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群力第五大道管廊工程
降水专题设计施工计算书
1、 序言
1.1 工程概况
本工程位于哈尔滨市群力第五大道上, 在三环路与四环路之间; 先期需要降水施工管线长度约2100米; 管廊基坑两侧有拉森钢板护（H型钢板桩）壁桩。本工程平面为条形, 开挖深8.55米。其拟建建筑物特征, 见平面图。
因场地内地基土为饱和砂类土, 位于松花江漫滩地, 与松花江水系关系亲密。依据建设单位提供地质资料, 勘察期间（枯水期）场区地下水位: 初见水位埋深2.5～4.8米, 静止水位4.5米, 其稳定水位基础判定在4.0米。依据调查及以往经验地下水位年改变幅度在2.00～3.00米, 故在管线开挖及管廊敷设施工过程中, 首先包含到降水问题, 为确保正常施工, 基础水位应降至管廊基底下0.5米以下。
1.2 场地地质条件概况
依据我单位在该场区以往地质资料中可知, 该地域场地地层（揭露深度范围内）特征以下:
层 杂填土
杂色, 含碎石、 灰渣、 砂土建筑垃圾和生活垃圾, 层底埋深2.00～3.60米。局部有新近沉积土分布。
层 粉质粘土
黄褐色, 饱和、 流塑, 流塑, 干强度中等, 无光泽反应, 压缩性土, 韧性较差, 摇振反应显著, 土层结构不均匀, 分布连续, 层底埋深5.60～6.80米, 层厚3.50～4.60米, 本层局部含有较多粉细砂, 呈透镜状与粘性土交互。
层—1层 粘土、 粉质粘土
黑褐色～黄褐色, 可塑, 中压缩性, 干强度中等, 稍有光滑, 韧性中等, 摇振反应无, 层底埋深2.5～7.4米。
—2层 粉质粘土
灰褐色, 软塑, 中～高压缩性, 含流塑土, 干强度中等, 稍有光滑, 韧性中等, 摇振反应无, 层底埋深4.7～8.2米。
层 粉砂
黄色～灰色, 可塑, 稍密, 湿～饱和, 含大量粘性土夹层, 关键成份为石英、 长石, 颗粒形状近圆球型, 颗粒级配通常, 粘粒含量较高, 层底埋深7.0～14.0米。
层 细砂
黄色～灰色, 可塑, 稍密, 饱和, 含大量粘性土夹层, 关键成份为石英、 长石, 颗粒形状近圆球型, 颗粒级配通常, 粘粒含量低, 层底埋深12.2～16.8米。厚度6.00～9.20米。
层 中砂
黄色～灰色, 可塑, 稍密～中密, 饱和, 含粗砂夹层, 关键成份为石英、 长石, 颗粒形状近圆球型, 颗粒级配通常, 粘粒含量低, 层底埋深16.7～20.1米。最大厚度7.0米。
—1层 粉质粘土
灰色, 可塑, 中压缩性, 干强度中等, 稍有光滑, 韧性中等, 摇振反应无, 层底埋深18.2米。
1.3 场地水文地质条件概况
场地地貌属于松花江漫滩, 地下水为第四纪松散岩类孔隙潜水, 关键为大气降水、 地表水补给, 以蒸发为关键排泄方法, 地下水动态改变大, 水量充足, 分布稳定。地下水位埋深较浅, 赋存于层砂类土中, 依据地质资料及现场实际勘察, 地下水位埋深约在4.5米（实际测得地下初见水位在基准零点以下4.0米）。该场地临近松花江, 场区地下水与松花江水系亲密联络, 因为含水层渗透系数和径流条件好, 所以本场地与松花江形成了互补补给和排泄条件。地下水动态改变规律为: 7～9月份为丰水期, 水位上升, 3～5月份为枯水期, 水位下降。
1.4 降水工程要求及任务
拟敷设管廊基底埋深8.55米。地下静止水位埋深约在-4.0米（实际测量数值）, 为确保基础施工顺利进行, 考虑降水液面与基础最低点其安全距离0.5米, 故其地下水位降深为: 8.55-4.0+0.5=5.05米。
降水工程设计施工及相关技术要求按《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ111—）实施。
2、 场地基坑降水工程设计方案计算书
2.1 场地降水工程设计方案条件分析
依据已掌握场地水文地质、 工程地质资料, 依据场地地质特征及水文地质情况分析, 场地地下水类型为松散岩类孔隙潜水, 上部为粉细砂、 中砂、 粗砂为含水层, 下部以细砂、 中砂、 粗砂为主承压含水层, 按区域水文地质工作资料, 松花江漫滩区粉质粘土夹层大面积以透镜体分布, 各含水层水力联络亲密, 即为统一含水层。总含水层厚度为40米。
场地含水层厚度大, 水量较丰富, 降水井深范围内含水层综合渗透系数取K=20m/d。
选择合适地质条件和多种参数, 进行合理井点布设能够满足工程施工要求, 场地内地势较为平坦, 周围有高架桥, 经调查本工程周围围护采取拉森钢板护壁桩方法, 已确保周围建筑物安全。
2.2 基坑降水设计方案确立
依据《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ111—）并依据场地地质条件, 关键对上部粉细砂、 中砂、 粗砂, 含水层进行降水, 其渗透性好, 含水量丰富, 为确保正常施工, 采取管井降水。
2.3 渗水系数选择
依据地质汇报管线敷设所需无水施工深度要求, 井管降水面大部分座落在粉细砂、 细砂、 中砂层上, 降水深度在基准零点以下至9.0米处, 所以按经验确定渗水系数K值取20m/d。依据以往降水工程经验, 渗水系数K值改变非常大,实际施工时K值要按实际抽水确定,以满足降水深度要求。
2.4 确定井管埋置深度
降水井深度可按下列公式计算:
H=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6
H─降水井深度（m）
Hw1─基坑深度（m）
Hw2─降水水位距离基坑底要求深度
Hw3─i r0 i水力坡度取1/10 ,r0为等效半径
Hw4─降水期间水位变幅（m）
Hw5─井过滤器长度（m）
Hw6─沉砂管长度（m）
L’─过滤器进水部分长度（m）,过滤管长度可按7.6米计算, 但在工程实践中, 因为实际地层地质结构不一样, 为了能够疏干地基土上部滞水（如淤泥层和粉土层中上层滞水或夹层水）及控制单井进水流速, 在施工中采取过滤管长度要长于计算长度, 通常采取16.0米长过滤管。
H=8.55+0.5+（16.5×1/2）+1.0+2.0+1.0=21.3m
依据《基坑降水手册》及《深基坑设计手册》中降水设计部分要求, 结合施工经验基坑降水井深度确定为20.0米。
2.5 井点影响半径选择、 影响半径范围内流网图
2.5.1因为本工程为潜水含水层, 依据公式R=计算出降水影响半径。
式中: R—降水影响半（米）
S—原地下水位到井内水位距离（降深）（米）S=5.05米
H—含水层厚度（米）H=30.0米
K—上层渗透系数K=20 m/d
本工程降水影响半径:
R=247.46米
粉细砂、 细砂、 中砂经验降水影响半径为大于50~400米, 依据以往经验因为本工程地下水位土层可能含有粉质粘土层, 中、 粗砂层内含有大量淤泥层, 渗透细数小依据以往经验故降水影响半径选择都大于计算值故影响半径选择为250米。
2.5.2降水影响半径范围内抽水时流网图
流线在剖面上为一系列曲线, 由上至下逐步变缓, 等势线也是一条曲线, 在影响半径以内任一过水断面, 应为等势线。可按下列公式计算:

同时水利坡降仍为

在工程实践中, 水利坡降曲线值通常按1/10～1/15取值, 本设计按1/10取值。降水曲线坡度对周围建筑物关系剖面图详见附图。
2.5.3依据降水曲线坡度剖面图及降水井点影响半径初步判定浅基坑因降水深度不深, 故不考虑浅基坑降水而只考虑深基坑降水。
2.6 井点系统涌水量计算
井点系统涌水量计算: 基坑长2100米, 宽16.5米, 基坑长宽比大于50, 计算涌水量按线状基坑计算以下:
Q= KL(H2 –h2)/R
R—有效影响半径, 取经验值R=250m
H—降水井含水层有效厚度H=30m
h—基坑中心水位降深S=5.05m
K—土层渗透系数K=20 m/d
计算得Q=20*2100*（303-5.052）/250=147000m3/d 即基坑日排水量最少为147000m3才能满足设计水位降深要求。
2.7 单井出水能力、 井数及井布局确定
2.7.1按场地水文地质条件, 结合前面降水工程条件分析, 拟采取深井点降水, 单井出水量、 单井内水位降及基坑涌水量应满足以下条件:
（1）考虑地下水渗流对基坑地基土影响, 单井出水量不宜过大, 即不超出30m3/h, 单井内降深应以稍大于基坑内最大水位降为且宜。
（2）基坑降水运行时总排水量应大于计算基坑排水量Q总=nQ单>Q基
（3）井点数量n=Q基÷Q单×1.1
降水管井出水能力应选择群井抽水中水位干扰影响最大井, 可按下式确定: Q单=
式中:
Q单: 单井出水量（m3/d）
l: 过滤器掩埋长度（m） l=4m
d: 过滤器外径（mm） d=500mm
ａ: 与含水层渗透系数相关经验系数 ａ=50
经计算当n=154眼时, Q单=40m3/h; Q总=nQ单=154×40m3/h ×24h=147800m3/d 即nQ总>Q基=147000m3/d, 满足上面1、 2、 3条件。经以上验算, 初步确定, 管线降水井井数为154眼, 水泵扬程大于26m电机功率5.5KW配套多段离心清水泵。
2.7.2井点间距确定:
8.55米基坑A= B÷(n－1)=42400÷154=27.53米（基坑双侧W型部署降水井点）
4、 场地基坑降水工程设计方案结论
4.1降水方法采取深井井点降水方法, 井深20米, 滤管长度为16米。单井井点影响半径为250米。
4.2管廊护壁桩内总降水井井数为154眼, 井间距为27.53米, 单井出水量40m3/h, 总排水量为147800m3/d。选择QS40—30, 额定出水量Q为40m3/h、 扬程H大于26m、 电机功率N为5.5KW多段离心清水泵。
4.4降水井点部署在钢板护壁桩深基靠道路两侧, 基坑双侧W型部署降水井点。
5、 基坑降水工程设计、 施工参考文件
5.1《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ111—）
5.2《深基坑工程设计施工手册》中国建筑工业出版社
5.3《工程地质手册》 中国建筑工业出版社
5.4《基坑降水手册》 中国建筑工业出版社
5.5《井点降水设计与施工》 上海科学普及出版社
5.6《工程降水设计施工与基坑渗流理论》 人民交通出版社