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无砂管井在潜水非完整井降水模型下的降水计算方法
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摘要:聊城有“水城”的称号,地下水较丰富。当地棚户区改造工程的降水大多依据经验来确定降水方案,且无砂管井降水方法广泛应用,本文通过一个实际工程案例,利用降水相关规范中的公式,结合工程地质情况及无砂管井的降水方法,专门针对潜水非完整井提出降水计算的模型及方法,并分析得出一些结论和建议,为类似工程的降水设计提供一些参考。
关键词:平均渗透系数;潜水非完整井;模型;水力坡度
1工程概况
葛洲坝集团三峡建设工程有限公司承接的聊城棚户区改造项目包含15个安置区,总建面积130万平米,15个片区集中在东昌府区。各安置区的工程地质情况有一定的相似:
1)地层结构
表层一般为杂填土或耕土,平均厚度1.5米左右,深层岩性为粉土、粉质粘土、粉砂依次无规律的上下分布,每层厚度平均在2-5米,勘查时取土孔一般钻探40米,大部分未穿透层为粉质粘土,其深度平均在±0.000以下30米附近。
2)地下水
地下水位埋深在3-6m范围内,水位变化幅度为1m左右,所有安置区均未见承压水。
实际降水方法均采用当地常用的无砂管做降水井,井深20-25m,基坑中部间距30m左右设置疏干井,基坑周边一圈间距10-20m左右设截水井,均根据经验进行设计,暂无有力的计算依据进行论证,实际施工过程中整体降水效果还行,但也出现过挖开后基坑潮湿或渗水的现象。
2降水计算及分析
2.1案例的基本信息(以南铁安置区农贸市场降水设计为例进行计算)
农贸市场建筑面积6720m2,地上4层,地下1层,基底面积1332m2,建筑长44.7m,宽29.4m,基底标高-4.55m,电梯坑及集水坑基底标高为-6.1m,为满足挖土施工,地下水位需至少降至-6.7m,开挖采用放坡开挖,降水采用无砂砼管井,基坑中部设置一口疏干井,基坑边一圈间距10m设置一口井。
图1地质勘查孔布置图
根据地质剖面信息显示,最下层土为渗透性较好的粉砂层(孔1/17地下9.3米;孔2/16/18地下9米;孔3地下9.8米;孔31地下8.5米;孔32/33地下8.3米)。勘察报告中其他探孔勘探出粉砂层埋深达40米左右,其下为粉质黏土,可作为隔水层,中间土层为渗透性较差的粉质黏土及粉土。地下水位在相对于正负零-4.3m的位置。
2.2降水计算
1)平均渗透系数
式中:l-过滤器有效长度m,一般按2m计算;
r-管井半径(m);
k-渗透系数(m/s)。
计算得出q=23m3/d。
②降水井数量
按n=α*Q/q
式中:α-调整系数,一般取1.1
计算得出n=21.7,按22口井取值。
③降水井间距及平面布置
根据降水井影响半径(14.24m),降水井间距不宜超过15m,建筑长44.7m,宽29.4m,考虑放坡开挖,基坑外边长约50m,宽约35m。因此,考虑在基坑内布置5-6口疏干井,成梅花状布置,剩余的井全部布置在基坑周边,均匀分布,这种不知能够满足间距小于15m的要求。
2.3实际降水施工效果分析
实际降水施工,在基坑内部布置了一口疏干井,基坑周边每隔10m设置一口井,基坑在开挖过程中,遇到基坑中部及周边渗水的情况,给施工造成一定影响,后来采用明沟集排的方法进行了补救处理。其原因主要有三点:
(1)基坑内部疏干井数量较少,疏干井与周边降水井距离超过降水影响半径,造成基坑内部局部降水范围影响不到。降水影响半径较小,主要是受粉质黏土渗透系数较小的影响。
(2)本工程地质情况特殊,其渗透性不佳,降水井深度达25m,水位下降的过程在黏土层进展缓慢,造成地质中间层滞水。
(3)经过计算,降水井需要22口,但实际施工,基坑周边间隔10m设置一口井,加上中间的疏干井,一共只有16口井,降水井数量不满足要求。
总体上,降水的设计没有完全通过正确的理论来计算,仅凭经验确定降水方案是不符合工程实际需求的,根据本例的施工实际情况,如果按照本文计算的结论,增加一定量的降水井,在布置井位时控制好降水井间距,实际施工时基坑的降水效果会更好一些。
3结论
1)工程地质的土层一般情况下不会是匀质状态,降水计算时可考虑采用平均渗透系数来计算,在潜水非完整井的计算模型下,最下层土如果是粉砂一类未穿透的渗透性较好的土层,在计算时不建议将其渗透系数并入,这样算平均渗透系数会较大,最后得出的结果会与实际情况有较大的出入。
2)降水井的布置间距不宜超过降水井的影响半径,因为根据计算模型来看,降水后的水位是相邻两井影响半径内水力坡度线的交点,其离降水井的间距明显小于降水半径,且可以结合降水模型中的降水影响半径、水位降深、水位,按照简化的固定水力坡度(按影响半径水平方向长度直线连接井内水位与正常水位)来进行计算降水井合理的间距,以确保降水设计的经济合理性。
3)工程地质的土层中如果中间层夹杂着较厚的粉
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