一種能夠控制基坑預降水引起變形的降水井錯位布置體系的製作方法
2023-04-29 13:09:37 2
本實用新型屬於基坑工程領域，更具體的說，是涉及一種解決基坑開挖前預降水引起支護牆側移問題的變形控制體系。
背景技術：
隨著我國城市化的發展，城市建築物密集度遠大於從前，越來越多的深基坑工程需要在城市建築密集區內施工，考慮並減小基坑變形成為了基坑設計、施工時的永恆話題。在天津、上海、杭州等高水位地區，在基坑開挖之前需進行預降水施工以保證基坑開挖施工時有一個較乾燥的施工環境。
然而，鄭剛、曾超峰(2013)在「基坑開挖前潛水降水引起的地下連續牆側移研究」的文章中發現基坑開挖前的預降水過程會使得支護牆產生較大的向坑內的側向移動，進而引起坑外地面的沉降，影響周圍建築物的使用安全。Zheng and Zeng(2014)在文獻「Test and numerical research on wall deflections induced by pre-excavation dewatering」中表明基坑預降水引起支護牆側移的機理為：降水井工作後，降水井周圍的地下水將匯聚於降水井中，在地下水的定向流動過程中，地下水將施加給土體滲流力，該滲流力使得降水井周圍土體發生指向降水井的側移，對於整個基坑而言總體表現為基坑內土體發生背離支護牆的側移，支護牆由於變形協調機制因而發生側移。以上機理說明，在基坑開挖前的預降水過程中，若能想辦法減小降水井降水而引起的背離支護牆的滲流力，則可以減小預降水引起的坑內土體背離支護牆的側移，進而減小支護牆側移。為此，本實用新型將設計一種能夠控制基坑預降水引起變形的降水井錯位布置體系，它相對於目前常規的大致等間距、等長的降水井布置體系而言，不僅能夠滿足基坑降水的要求，還可以減小預降水過程中背離支護牆的滲流力，甚至使得預降水過程中基坑一定範圍內出現較大的指向支護牆的滲流力，從而起到有效限制基坑預降水引起的支護牆側移及坑外土體與建築物沉降的作用。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於針對現有基坑預降水施工引起支護牆及坑外土體變形的現實問題，提供一種能夠控制基坑預降水引起變形的降水井錯位布置體系，該體系可以有效限制基坑預降水引起的支護牆側移及坑外土體與建築物沉降，從而降低施工安全風險。
本實用新型的目的是通過如下的技術方案來實現的：
該種能夠控制基坑預降水引起變形的降水井錯位布置體系，在基坑開挖前於基坑側壁設置有支護牆，在基坑支護牆範圍內設置有若干口降水井；其特點是：所述各降水井的平面、立面布置是，降水井以基坑中軸為對稱軸分布在基坑中軸兩側至基坑支護牆範圍內；降水井深度分布即立面布置是，距離基坑兩邊支護牆越近的降水井相對較深、距離基坑中軸越近的降水井相對較淺，同時，相鄰降水井間距分布即平面布置是，距離基坑兩邊支護牆越近的相鄰降水井間距相對較小、距離基坑中軸越近的相鄰降水井間距相對較大。
具體的，在基坑中軸至基坑支護牆同一豎直截面的垂直距離間至少布置有2口降水井，距離基坑支護牆由近及遠分別為降水井(1)、降水井(2)、…、降水井(n)；當基坑中軸與支護牆同一豎直截面的垂直距離間只能布置2口降水井時，所述降水井(1)的深度為基坑設計深度的1.25～1.3倍，所述降水井(2)的深度為基坑設計深度的0.85～0.9倍；所述降水井(1)與基坑支護牆的間距為1～2m，所述降水井(2)與降水井(1)的間距為4～6m；當基坑中軸與支護牆同一豎直截面的垂直距離間能布置3口及以上數量降水井時，所述降水井(1)的深度為基坑設計深度的1.25～1.3倍，所述降水井(n)的深度為基坑設計深度的0.85～0.9倍，所述降水井(1)至降水井(n)間的降水井深度按照0.05～0.15倍基坑設計深度的差值逐次遞減，且該範圍內降水井的深度不小於降水井(n)的深度；所述降水井(1)與基坑支護牆的間距為1～2m，所述降水井(2)與降水井(1)的間距為4～6m，所述降水井(n)與降水井(n-1)的間距為15～20m，所述降水井(2)至降水井(n-1)間的相鄰降水井間距按照3～6m的差值逐次遞增，且該範圍內相鄰降水井的間距不大於降水井(n-1)與降水井(n)的間距。
本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的一種能夠控制基坑預降水引起變形的降水井錯位布置體系，是在現有基坑工程中降水井大致等間距等長布置的基礎之上，巧妙的調整降水井的平、立面布置，首先使得距離基坑兩邊支護牆越近的相鄰降水井間距相對越小、距離基坑中軸越近的相鄰降水井間距相對越大(調整降水井平面布置)，因而預降水過程中支護牆附近降水漏鬥越緩，水力梯度越小，故滲流力越小，預降水引起的支護牆側移越小；其次，使得距離基坑兩邊支護牆越近的降水井相對越深、距離基坑中軸越近的降水井相對越淺(調整降水井立面布置)，因而預降水過程中靠近支護牆的降水井在深於相鄰降水井的區段能產生更大的指向支護牆的滲流力，從而減小了基坑內土體發生背離支護牆的變形，進而減小了支護牆的側移，從而降低施工風險。
附圖說明
圖1為現有施工方案中降水井布置剖面圖。
圖2為現有施工方案中基坑預降水引起的滲流力分布示意圖。
圖3為本實用新型實施例中降水井平面布置示意圖。
圖4為本實用新型實施例中某一基坑剖面內降水井立面布置示意圖。
圖中：1，降水井1；2，降水井2；3，降水井3；4，降水井4；5，基坑支護牆(兼做止水帷幕)；6，基坑中軸(或對稱軸)；7，基坑設計深度位置；8，滲流力；9，初始地下水位線；10，降水後的地下水位線。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述，以下實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本實用新型，但不以任何方式限制本實用新型。
首先，介紹一下現有施工方案中常見的降水井平、立面布置及基坑預降水引起支護牆及坑外土體變形的原因。圖1為現有施工方案中常見的降水井布置剖面圖，圖中僅給出一半基坑的情況，另一半基坑中降水井相對於基坑中軸6對稱分布。假設一半基坑在同一剖面上僅能布置4口降水井，圖1中，降水井1至降水井4深度均為H，相鄰降水井間距均為D，即均勻分布。在現有施工方案中，H與基坑設計深度Hd間的關係通常為H＝(1.15～1.2)Hd，D通常為10～20m。
圖2為現有施工方案中基坑預降水引起的滲流力分布示意圖，降水井1至降水井4開始降水後，降水井1至降水井4周圍的地下水將匯聚於其中，基坑內的地下水位將由初始地下水位線9位置下降至降水後的地下水位線10位置，同時，在地下水的定向流動過程中，地下水將施加給土體滲流力8，該滲流力8使得降水井1至降水井4周圍土體發生指向其的側移，對於整個基坑而言總體表現為基坑內一定範圍內的土體發生背離支護牆5的側移，支護牆5及坑外土體由於變形協調機制因而發生變形。
為了減小預降水過程中背離支護牆的滲流力，或者增大預降水過程中指向支護牆的滲流力，從而起到有效限制基坑預降水引起的坑內土體側移、支護牆側移及坑外土體與建築物沉降的效果，本實用新型設計了一種能夠控制基坑預降水引起變形的降水井錯位布置體系，其在現有基坑工程中降水井大致等間距等長布置的基礎之上，變換了降水井的平、立面布置。
如圖3所示，根據基坑的平面尺寸確定降水井的平面布置，同樣假設一半基坑在與基坑中軸6垂直的同一剖面上僅能布置4口降水井，按照距離基坑支護牆5越近的相鄰降水井間距相對越小、距離基坑中軸6越近的相鄰降水井間距相對越大的原則布置降水井1至降水井4，並保證降水井1與基坑支護牆5的間距D0＝1～2m，降水井2與降水井1的間距D1＝4～6m，降水井3與降水井2的間距D2＝10～12m，降水井4與降水井3的間距D3＝16～18m。這樣使得預降水過程中支護牆5附近地下水位線10較按現有等長等間距布置降水井時要緩，水力梯度更小，故滲流力8更小，預降水引起的支護牆5的側移更小。
如圖4所示，根據基坑設計深度位置7確定降水井的立面布置，以一半基坑的一個剖面為例，按照距離基坑支護牆5越近的降水井相對越深、距離基坑中軸6越近的降水井相對越淺的原則布置降水井1至降水井4，並保證降水井1的深度H1＝(1.25～1.30)Hd，降水井2的深度H2＝(1.10～1.15)Hd，降水井3的深度H3＝(0.95～1.00)Hd，降水井4的深度H4＝(0.85～0.90)Hd。這樣使得預降水過程中各降水井在深於相鄰降水井的區段能產生更大的指向支護牆5的滲流力8，從而減小了基坑內土體發生背離支護牆5的變形，進而減小了支護牆5的側移，從而降低施工風險。
確定好降水井1至降水井4的平、立面位置後，將其在基坑內的指定位置成井，本實用新型的一種能夠控制基坑預降水引起變形的降水井錯位布置體系即建立起來。