[发明专利]基于三维降深的悬挂式帷幕承压水基坑抽水量确定方法

权利要求书

1.基于三维降深的悬挂式帷幕承压水基坑抽水量确定方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)根据基坑底板抗突涌安全验算，确定基坑的坑底承压水安全降深值；

(2)合理布置坑内降水井，并根据步骤(1)所得坑底承压水安全降深值确定各降水井涌水量；

步骤(1)的具体方法是：

(1-1)通过基坑底板抗突涌验算公式，确定基坑开挖后承压含水层顶部的安全压力水头值

式中，M_i为承压含水层顶面至基坑底面各分层土层的厚度；γ_si为承压含水层顶面至基坑底面各分层土层的重度；γ_w为水的重度；F_s为基坑底抗突涌安全系数，一般为1.05～1.20；

(1-2)基坑坑底承压水安全降深值s_w通过下式计算：

式中：H为承压含水层初始总水头高度；h_pot为承压含水层初始势水头高度，为零势能参考面到坑内安全降深控制点的竖向距离；为基坑开挖后承压含水层顶部的安全压力水头值；

步骤(2)中，坑内降水井的布置方法为：当选择基坑中部单井降水方案时，单井的抽水量和基坑总涌水量相同，即Q_i＝Q；当采用群井降水方案时，各降水井采用相同功率的抽水泵，各降水井的抽水量相同，各降水井的抽水量之和为基坑总涌水量，即Q_i＝Q_i+1，Q＝∑Q_i；

对于基坑中部单井降水方案，各降水井涌水量采用如下方式确定：

坑内承压含水层顶部的止水帷幕任意内壁处顶托水压力最大，选择此处作为坑内承压水的安全降深控制点，并采用如下方式计算涌水量：

式中，Q_i为单井抽水量；Q为基坑总涌水量；s_w为基坑坑底承压水安全降深值，R_b为水平渗流边界半径，r₀为圆形基坑内缘半径，M_n为止水帷幕底端离承压含水层底部的距离，k_h为径向渗透系数，k_v为竖向渗透系数，M为承压含水层的厚度，r_a为圆形基坑外缘半径，M_u为降水方案中止水帷幕嵌入承压含水层的深度，l_d为降水井滤管设计长度，即管井伸入承压含水层的深度；

对于坑内群井降水方案，各降水井涌水量采用如下方式确定：

首先通过几何分析确定位于止水帷幕内壁且距离各降水井的平面距离之和为最大的点位作为坑内安全降深控制点，即选取的安全降深控制点距各降水井的最大总距离L：

式中：N为降水井的数量，r_0i为降水井i到坑内安全降深控制点的平面距离；

确定安全降深控制点的位置后，设定各降水井的流量相同，再采用下式计算基坑总涌水量：

并计算降水井的单井抽水量Q_i：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将求得的基坑总涌水量Q和水平渗流边界处的降深值s_b与相应的控制值进行验证，若在控制范围内，可认为方案可行；否则需重新制定方案；

所述的水平渗流边界处降深值s_b采用如下公式计算：

其中R_y为降水总影响半径；

控制方案验证采用如下方式进行：

(A)若Q＜Q^con或则制定的降水方案制定可同时满足基坑内、外的安全降深控制值，则可认定方案可行；

(B)若Q＞Q^con或则制定的降水方案只可满足基坑内的安全降深控制值，降水对坑外环境的影响超过了安全控制范围，需重新制定降水方案或止水帷幕阻隔方案；

根据坑外沉降敏感点求解基坑的控制总涌水量Q^con和水平渗流边界处r＝R_b的控制水位降深

所述的基坑控制总涌水量Q^con采用如下方式计算：

若计算降水总影响半径的沉降敏感点处于坑外水平渗流区域，则可按水平渗流计算基坑控制总涌水量Q^con：

式中：为沉降敏感点的水位降深控制值；R_i为沉降敏感点距离基坑中心的平面距离；

若计算降水总影响半径的沉降敏感点处于坑外三维渗流区域，则需要结合三维渗流场求解基坑控制总涌水量Q^con：

所述的水平渗流边界处r＝R_b的控制水位降深采用下式计算：

其中R_y为降水总影响半径；

降水总影响半径R_y的计算方法如下：

①确定渗流场的初始计算参数；

②将承压含水层降水渗流区域划分为坑外水平渗流区域、坑外三维渗流区域、帷幕底水平渗流区域、坑内混合渗流区域；

③求解由帷幕阻隔引发的坑外三维渗流区域宽度R_l以及水平渗流边界半径R_b；

④确定坑外沉降敏感点的位置，得到沉降敏感点距离基坑中心的平面距离R_i，并计算沉降敏感点的水位降深控制值

⑤依据各沉降敏感点的水位降深控制值反推出多个控制点的降水影响半径R_si，计算降水总影响半径R_y。