一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法与流程

技术特征：

1.一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：包括如下步骤:

步骤一,探明基坑开挖区工程地质水文地质条件,在常规抽水试验及室内渗透试验的基础上，采用孔压静力触探对地下水文地质结构进行精细化勘察，分析静力触探贯入时孔压增长变化规律结合孔压消散试验，明确各土层透水性能，划分隔水层、半透水层及含水层，要探明基坑开挖深度以下半透水粘土层中透水夹层及薄层的分布情况，识别“千层饼”状的粘性土与粉土粉砂的互层状况；

步骤二,根据基坑开挖深度、开挖过程与地层结构关系，根据承压含水层水头高度及其埋藏深度、坑底隔水粘土层及半透水层厚度，分别计算不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下基坑抗突涌稳定性系数，分析基坑开挖深度、隔水层厚度与承压含水层水头降深之间关系；

步骤三,在基坑范围内选择局部区域分别打设穿透上覆隔水层和穿透半透水层的疏干井进行降水单井及群井实验，降水完成后，开展孔压静力触探试验，根据孔压增减情况及孔压消散试验情况，对比步骤一勘察阶段孔压静力触探试验数据，对半透水层弱承压性的消除及隔水性能增强情况进行判断，并提出半透水作为隔水层设计的合理折减系数，分别设计穿透隔水层及半透水层疏干井的深度及数量；

步骤四,根据基坑开挖深度、承压水埋深及水头高度、修正后的总隔水层厚度，计算需降承压水的临界开挖深度、抗突涌稳定系数与分层开挖深度、承压水头降低高度关系，进而设计承压水减压井的深度和数量；

步骤五，预计隔水层厚度修正前后的承压水位降深情况下地面沉降大小，并结合周边地面沉降的监测，综合控制减压降水井开启、运行及关闭，确保基坑开挖稳定及周边环境控制。

2.根据权利要求1的一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：所述步骤一中：所述的孔压静力触探是指一种原位测试技术，试验时，采用液压将探头压入土中，速度控制在(2±0.5)cm/s，贯入过程中，实时采集锥尖阻力qt,侧壁摩阻力fs,孔隙水压力u2,贯入过程中，在任意深度停止，开展孔压消散试验；

所述的孔压消散试验是指在需要进行孔压消散试验的深度位置停止贯入，实时记录孔压随时间的消散过程，直到孔压接近静水压力为止；

所述的水文地质结构精细化勘察是指利用孔压静力触探测试得到的qt、fs、u2 3个参数对具有高度分层性和不均匀性的沉积土进行精确分层，对不同性质土层界面、同一土层内透水或不透水夹层进行精确探测，并利用孔压消散试验及室内渗透试验计算得到的渗透系数，对复杂混合土层的透水性能进行评价，区分隔水层、半透水层及含水层；

所述的利用孔压消散试验计算渗透系数的方法如下：

其中：kh为水平渗透系数，ch为固结系数，γw为水的重度，D′为一维压缩侧限模量；

式中：为修正时间参数，当孔压消散位于锥尖正后方时取0.245；a为探头半径，对10cm²锥头，取1.785cm；IR为刚度指数,t50为超孔压消散水平达到50％的时间；

D′＝8.25(qt-σv0),式中：qt为锥尖阻力，σv0为土层自重应力。

3.根据权利要求1的一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：所述步骤二中，不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下基坑抗突涌稳定性系数计算方法如下：

式中，Fs－安全系数，为1.05～1.2，取1.1；Ha隔水层—基坑开挖底板高程；Hb半透水层—承压含水层上覆半透水层顶面高程，Hc-承压含水层顶板高程；γs1,γs2—相应土层的饱和重度；ha安—承压含水层安全水位高程,初始高程可通过观测得到，安全水位高程随基坑开挖深度变化而变化；γw－水的重度；α为半透水层厚度折减系数，取值为0-1.0；

式中分母为安全水位高程对应的承压水压力；分子为承压含水层上覆隔水盖层总重量，在不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下分别计算，得到抗突涌安全系数为Fs透水、Fs隔水、Fs半透水，其大小关系如下：

Fs透水<Fs半透水<Fs隔水

因此，若将承压含水层上覆半透水层当作透水层设计，则计算安全系数偏小，基坑开挖时承压水降压水头将偏大；若将其作为完全隔水层，则计算安全系数偏大，基坑开挖可能存在安全隐患；若将其作为半隔水层设计，则需确定折减系数α的大小。

4.根据权利要求1的一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：所述步骤三中：所述的单井及群井降水实验是指在基坑开挖之前，选择局部区域分别打设穿透上覆隔水层和穿透半透水层的疏干井进行降水，观测单井及群井出水量、地下水位变化，并比较2种不同降水井的差别，降水完成后，开展孔压静力触探试验；

所述的孔压静力触探试验，目的是对半透水层的透水性能及其承压性变化情况进行分析，以判断是否可以将该层作为隔水层设计或确定作为隔水层设计的折减系数，具体方法是：

根据抽水前后透水夹层薄层处孔压大小与相应位置静水压力的比值大小，判断弱承压性是否消失，若抽水后基本接近或小于静水压力，认为若承压性消失，设计时，取折减系数α为1.0，当作隔水层设计；若仍高于静水压力，则根据减弱的程度进行折减系数α的取值，为安全起见，取值为0.5～0.8，根据穿透半透水层的单井或群井出水量确定，若出水量随试验时间增长显著降低，取高值，若出水量虽大幅降低但仍有一定出水量，取低值；

所述疏干降水井的数量按如下公式计算：

n＝A/a井

式中，A为基坑面积，a井为单井降水有效面积；若有地区经验时，亦按经验估算，单井有效降水面积为150m²～250m²，当普通疏干井降水对象以粘性土为主时，取150m²～200m²，加长疏干井降水对象为半透水层时，取200m²～250m²，并根据试抽试验进行复核；

所述疏干井的深度规定为，井管底标高设置在基坑底板以下4～6m；本发明中穿透半透水层疏干井深度根据步骤一中确定的半透水层深度及厚度确定。

5.根据权利要求1的一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：所述步骤四中：所述需降承压水的临界开挖深度按如下方法计算：

式中，Ha临界为需降承压水时的临界基坑底板高程，对应初始承压水头高程为ha初始，Fs设计为根据基坑等级设计要求的安全系数；

所述分层开挖深度对应的抗突涌安全系数计算方法如下：

式中，Fs分层为对应于某层基坑开挖深度的抗突涌安全系数；h^/a安全为达到满足设计要求的Fs分层情况下，降低一定数值承压水头后的安全水位高程；

所述承压水减压井的数量按如下方法确定：

n＝η·Q/q

式中Q-与承压含水层相对应的基坑总涌水量，按《建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)》相关公式计算，q-单井允许出水量，通过抽水试验确定，η为出于安全需要的放大系数，根据基坑周边环境确定其大小，取值为1.1；

所述承压水减压井的深度按如下方法：

根据承压含水层层顶、底板埋深和厚度综合确定，当基坑底板已经位于或接近承压含水层，按下式计算：

HW＝HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

当基坑底板位于承压含水层以上，按下式计算：

HW＝HW3+HW5+HW6+HW7

式中：HW—降水井深度；HW1—基坑深度；HW2—降水水位距离基坑底要求的深度；HW3—井露出地面长度；HW4—降水期间的水位变幅；HW5—降水井过滤器工作长度；HW6—沉砂管长度；HW7—承压含水层顶板埋深。

6.根据权利要求1的一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：所述步骤五中：所述承压含水层上覆隔水层厚度修正前后的承压水位降深情况下地面沉降大小按如下方法计算：

首先采用数值分析的方法根据三维地下水渗流模型计算出基坑周边地下水位分布，或根据水位观测确定；

其次，采用下列经验公式预测降水引起的地面沉降：

Δb＝∑b0mvsγwF

式中，Δb为地层压缩量；b0为地层初始厚度；mv为土的体积压缩系数；s为各土层内的水位降深；γw为地下水重度；F为沉降修正经验系数，取值与土性及降水持续时间有关；

所述减压降水井开启减压井数量和抽水量大小应根据基坑开挖深度和承压水头埋深要求进行控制；在降水运行过程中，随开挖深度的增加，逐步开启降水井，减压降水井水位控制在安全水位或开挖深度以下1～2m；并且每天对水位观测井进行水位测量。