC；当nC＜l_p＜(n+0.5)C，且n为正整数时，若取N_s＝n，l_s＝nC，否则N_s＝n+1，l_s＝(n+1)C；

步骤十二、根据排水管设计长度与透水孔设计总数确定透水孔设计环向间距x_t和纵向间距y_t：

x_s＝2x_t

其中，y_s为透水孔理论计算纵向间距；x_t为透水孔理论计算环向间距；Z_t为透水孔设计数量；l_s为排水管设计长度；d_p为排水管设计直径；θ_j为基座范围所对应的排水管圆心角；x_t为透水孔理论计算环向间距；x_s为透水孔理论计算环向间距；d_s为透水孔设计直径。

2.如权利要求1所述的盆池效应开孔排水管排水设计方法，其特征在于：所述管道设计直径为修正设计直径。

3.如权利要求1所述的盆池效应开孔排水管排水设计方法，其特征在于：所述步骤五中，将透水孔模拟为短管计算其流速。

4.如权利要求1所述的盆池效应开孔排水管排水设计方法，其特征在于：所述步骤七中，将透水孔模拟为短管计算其透水能力。

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