CN114250798A - 一种含层流补给源的地层中基坑降水施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于基坑降水开挖施工领域，具体涉及一种含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，该方法是对基坑分层开挖，在开挖含水层时，将含水层划分为两个以上开挖段进行降水及开挖，据各开挖段的地层补水速度采用以下方式对相应开挖段进行降水：方式①，先采用管井预降水，后由集水坑明排水接续排水降水；方式②，先采用管井预降水，在管井预降水结束前，投入集水坑明排水协同降水，协同设定时间后，采用集水坑明排水降水；方式③，先采用管井预降水，在管井预降水结束前，投入集水坑明排水协同降水，管井降水至少持续至该开挖段开挖完成；方式①、方式②、方式③所对应的开挖段的地层补水速度依次增大，实现在工期内低成本、环境友好型的降水。

Description

一种含层流补给源的地层中基坑降水施工方法

技术领域

本发明属于基坑降水开挖施工领域，具体涉及一种含层流补给源的地层中基坑降水施工方法。

背景技术

基坑开挖到一定深度后会遇到地下水，此时需要进行降水处理，尤其是在含层流补给源的地层中挖深基坑，如在含层流补给源的卵石地层中挖深基坑，卵石地层渗透系数较大，在开挖至卵石地层后在层流补给源所在补给方向上会有较大的涌水量，必须进行降水处理。

现有技术中常用的降水方式有管井抽水式和集水坑明排式，其中，管井抽水式为在基坑内外开挖管井，在管井内下入抽水泵进行抽水，这种方式的优点在于能够实现快速降水，但是存在打井成本高、位于基坑内的管井会对基坑的开挖造成不便的缺点；集水坑明排水是在基坑开挖面上开挖集水坑，使待开挖土层内的水涌至集水坑内然后再通过抽水设备排出去，这样的排水方式的优点在于集水坑开挖方便、成本低，弊端在于降水速度慢，工期压力较大。单独采用管井降水和集水坑明排法都不能很好地适应工程要求，因此现有技术中会将管井抽水和集水坑明排配合使用，如授权公告号为CN213267959U、授权公告日为2021年05月25日的中国实用新型专利公开的一种地下水位上升后已经完成基坑底部排水综合系统，该综合系统包括设置在基坑外围的管井以及已经设置在基坑内的集水坑，采用这样的系统进行降水，相较于纯管井降水能够减少管井的数量，降低成本，相较于纯集水坑明排水能够实现更加快速的排水，具有更快的排水速度。

上述现有技术中是为了应对地下水位突升，管井降水系统无法满足排水需求的情况下提出的。此外，现有技术中也存在施工过程中全程采用管井与集水坑协同的方式进行降水的方法，但是在实际工作时，此类排水系统的管井自始至终工作，对于开挖在含层流补给源的地层中的基坑，其远离层流补给源的部分涌水量并不大，如果全程开管井会抽出大量的地下水，造成地下水浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，以实现在工期内对含层流补给源的地层中基坑低成本的降水，与此同时尽可能地避免对地下水资源造成浪费。

为实现上述目的，本发明所提供的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法的技术方案是：

一种含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，该方法是对基坑进行分层开挖，在进行含水层开挖时，将含水层划分为两个以上开挖段进行降水及开挖，根据各开挖段的地层补水速度采用以下方式对相应开挖段进行降水：方式①，先采用管井预降水，后由集水坑明排水接续排水降水；方式②，先采用管井预降水，在管井预降水结束前，投入集水坑明排水协同降水，协同设定时间后，采用集水坑明排水降水；方式③，先采用管井预降水，在管井预降水结束前，投入集水坑明排水协同降水，管井降水至少持续至该开挖段开挖完成；所述方式①、方式②、方式③所对应的开挖段的地层补水速度依次增大。

有益效果是：采用管井预降水，能够实现高效、快速的降水，与此同时，对于基坑内区域在开挖面上开挖集水坑，通过集水坑进行明排水，相较于在基坑内开挖管井，开挖集水坑施工成本更低，实现低成本的降水，如此通过管井与集水坑的配合能够实现在不耽误工期的前提下通过尽可能低的成本进行基坑降水，在此基础上，对基坑进行分段开挖，根据各开挖段的补水速度制定个性化的排水方案进行区别降水，对于补给速度慢的开挖段，管井工作时间更短，尽可能地减少管井的使用，如此可避免对地下水过多开采，实现环境友好型的降水。

作为进一步地改进，对含水层的各开挖段的划分是依据该含水层各区域的地下水补给速度进行的，相邻开挖段中靠前的一个地下水补给速度小于另一个的地下水补给速度。

有益效果是：按照地下水补给速度划分开挖段，便于对具有相同或者相近的地下水补给速度的区段进行统一管理制定相应的降水方式，简化整个基坑的降水方案。

作为进一步地改进，对处于层流补给路径上的开挖段采用所述方式③进行降水，此时所述管井降水工作至基坑回填且所有基础后浇带完全封闭施工完成后关闭。

有益效果是：处于层流补给路径上的开挖段的补水速度较快，基于此选择方式③进行降水能够保证最快的降水速度，从而尽可能地避免出现降水慢而影响工期的情况。

作为进一步地改进，各集水坑开挖在对应位置处的建筑基础设计位置。

有益效果是：修建建筑基础时将集水坑利用起来，可以减少土方开挖施工作业量，降低施工成本的同时提高施工效率。

作为进一步地改进，开挖过程中，同步对集水坑进行加深，使集水坑的坑底与开挖面始终保持设定高度差。

有益效果是：在开挖时对集水坑同步进行加深，分层开挖过程中完成上一层的开挖后，直接在待开挖层上形成集水坑，实现对待开挖层及时的排水降水，提高基坑开挖效率。

作为进一步地改进，所述集水坑深度为1.5m。

有益效果是：集水坑设置为1.5m，在不超过开挖面上挖坑深度要求的前提下保证集水坑具有尽可能大的降水能力，减少对集水坑坑底进行加深的开挖操作次数，保证施工速度。

作为进一步地改进，在水位面下降到开挖面以下1-2m时进行土方开挖工作。

有益效果是：水位面降1-2m后再进行土方开挖，保证一次开挖施工能够进行较大土方量的开挖，避免出现多次小土方量开挖的情况而导致施工效率低。

作为进一步地改进，在基坑周围开挖排水沟，将从集水坑和管井内抽出的水排至排水沟内。

有益效果是：将从集水坑和管井内抽出的水统一通过排水沟进行排放，无需针对管井降水系统和明排降水系统分别设置排水通道，便于对抽出来的地下水进行处理，同时降低施作排水系统的工作量。

作为进一步地改进，各开挖段面积相等。

有益效果是：在针对各开挖段制定个性化排水方案的同时，尽量减小各段之间排水方案的差异性，提高基坑排水方案制定的方便性。

作为进一步地改进，在开挖前通过基坑基底标高低于水位线的区域周围所设的管井进行整体预降水，或者针对各开挖段在开挖前通过该开挖段周围的管井对该开挖段进行降水。

有益效果是：各开挖段统一预降水，在进行分段开挖时，按照地层补水速度的快慢顺序进行开挖，补水速度慢的先开挖，补水速度快的后开挖，如此使得各开挖段能够得到合适时间的预降水。而采用针对各开挖段进行单独降水的方式，能够根据该开挖段的实际涌水情况确定合适的预降水时间，避免预降水时间过长而导致地下水浪费。

附图说明

图1为本发明中含层流补给源的地层中基坑降水施工方法实施例1所对应的降水系统在对应的基坑中布置的平面图；

图2为图1中管井的结构示意图；

图3为本发明中含层流补给源的地层中基坑降水施工方法实施例1在第n层上施作集水坑的示意图；

图4为图1中明排降水系统的集水坑的结构示意图；

图5为图1中明排降水系统的排水沟的结构示意图；

图6为本发明中含层流补给源的地层中基坑降水施工方法实施例1在第n+1层上施作集水坑的示意图；

附图标记说明：

1、基坑；2、围护桩；3、管井；4、无砂混凝土管；5、沉沙管；6、滤水管；7、潜水泵；8、支管；9、钢筋网盖板；10、主管网；11、水表；12、抑制阀；13、第一开挖段；14、第二开挖段；15、第三开挖段；16、第四开挖段；17、第五开挖段；18、第六开挖段；19、第七开挖段；20、明排降水系统；21、卵石层；22、集水坑；23、排水沟；24、明排支管；25、蒸压粉煤灰砖；26、M10砂浆抹面；27、基底标高。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法的具体实施例1，本实施例中，以在含层流补给源的卵石地层中开挖深基坑为例对本发明中含层流补给源的地层中基坑降水施工方法进行介绍，具体如下：

如图1所示，在基坑1的基底标高位于地下水位线以下的部分的外围设置有围护桩2，开挖前在围护桩2外侧设置由管井3组成的管井排水系统，管井3的数量计算方法如下：

首先计算基坑1的总涌水量Q：

Q＝π×k×(2H-s_d)×s_d/ln(1+R/r₀)

计算单个管井3的单井出水量q₀：

计算管井3的数量n：

n＝1.1Q/q₀

其中k—渗透系数；

H—潜水含水层厚度；

s_d—基坑水位降低值；

R—影响半径，

s_w—井水位降深；

r₀—基坑等效半径，

A—为基坑需要进行降水区域的面积；

r_s—过滤器半径；

l—过滤器进水部分长度；

其中l₁为每一个开挖段的长度，单位为m；

k为渗透系数，m/d；

t为每一开挖段需提前施作排水系统的时间，单位为d。

管井3的结构如图2所示，包括由无砂混凝土管4构成的井壁，管井3的井底为沉沙管5，沉沙管5上侧为滤水管6，管井3开挖完成后，下入潜水泵7，潜水泵7接支管8，支管8具体可为水带，并在井口盖上钢筋网盖板9。支管8接入主管网10，支管8位于井口以上的部分上接有水表11和抑制阀12。

如图1所示，确定地下水的层流补给方向(图1中箭头所示)，基坑1部分位于层流补给方向上，导致该部分的涌水量很大，地下水补给速度快，其余部分距离层流补给源的层流补给方向越来越远，涌水量逐渐减小，地下水补给速度逐渐减慢，基于此，按照地下水补给速度对基坑的开挖层进行分段，本实施例中，将基坑开挖层具体分为七个开挖段，分别为第一开挖段13、第二开挖段14、第三开挖段15、第四开挖段16、第五开挖段17、第六开挖段18及第七开挖段19，开挖时对基坑进行分层开挖。基底标高为27，本实施例中，基坑1的第一开挖段13基底深度为8米，第二开挖段14、第三开挖段15、第四开挖段16、第五开挖段17、第六开挖段18及第七开挖段19的基底深度为15米左右。

其中，第一开挖段13距离层流补给源的层流补给方向最远，且其基底标高没有达到地下水位，开挖过程中不存在地下水补水，因此在对第一开挖段13进行开挖时不需要进行降水处理。

第二开挖段14和第三开挖段15基底标高达到了地下水位线以下，但是其二者不在层流补给源的主要补给方向上，距离层流补给源的层流补给方向较远，实际涌水量很小，持续补给能力很弱，对此两段进行开挖时，首先利用管井排水系统提前t天进行预降水，稳定持续地降低地下水位线，达到深基坑开挖深度后进行基坑土方开挖，如图3所示，在土方开挖到第n层卵石含水层时，开始在该层施作如图1所示的明排降水系统20，明排降水系统20包括如图4所示的在卵石层21上开挖的用于明排水的集水坑22，在基坑1周围开挖如图5所示的排水沟23，在集水坑22内下入抽水泵进行强排，抽水泵通过明排支管24将水排入排水沟23内。本实施例中，集水坑21深1.5m。排水沟23深0.3m，基底为蒸压粉煤灰砖25，壁面为M10砂浆抹面26。在明排降水系统20投入使用的同时，关闭所开挖区段周围的管井3，当水位下至基坑开挖面下1-2m时，停止明排降水系统20，进行第n层的土方开挖工作，在开挖长度满足地n+1层施工作业面后，及时提前在第n+1层处施作明排降水系统，如图6所示，重复第n层的施工过程，依次类推。

第四开挖段16和第五开挖段17基底标高也达到了地下水位线以下，其开挖段施工过程与第二开挖段14和第三开挖段15几乎相同，所不同的是，相较于第二开挖段14和第三开挖段15，第四开挖段16和第五开挖段17较靠近于层流补给主要区域，对比第二开挖段14和第三开挖段15其涌水量有较高的提升，因此，在对第四开挖段16和第五开挖段17进行开挖时，同样需要提前t天进行预降水，稳定持续地降低地下水位线，达到深基坑开挖深度后进行基坑土方开挖，在土方开挖到第n层卵石含水层时，开始在该层施作明排降水系统20，由于涌水量相对较大，因此，在明排降水系统20工作时并不关闭周围的管井，而是使明排降水系统20和周围的管井3共同工作一段时间，直至明排降水系统20能够稳定降低地下水位线后再关闭周围的管井3，后续仅依靠明排降水系统20进行降水，形成一段较为短暂的管井3和明排降水系统20共同工作的降水方式。

第六开挖段18及第七开挖段19位于层流补给的主要区域，潜水进行持续稳定补给，涌水量较大，对于这样的开挖段，提前t天进行预降水，稳定持续地降低地下水位线，达到深基坑开挖深度后进行基坑土方开挖，不同于其他区域，在开挖至卵石含水层后，基坑内施作明排降水系统20进行降水，与此同时，保持周围管井3持续工作，形成管井和明排联合共同工作的降水方式，直至基坑回填且所有基础后浇带完全封闭施工完成后可停止管井降水。

也就是说，按照地下水补给能力的不同，将基坑分成不同的开挖段，按照补水能力越弱管井使用时间越短的原则进行降水。这样的降水方式，基坑外管井3和基坑内集水坑22配合，保证不耽误工期的前提下尽可能地降低降水成本，更重要地，针对不同的区域采用不同的管井和明排联合工作方式进行区别降水，能够避免所有管井3持续抽水而过度开采地下水，进而能够有效地避免地下水资源的浪费，还控制了管井用电。并且这样的降水系统能够有效地截断层流补给，实现有效降水，不需要在基坑周围做止水帷幕，降低成本，缩短工期。

为了减小基坑开挖的工作量，提高工作效率，本实施例中，集水坑22开挖在其对应位置处的建筑基础的设计位置，这样在施作建筑基础时直接将集水坑22利用起来，减小施作建筑基础时土方的开挖量。另外，集水坑22的深度随开挖进度同步调整，使集水坑22的底与开挖面始终保持1.5m的高度差。

对于预降水，本实施例中是所有管井3同时开启进行预降水，由于同一土层的第二开挖段14、第三开挖段15、第四开挖段16、第五开挖段17、第六开挖段18及第七开挖段19是依序开挖，如此使得涌水量大的开挖段的预降水时间较涌水量小的开挖段预降水时间更长，得到可靠的预降水。当然，在其他实施例中，还可以针对各开挖段进行针对性的预降水，如开挖第二开挖段时先通过第二开挖段周围的管井进行预降水，稳定持续地降低地下水位线，达到深基坑开挖深度后进行基坑土方开挖；在开挖第三开挖段时，通过第三开挖段周围的管井进行预降水，稳定持续地降低地下水位线，达到深基坑开挖深度后进行基坑土方开挖。第四开挖段、第五开挖段、第六开挖段及第七开挖段的开挖亦是如此。

以上是以在含层流补给源的卵石地层中开挖深基坑为例对本发明中含层流补给源的地层中基坑降水施工方法进行介绍，旨在讲明本发明中含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，也就是说，该方法可用于对任何含层流补给源的地层中基坑的降水施工。

本发明所提供的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法的具体实施例2，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，集水坑的深度为1.5m。在本实施例中，集水坑的深度小于1.5m。

本发明所提供的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法的具体实施例3，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，集水坑开挖在其对应位置处的建筑基础的设计位置。在本实施例中，集水坑开挖在非建筑基础的设计位置。

本发明所提供的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法的具体实施例4，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，以将基坑分为七个开挖段为例进行方案的介绍。在本实施例中，将基坑分为四个开挖段，其中，实施例1中的第一开挖段构成本实施例中的第一开挖段，实施例1中的第二、第三开挖段构成本实施例中的第二开挖段，实施例1中的第四、第五开挖段构成本实施例中的第三开挖段，实施例1中的第六、第七开挖段构成本实施例中的第四开挖段。当然，在其他实施例中，按照地下水补给速度可以将基坑的开挖层分成其他数量的开挖段，如多于七个，也可以少于四个，当然也可以在四个和七个之间。

本发明所提供的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法的具体实施例5，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，对含水层的各开挖段的划分是依据该含水层各区域的地下水补给速度进行的，本实施例中，按照其他原则对含水层进行各开挖段的划分，如以便于土方运出的原则。无论按照何种原则，各开挖段的降水方式都是按照实际的涌水情况选择管井与集水坑配合的方式。

本发明所提供的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法的具体实施例6，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中各开挖段的面积相等或者接近，本实施例中，各开挖段的面积不同。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，该方法是对基坑进行分层开挖，其特征是，在进行含水层开挖时，将含水层划分为两个以上开挖段进行降水及开挖，根据各开挖段的地层补水速度采用以下方式对相应开挖段进行降水：方式①，先采用管井预降水，后由集水坑明排水接续排水降水；方式②，先采用管井预降水，在管井预降水结束前，投入集水坑明排水协同降水，协同设定时间后，采用集水坑明排水降水；方式③，先采用管井预降水，在管井预降水结束前，投入集水坑明排水协同降水，管井降水至少持续至该开挖段开挖完成；所述方式①、方式②、方式③所对应的开挖段的地层补水速度依次增大。

2.根据权利要求1所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，对含水层的各开挖段的划分是依据该含水层各区域的地下水补给速度进行的，相邻开挖段中靠前的一个地下水补给速度小于另一个的地下水补给速度。

3.根据权利要求2所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，对处于层流补给路径上的开挖段采用所述方式③进行降水，此时所述管井降水工作至基坑回填且所有基础后浇带完全封闭施工完成后关闭。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，各集水坑(22)开挖在对应位置处的建筑基础设计位置。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，开挖过程中，同步对集水坑(22)进行加深，使集水坑的坑底与开挖面始终保持设定高度差。

6.根据权利要求5所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，所述集水坑(22)的深度为1.5m。

7.根据权利要求6所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，在水位面下降到开挖面以下1-2m时进行土方开挖工作。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，在基坑周围开挖排水沟(24)，将从集水坑(22)和管井(2)内抽出的水排至排水沟(24)内。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，各开挖段面积相等。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的含层流补给源的地层中基坑降水施工方法，其特征是，在开挖前通过基坑基底标高低于水位线的区域周围所设的管井进行整体预降水，或者针对各开挖段在开挖前通过该开挖段周围的管井对该开挖段进行降水。

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