基坑內降水井封堵數量計算方法

史 華 偉

(太原市城市規劃設計研究院，山西 太原 030002)

基坑內降水井封堵數量計算方法

史 華 偉

(太原市城市規劃設計研究院，山西 太原 030002)

針對廣泛應用的筏形基礎和樁基礎，提出一個適用于基礎工程施工完畢后的封井數量計算公式，并結合工程實例闡述了該計算公式的應用方法，同時對后澆帶的抗浮效果進行了研究探討。

基坑降水，封井數量，抗浮力，上浮力

0 引言

隨著經濟的發展，高層建筑越來越多，與之相應的基坑深度也越來越大，當地下水位高于基坑底部時，基坑積水會影響施工，甚至發生滲透破壞。工程上常用管井降水來降低基坑中的地下水位。

基礎結構施工完成后，相當于在基礎底部施加了荷載，這時如果仍使用全部降水井工作就有些過于保守，可以利用基礎的抗浮力封掉一部分水井，減少設備的投入和能源的消耗。如果封掉一部分水井后基礎仍能保持平衡，即基礎受到的浮力小于抗浮力，那么基礎是安全的。如果封井數量過多，基礎受到的浮力大于抗浮力，那么基礎就會上浮破壞，因此確定封井數量十分重要，本文提出一種實用的確定基礎施工完成后封井數量的計算方法。

1 計算原理

基礎施工完成后，基礎結構有一定的抗浮力，基礎自重、基礎若上浮時樁的負摩阻力等組成的抗浮力的總和記為G，基礎底板下水頭引起的上浮力記為P。

如果抗浮力G不小于上浮力P，則基礎抗浮力能抵抗基坑內外水位差引起的上浮力，基礎是安全的，可以封掉全部的降水井；如果基礎抗浮力G不足以抵抗基坑內外水位差引起的上浮力P，需要保留一部分的降水井繼續工作。

推導可得，基礎施工完成后可以封掉降水井的數量占總降水井數量的比例可取為上浮力P與基礎抗浮力G比值的倒數，經過實際應用，能較大程度地節約能源。

2 封井數量計算方法

定義上浮力與基礎抗浮力的比值為K，如式(1)所示：

(1)

其中，P為基坑內外水位差引起基礎的上浮力，由式(2)確定：

P=γwhA

(2)

其中，γw為水的重度；h為基坑內外的水位差；A為計算區域基礎的面積；G為基礎的抗浮力，依據不同的基礎形式確定：

1)筏形基礎等淺基礎的抗浮力取筏形基礎的自重：

G=Gp

(3)

其中，Gp為基礎自重。

2)樁基礎的抗浮力包括基礎自重和樁側負摩阻力：

G=Gp+Q

(4)

其中，Q為樁側負摩阻力，按《建筑樁基技術規范》確定。

由式(1)得到的上浮力與基礎抗浮力的比值K可進行封井數量的判定：

若K>1，可以封掉1/K的降水井；若K≤1，可以封掉全部的降水井。對于不同形式的基礎，計算其相應的抗浮力G。

3 工程實例

通過以下工程實例，詳細介紹該方法的使用。

3.1 算例一：筏形基礎

某基坑降水工程采用管井降水，降水井井距15 m，基礎厚度500 mm，基礎底與地下水水位差為4.0 m。

筏形基礎抗浮力只有自身重力，筏形基礎重度γc取為24 kN/m3，水的重度γw取為10 kN/m3。一口井的影響面積A=d2=225 m2，d為降水井井距，由式(2)，一口井影響面積A上基坑內外水位差引起基礎的水壓上浮力為：

P=γwhA=10 kN/m3×4 m×225 m2=9 000 kN。

由式(3)，面積A上基礎的抗浮力為：

G=Gp=γcV=24 kN/m3×(225 m2×0.5 m)=2 700 kN。

抗浮力G與上浮力P不平衡，所以需要保留一部分降水井做降壓處理，根據本文提出的計算方法，在筏形基礎施工完成的區域，可封1/K口井，即可封掉30%的降水井。

3.2 算例二：樁基礎

某基坑工程采用管井降水，降水井共119口，井距20 m，采用柱下四樁承臺基礎，承臺底與地下水水位差為8.0 m。

基礎的重度γc取為24 kN/m3，水的重度γw取為10 kN/m3。柱距d=8.4 m正方形布置，一個承臺的影響面積為：

A=d2=8.4 m×8.4 m=70.56 m2。

由式(2)，一個承臺影響面積內基坑內外水位差引起基礎的上浮力為：

P=γwhA=10 kN/m3×8 m×70.56 m2=5 644.8 kN。

由式(4)，樁基礎的抗浮力包括基礎自重和樁側負摩阻力。

依據《建筑樁基技術規范》計算單樁樁側負摩阻力為318.8 kN，計算過程略。

一個承臺影響面積A內有負摩阻力總和為：

由設計資料可計算出該樁筏基礎一個承臺影響面積內樁、承臺、底板的體積為60.4 m3，則樁筏基礎的自身重力為：

Gp=γcV=24 kN/m3×60.38 m3=1 449.1 kN。

由式(4)，抗浮力為：

G=Gp+Q=1 449.1 kN+1 275.2 kN=2 724.3 kN。

由式(1)可得一個承臺影響面積內上浮力與抗浮力的比值為：

抗浮力與上浮力不平衡，所以需要保留一部分降水井做降壓處理，根據本文提出的計算方法，為了避免出現樁筏基礎上浮的情況，在基礎施工完成的區域，可封1/K口井，即可封掉48%的降水井。

4 后澆帶滲溝作用的影響

在較大基礎工程施工中，要求設置后澆帶。后澆帶澆筑前若精確計算地下水對底板產生的上浮力，則需考慮后澆帶對地下水水頭的影響。

后澆帶澆筑前可以降低基坑底板下水頭，起到一定的抗浮作用，但澆筑后即失效，所以利用后澆帶的抗浮作用時應當注意其時效性。

5 結語

本文根據抗浮穩定性原理，提出一個適用于基礎工程施工完畢后的封井數量計算方法，也可以按此方法確定封掉全部降水井的工程條件。

該方法的應用為及時準確的封閉降水井提供了理論依據，對節能減排、保護環境具有重要意義。

[1] 楊建民，李 嘉.無越流承壓含水層降落漏斗體積[J].巖土工程學報，2013，35(S1)：186-189.

[2] 劉國彬,王衛東.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2009.

[3] 楊建民，鄭 剛.基坑降水中滲流破壞歸類及抗突涌驗算公式評價[J].巖土力學,2009,30(1):261-264.

On calculation methods for the number of sealing dewatering wells in foundation pits

Shi Huawei

(TaiyuanPlanning&DesignInstitute,Taiyuan030002,China)

Based on the extensive application of the raft and pile foundations, the paper points out the calculation formula for the number of sealing after the complete of the foundation projects, illustrates its application methods by combining with engineering cases, and explores the anti-float effect of the post-cast strip.

dewatering of foundation pit, the number of sealing, anti-float force, buoyant force

2015-05-29

史華偉(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0067-02

TU463

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