基坑降水降压井计算书.docx

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基坑降水降压井计算书

基坑降水、降压计算书

一、总述

（一）、降水、降压目的

根据基坑开挖及基础底板结构施工的设计要求，降水的目的是在基坑开挖之前，把基坑内地下水位降低，改善基坑开挖条件和保证基坑开挖安全。

基坑降水包括降潜水和承压水两种类型。

1、通过降水及时疏干开挖范围内土层（淤泥层、砂层）的地下水，使其得以固结，增强土体抗剪强度和自稳性，防止开挖面土体失稳。

2、降低下部承压水层的承压水水头，防止基坑底部土体隆起或突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。

（二）、设计标准

1、承压水：

承压水对基坑开挖到底部安全系数不小于1.1；

2、潜水：

地下水位降低至基坑底面3m以下。

（三）、计算公式

1、基坑底板稳定性验算公式

基坑底板的稳定条件：

基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力。

即：

H•γs≥Fs•γw•h

式中：

H—基坑底至承压含水层顶板间的距离（m）；

γs—基坑底至承压含水层顶板间各层土的加权平均重度（KN/m3）；

h—承压水头高度至承压含水层顶板间的距离；

γw—水的重度；

Fs—安全系数，取1.1。

2、基坑降水量及井数计算公式

1）地下水容量储存量的计算：

W=μ·V或W=μ·A·h

式中：

W—容积储存量（m3）

V—含水层体积（m3），V=基坑面积×降水深度h（即潜水静止水

位至基坑底板以下3.0m）；

μ—含水层的给水度（粉砂与粘土给水度经验值为0.10～0.15，

本次根据上部土层的性质取μ=0.15）。

2）地下水垂直补给量的计算：

Qj=kz·A·I

式中：

Qj—地下水垂直补给量（m3/d）；

kz—垂直渗透系数（m/d），粘性土的渗透系数根据经验取0.05m/d；

A—径流补给断面积（m2），即基坑面积；

I—水力坡度，I=（h2-h1）/L，其中：

h1—承压含水层水头降至深度（m）；

h2—基坑底板的深度（m）；

L—承压含水层顶板至基坑底板的距离（m）；

3）坑内降水井数量：

n=A/a井

式中：

n—井数（口）

A—基坑面积（m2）

a井—单井有效抽水面积（m2），在上海地区第⑦层以上以粘性土

为主的潜水含水层中，单井有效抽水面积a井一般为150～

250m2，取200m2；

二、黄兴路站

1、稳定性验算

（1）有关参数

①、基坑底板开挖深度

北端头井：

16.70m，绝对标高为-13.90m，承压含水层顶板位于地面以下30.0m；

南端头井：

16.30m，绝对标高为-13.50m，承压含水层顶板位于地面以下22.0m；

标准段：

14.70m，绝对标高为-11.90m，承压含水层顶板位于地面以下22.0m；

②、基坑底至承压含水层顶板间的加权平均重度

北端头井：

γs=18.1KN/m3；

南端头井：

γs=18.4KN/m3；

标准段：

γs=17.7KN/m3。

③、承压水水头高度一般在地表以下4.90m左右，

④、γw—水的重度，取10.00KN/m3

⑤、Fs—安全系数，取1.1。

（2）计算过程

①计算上覆土压力

北端头井为：

H•γs=（30-16.70）×18.1=240.73kPa。

南端头井为：

H•γs=（22-16.30）×18.4=104.88kPa。

标准段为：

H•γs=（22-14.70）×17.7=129.21kPa。

②计算下伏承压水的顶托力

北端头井为：

Fs•γw•h=1.1×10×（30-4.9）=276.1kPa。

南端头井为：

Fs•γw•h=1.1×10×（22-4.9）=188.1kPa。

标准段为：

Fs•γw•h=1.1×10×（22-4.9）=188.1kPa。

③上述两者之差

北端头井为：

H•γs-Fs•γw•h=240.73-276.1=-35.37kPa。

南端头井为：

H•γs-Fs•γw•h=104.88-188.1=-83.22kPa。

标准段为：

H•γs-Fs•γw•h=129.21-188.1=-58.89kPa。

则：

南、北端头井及标准段上覆土压力均小于下伏承压水的顶托力，基底是不稳定的。

（3）结果分析

根据上述稳定性验算结果分析：

当北端头井基坑开挖至地表以下14.75m、南端头井基坑开挖至地表以下11.78m、标准段基坑开挖至地表以下11.38m时下部承压水的顶托力与基坑底至承压含水层顶板间的土压力处于发生突涌现象临界状态。

故在整个基坑开挖时需降低下伏承压含水层的水头压力，才能满足基坑底板稳定性的要求。

需降低的值为：

北端头井：

H降=35.37/γw=35.37/10=3.537m≈3.60m。

南端头井：

H降=83.22/γw=83.22/10=8.322m≈8.50m。

标准段：

H降=58.89/γw=58.89/10=5.889m≈6.00m。

因此，只要将北端头井承压含水层的水头降低3.60m（即降至地表以下8.50m，绝对标高为：

-5.70m），南端头井的水头降低8.50m（即降至地表以下13.40m，绝对标高为：

-10.60m），标准段的水头降低6.00m（即降至地表以下10.90m，绝对标高为：

-8.10m）时可满足南、北端头井及标准段在开挖施工时基坑底板稳定性的要求。

基坑开挖深度与需降低水头高度的关系见下表。

黄兴路站承压水头与开挖深度关系表

基坑部位

基坑开挖深度（m）

需降低水头高度（m）

北端头井

14.75

0.00

15.70

1.80

16.70

3.60

南端头井

11.78

0.00

12.30

1.00

13.30

3.00

14.30

4.70

15.30

6.50

16.30

8.50

标准段

11.38

0.00

11.70

0.60

12.70

2.40

13.70

4.20

14.70

6.00

2、降水量及井数计算

（1）有关参数

①基坑面积A

北端头井面积：

309m2

南端头井面积：

309m2

标准段面积：

2566m2

基坑面积A=3184m2

②降水深度h

h=基坑开挖平均深度（15.0m）+3.0m-静止水位（0.50m）=17.5m

③水力坡度I

I=（h2-h1）/L，其中：

h1—承压含水层水头降至深度（m），平均降至地

面下10.9m；

h2—基坑底板的深度（m），取平均深度15.0m；

L—承压含水层顶板至基坑底板的距离（m），取

7.3m（标准段处）；

则：

水力坡度I=（15.0－10.9）/7.3=0.56

（2）计算结果

由上述参数计算地下水容积储存量为：

W=μ·A·h=0.15×3184×17.5=8358m3

由上述参数计算地下水垂直补给量Qj为：

Qj=kz·A·I=0.05×3184×0.56=89m3/d

（3）降水井设置

基坑的出水量主要包括地下水的储存量、地下水的垂直补给量与降雨量，由于对降雨量目前无资料估测，且根据上部潜水含水层的透水性较弱的特性，在短时期内因降雨渗入地层内的渗入量不会很多。

因此，本次对基坑的抽水量确定、井数设计与抽水泵的选择只考虑地下水的储存量与垂直补给量，对于降雨量的排出，采用明排水的施工措施来解决。

基坑内设置降水井数量：

n=A/a井=3184/200=15.92，取16口；

坑内降水井设计结果分析：

1）计算结果如下：

①地下水容积储存量W=8358m3

②地下水垂直补给量Qj=89m3/d

③降水井数量n=16口

2）抽水量计算

当选用QDX-25-0.75型流量为3.0m3/h的潜水泵抽水时：

每天抽水量Q抽=3×24×16=1152m3

其中包含每天的垂直补给量Qj=89m3/d

因此每天抽取地下水的储存量W抽为：

W抽=Q抽－Qj×1天=1152－89=1063m3

3）抽水天数计算

抽水天数T=总储存量W÷每天抽取的储存量W抽

=8358÷1063=7.9≈8天

4）从以上计算结果可知：

当黄兴路站16口降水井同时投入降水运行时，8天后就能将基坑内的地下水疏干，但由于本场地的潜水含水层的渗透性较差，地层内每天的出水量难以满足每台泵72m3/d抽水能力的要求。

根据以往降水运行的情况一般是每台泵间续抽水，因此按每天抽水12个小时计，则经抽水16天后基坑内的地下水即可疏干，在接下来的降水运行中主要是抽取基坑底以下地下水的垂直补给量。

因此按上述设计的降水井数量及抽水泵的抽水能力完全能满足基坑开挖施工与及时疏干地层中地下水的要求。

三、延吉中路站

1、稳定性验算

（1）有关参数

①、基坑底板开挖深度

北端头井：

16.90m，绝对标高为-13.40m，承压含水层顶板位于地面以下28.8m；

南端头井：

16.00m，绝对标高为-12.50m，承压含水层顶板位于地面以下28.2m；

标准段：

14.4m～15.1m，绝对标高为-10.90m～-11.6m，承压含水层顶板位于地面以下28.5m；

②、基坑底至承压含水层顶板间的加权平均重度

北端头井γs=18.3KN/m3；

南端头井为γs=18.1KN/m3。

标准段为γs=18.0KN/m3。

③、承压水水头高度一般在地表以下4.90m左右。

④、γw—水的重度，取10.00KN/m3。

⑤、Fs—安全系数，取1.1。

（2）计算过程

①计算上覆土压力

北端头井为：

H•γs=（28.8-16.9）×18.3=217.77kPa。

南端头井为：

H•γs=（28.2-16.0）×18.1=220.82kPa。

标准段为：

H•γs=（28.5-15.0）×18.0=243.00kPa。

2算下伏承压水的顶托力

北端头井为：

Fs•γw•h=1.1×10×（28.8-4.9）=262.9kPa。

南端头井为：

Fs•γw•h=1.1×10×（28.2-4.9）=256.3kPa。

标准段为：

Fs•γw•h=1.1×10×（28.5-4.9）=259.6kPa。

③上述两者之差

北端头井为：

H•γs-Fs•γw•h=217.77-262.9=-45.13kPa。

南端头井为：

H•γs-Fs•γw•h=220.82-256.3=-35.48kPa。

标准段为：

H•γs-Fs•γw•h=243.00-259.6=-16.6kPa。

则：

南、北端头井及标准段上覆土压力均小于下伏承压水的顶托力，基底是不稳定的。

（3）结果分析

根据上述稳定性验算结果分析：

当北端头井基坑开挖至地表以下14.43m、南端头井基坑开挖至地表以下14.04m、标准段基坑开挖至地表以下14.1m时下部承压水的顶托力与基坑底至承压含水层顶板间的土压力处于发生突涌现象临界状态。

故在整个基坑开挖时需降低下伏承压含水层的水头压力，才能满足基坑底板稳定性的要求。

需降低的值为：

北端头井：

H降=45.13/γw=45.13/10=4.513m≈4.60m。

南端头井：

H降=35.48/γw=35.48/10=3.548m≈3.60m。

标准段：

H降=16.6/γw=16.6/10=1.66m≈1.70m。

因此，只要将北端头井承压含水层的水头降低4.60m（即降至地表以下9.50m，绝对标高为：

-6.00m），南端头井的水头降低3.60m（即降至地表以下8.50m，绝对标高为：

-5.00m），标准段的水头降低1.70m（即降至地表以下6.60m，绝对标高为：

-3.10m）时可满足南、北端头井及标准段在开挖施工时基坑底板稳定性的要求。

基坑开挖深度与需降低水头高度的关系见下表。

延吉中路站承压水头与开挖深度关系表

基坑部位

基坑开挖深度（m）

需降低水头高度（m）

北端头井

14.43

0.00

14.90

0.90

15.90

2.70

16.90

4.60

南端头井

14.04

0.00

15.00

1.80

16.00

3.60

标准段

14.10

0.00

15.00

1.70

2、降水量及井数计算

（1）有关参数

①基坑面积A

北端头井面积：

370m2

南端头井面积：

312m2

标准段面积：

7942m2

基坑面积A=8624m2

②降水深度h

h=基坑开挖平均深度（15.0m）+3.0m-静止水位（0.50m）=17.5m

③水力坡度I

I=（h2-h1）/L，其中：

h1—承压含水层水头降至深度（m），平均降至地

面下6.9m；

h2—基坑底板的深度（m），取平均深度15.0m；

L—承压含水层顶板至基坑底板的距离（m），取

13.5m；

则：

水力坡度I=（15.0－6.9）/13.5=0.60

（2）计算结果

由上述参数计算地下水容积储存量为：

W=μ·A·h=0.15×8624×17.5=22638m3

由上述参数计算地下水垂直补给量Qj为：

Qj=kz·A·I=0.05×8624×0.60=259m3/d

（3）降水井设置

基坑的出水量主要包括地下水的储存量、地下水的垂直补给量与降雨量，由于对降雨量目前无资料估测，且根据上部潜水含水层的透水性较弱的特性，在短时期内因降雨渗入地层内的渗入量不会很多。

因此，本次对基坑的抽水量确定、井数设计与抽水泵的选择只考虑地下水的储存量与垂直补给量，对于降雨量的排出，采用明排水的施工措施来解决。

基坑内设置降水井数量：

n=A/a井=8624/200=43.12，取44口；

坑内降水井设计结果分析：

1）计算结果如下：

①地下水容积储存量W=22638m3

②地下水垂直补给量Qj=259m3/d

③降水井数量n=44口

2）抽水量计算

当选用QDX-25-0.75型流量为3.0m3/h的潜水泵抽水时：

每天抽水量Q抽=3×24×44=3168m3

其中包含每天的垂直补给量Qj=259m3/d

因此每天抽取地下水的储存量W抽为：

W抽=Q抽－Qj×1天=3168－259=2909m3

3）抽水天数计算

抽水天数T=总储存量W÷每天抽取的储存量W抽

=22638÷2909=7.8≈8天

4）从以上计算结果可知：

当延吉中路站44口降水井同时投入降水运行时，8天后就能将基坑内的地下水疏干，但由于本场地的潜水含水层的渗透性较差，地层内每天的出水量难以满足每台泵72m3/d抽水能力的要求。

根据以往降水运行的情况一般是每台泵间续抽水，因此按每天抽水12个小时计，则经抽水16天后基坑内的地下水即可疏干，在接下来的降水运行中主要是抽取基坑底以下地下水的垂直补给量。

因此按上述设计的降水井数量及抽水泵的抽水能力完全能满足基坑开挖施工与及时疏干地层中地下水的要求。

四、降水（压）井布置

1、降水井的布置依据

地下潜水采用深井－真空泵降水，即用真空泵集水、深井泵抽水，以达到基坑降水和土体排水固结的目的。

由于深水井的特殊结构，使真空泵能作用于地表各层土层，将土层中的自由水充分汲出，汇集于深井之中，由深井泵排出；同时由于土体自由水的排出，在重力的作用下，土体的空隙比下降，提高了土体的强度。

2、降水井的平面布置

根据本工程的水文地质条件与基坑开挖的深度等要求，降水井的布置范围在围护结构的内侧（即在基坑内），原则上沿着基坑纵向双排梅花形布置。

按单井抽水有效面积200m

井距按20m左右来考虑（并考虑到施工的方便将井井位尽量布置在两支撑的中间）。

1）黄兴路站

北端头井面积为：

309m

南端头井面积为：

309m

标准段面积为：

2566m

。

按单井抽水有效面积200m

计算，坑内共布置16口降水井，其中两端头井各设置2口降水井，标准段设置12口井。

各种井的布置见图“黄兴路站降水（压）井井位平面布置图”。

2）延吉中路站

北端头井面积为：

370m

南端头井面积为：

312m

标准段面积为：

7942m

。

按单井抽水有效面积200m

计算，坑内共布置44口降水井，其中两端头井各设置2口降水井，标准段设置40口井。

各种井的布置见图“延吉中路站降水（压）井井位平面布置图”。

五、降水（压）井构造与设计

1、降压井

（1）井口：

井口要高出地面以上0.5m，一般采用优质粘土或水泥浆封闭，其深度不小于4.0m，保证加真空时不漏气。

（2）井壁管：

井壁管采用焊接钢管，直径为φ250mm（内径）。

（3）过滤器（滤水管）：

采用桥式滤水管，滤水管外包两层30目和40目的尼龙网，滤水管的直径与井壁管的直径相同。

（4）沉淀管：

沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为1.0m，沉淀管底口用铁板封死。

（5）填砾料：

滤水管部位采用颗粒磨圆度较好的4#砂（绿豆砂）围填，围填部位从井底向上至滤水管顶部以上（各井的围填高度根据含水层的顶部深度而定），在填砾砂（绿豆砂）以上围填粘性土止水，填至地表以下4.0m深；

（6）封孔：

在地表下4.0m以上采用优质粘土或水泥浆封孔。

各种井的结构及过滤器的安装部位见图“基坑降水（压）井构造图”。

2、降水井

（1）井口：

井口要高出地面以上0.5m，一般采用优质粘土或水泥浆封闭，其深度直到第⑦层顶面，保证加真空时不漏气。

（2）井壁管：

井壁管采用焊接钢管，直径为φ250mm（内径）。

（3）过滤器（滤水管）：

采用桥式滤水管，滤水管外包两层30目和40目的尼龙网，滤水管的直径与井壁管的直径相同。

（4）沉淀管：

沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为1.0m，沉淀管底口用铁板封死。

（5）填砾料：

各井从井底向上至地表以下4.00m均围填瓜子片。

（6）封孔：

在地表下直到第⑦层顶面上采用优质粘土或水泥浆封孔。