止水帷幕作用下定水位抽水时降水井抽水量的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种止水帷幕作用下，基 坑内单井定水位抽水时降水井抽水量的确定方法。
【背景技术】
[0002] 沿海地区分布有巨厚的，海陆交替沉积的第四纪沉积物，其地下水丰富。随着我国 经济建设的进行，地下建筑设施，如地下商场、地铁车站、地铁隧道等日渐增多，地下工程施 工过程中，遇到的问题也逐渐增大。位于地下水位W下的地下工程，在施工过程中，需要在 开挖前降低地下水位，W避免开挖过程中，出现流砂及管涌等现象，确保地下工程施工的安 全。然而，直接降水往往会导致地面沉降过大等一系列的问题，因此，目前最常用的办法是 通过设置止水帷幕等措施，W减少降水对周边环境的影响。当基坑内抽水时，止水帷幕的阻 挡作用改变了地下水的渗流方向，减少了渗流面积，延长了渗流路径，使得在基坑内快速降 水达到要求的同时，控制了坑外的水位降深。然而，在现有实际工程中，往往不会测量降水 井的抽水量，为工程研究需要，因此，有必要确定降水过程中降水井抽出的水量。
[0003]经对现有技术文献检索发现，目前止水帷幕作用下基坑降水问题多用数值分析进 行模拟，即使运用解析分析方法，计算仍然具有一定局限性。2015年Wu等在《Canadian Geotechnical Journal》发表的《Characteristics of groundwater seepage with 州t-〇ff wall in gravel aquifer. II:Nume;rical analysis》中利用数值模拟方法分析了 止水帷幕作用下基坑内抽水时，基坑内水位降深达到某一值时，需要抽出的地下水水量。但 建立数值模型较为复杂，现场工程师难W直接应用。王军辉等于2009年在《水文地质工程 地质》上发表的《地下结构对渗流场阻隔问题的解析一半解析法》一文中提出渗流场在长条 形构筑物的影响下达到稳态时单宽流量的确定方法。王军辉等的方法仅局限于研究范围内 无源汇项，且构筑物在水平或垂直方向将含水层完全隔断的情况。对于止水帷幕作用下基 坑内定水位抽水问题，目前尚没有直接精确确定降水井抽水量的方法，因此有必要在运一 方面做进一步研究。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术方法的不足，提供一种止水帷幕插入到承压含水层中，基坑 内单井定水位降水时，降水井抽水量计算的确定方法，本发明在获取承压含水层±层信息 及基坑内抽水信息的基础上，依次确定承压含水层初始水位、抽水后降水井的水位，降水井 的影响半径，从而确定降水井抽水量。 阳〇化]为实现W上目的，本发明提供一种止水帷幕作用下定水位抽水时降水井抽水量的 确定方法，所述方法包括W下步骤：
[0006]第一步、通过钻孔取±方法，获取基坑工程施工现场的±层划分信息，随后对获取 的施工现场±样进行室内常规试验，得到施工现场各±层的相关物理力学参数和承压含水 层信息；
[0007] 第二步、结合基坑设计及降水方案，确定基坑设计信息、降水井信息；
[0008] 第Ξ步、确定基坑内单口降水井定水位抽水时，降水井的抽水量Q;
[0009] 降水井的抽水量Q按照W下步骤确定：
[0010] ①确定基坑内降水井中屯、到基坑内侧边缘任一点的水平距离Γι及降水井中屯、到 基坑外侧边缘任一点的水平距离
[0011] ②确定止水帷幕作用下承压含水层的厚度b(r);
[0012] ③根据达西定律和水量守恒原理，确定降水井抽水时，地下水通过止水帷幕下方 进入基坑时承压含水层任一点的承压水位h(r):
[0013] ④针对上述步骤③，结合止水帷幕两侧水位边界条件确定降水井的抽水量Q。
[0014] 优选地，第一步中，所述的钻孔取±方法是指：用厚壁取±设备，在基坑降水现场 对基坑开挖区域从地面至基坑坑底设计深度的2. 5倍范围内取±，用于做室内常规试验， 取±量根据试件量确定，W每层±不少于Ξ个试件为宜。
[0015] 优选地，第一步中，所述的相关物理力学参数是指：各层±的渗透系数k。
[0016] 优选地，第一步中，所述的室内常规试验是指常规渗透试验，即采用环刀法分别沿 ±层水平向和垂向切取扁圆柱体的±样，每层±不少于Ξ个试件为宜；试验时，将圆柱形试 样放在渗透仪中，根据一定时间内水位及水量的变化，确定各层±的渗透系数k。
[0017] 优选地，第一步中，所述的承压含水层信息是指：根据各层±的渗透系数k和±层 划分信息，确定承压含水层顶板埋置深度^承压含水层厚度b。
[0018] 优选地，第二步中，所述的基坑设计信息，是指：基坑的设计尺寸，止水帷幕形状、 埋置深度Li及厚度Lb。
[0019] 优选地，第二步中，所述的降水井信息，是指：降水井位置、降水井深度、降水井半 径r"、降水井过滤器位置及长度、降水井抽水层位、承压含水层的初始水位h。、抽水后的降 水井水位h"、降水井影响半径R;其中：
[0020] 所述降水井抽水层位，是指：降水井过滤器所在的层位；
[0021] 所述降水井半径r"，是指：降水井成井后，通过测绳量测所得井管直径山，r店公 式：!"= 0"/2 确定；
[0022] 所述降水井过滤器，是指：降水井中，设置于含水层中，使地下水透过流入并阻挡 泥沙进入降水井的滤管装置；
[0023] 所述承压含水层的初始水位h。，是指：降水井成井后，将测绳放入到井中，连续3 天W上测量水位，每天测量3次，所得到水位的平均值即为承压含水层的初始水位；
[0024] 所述抽水后的降水井水位h"，是指：降水井开始抽水后降水井内的水位，该水位在 抽水过程中始终保持不变并通过测绳测得；
[00巧]所述降水井影响半径R由W下公式确定：
[0026]
[0027] 式中：h。为承压含水层的初始水位，为抽水后的降水井水位，k。为承压含水层的 渗透系数。
[0028] 优选地，第Ξ步的步骤①中：
[0029] 所述的ri通过钢尺沿地面测量得到；
[0030] 所述的。由如下公式确定：
[0031] 。二r1+U， 阳0巧其中：Lb为止水帷幕厚度。
[0033] 优选地，第Ξ步的步骤②中，所述的b(r)由W下公式确定：
[0034]
[0035] 其中：b为承压含水层厚度；bb为止水帷幕插入承压含水层的厚度，其满足公式：bb =LiA，Li为止水帷幕埋置深度，L为承压含水层顶板埋置深度；为降水井半径；r1为降 水井中屯、到基坑内侧边缘任一点的水平距离；。为降水井中屯、到基坑外侧边缘任一点的水 平距离；R为降水井影响半径。
[0036] 优选地，第Ξ步的步骤③中，所述的达西定律，是指：地下水在单位时间内通过某 一多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比、与过水断面面积和地下水通过该路径的水头 损失成正比。
[0037] 优选地，第Ξ步的步骤③中，所述的水量守恒原理，是指：在任意区域内任意时段 内，其收入的水量和支出的水量之间差额必等于该时段区域内蓄水的变化量，即水在循环 过程中从总体上说收支平衡；该原理应用于±层抽水时，承压含水层任意过水断面的流量 化满足相等的情况，且等于降水井的抽水量Q。具体的：
[0038]
[0039] 其中，k。为承压含水层的渗透系数；b(r)为止水帷幕作用下承压含水层的厚度， ^为水力梯度。 dr W40] 优选地，第S步的步骤③中，所述的h(r)满足W下公式：
[0041 ]
[0042] 式中：Q为降水井的抽水量，k。为承压含水层的渗透系数；b为承压含水层厚度，bb为止水帷幕插入承压含水层的厚度；为降水井半径；R为降水井影响半径；c1、C2、C3为待 定常数。上述表达式结合边界条件：h(rj=h"，h(R) =h。，可求解出Ci、C3与降水井抽水量 相关的表达式，具体的：
[0045] 优选地，第Ξ步的步骤④中，步骤③中所述h(r)的表达式结合止水帷幕两侧水位 边界条件：hbi) =hi，h(r2) =h2,可确定待定常数C2和降水井的抽水量Q:
[0046] 所述的C2满足W下公式：
[0047]
W48] 所述的Q满足W下公式：
[0049]
[0050] 与原有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0051] 本发明提供了一种精确确定止水帷幕作用下基坑内单井定水位抽水时，降水井抽 水量的确定方法。在承压含水层初始水位及降水井内地下水位已知的情况下，可根据该方 法有效确定降水井抽水量，为基坑降水对周围环境影响的评估提供了依据。本发明方法简 单、实用，便于推广，具有很大的应用价值。
【附图说明】
[0052] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0053] 图1为本发明一实施例的基坑止水帷幕及降水井布置平面示意图；
[0054] 图2为本发明一实施例的基坑内降水井布置图。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0056] 本实施例提供一种止水帷幕作用下定水位抽水时降水井抽水量的确定方法，用于 确定基坑降水过程中，降水井抽水量的计算。
[0057] 本实施例所述方法运用于某工作井基坑降水工程，其中：工作井为圆形基坑，半径 为22. 5m，基坑开挖深度为26m;基坑止水帷幕采用地下连续墙，地下连续墙宽度U为Im，深 度为55m;为满足基坑的开挖需求，基坑内布设了 1 口 52m深降水井降低承压水水位，如图1 和图2所示。所述方法包括如下步骤：
[0058] 第一步、通过钻孔取±方法，获取基坑工程施工现场的±层划分信息，随后对获取 的施工现场±样进行室内常规试验，得到施工现场各±层的相关物理力学参数和承压含水 层信息：
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