基坑降水工程設計方案研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文以真空井點降水止水法為研究對象，在分析其降水原理及特點的基礎上對其在基坑工程中的應用進行了初步研究。在對前人的研究成果分析總結的基礎上，取得了一些研究成果。</p><p>　　首先，本文簡要的敘述及分析了目前基坑降水工程中常用的降水止水方法，簡要的介紹了真空井點降水止水的基本原理、施工及

2、特點，對真空井點降水止水對基坑周圍環(huán)境的影響進行了初步研究，提出了減少降水對周圍環(huán)境的影響的防治措施。</p><p>　　其次，采用線性規(guī)劃的方法對基坑工程真空井點降水井群的優(yōu)化設計進行初步研究，提出了具體的優(yōu)化目標函數(shù)、約束條件及求解步驟。</p><p>　　最后，針對具體的基坑工程實例，對研究所獲得的成果進行了驗證，設計優(yōu)化方案可減少總降水量，使降水對周圍環(huán)境的影響達到最小,對于當

3、前城市密集建筑群中深基坑的開挖具有一定的實際意義。</p><p>　　關鍵詞： 1、真空井點降水 2、環(huán)境影響 3、優(yōu)化設計 4、線性規(guī)劃</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、緒論…………………………………………………………1</p><p>　?。ㄒ唬﹪鴥?nèi)外基坑降水運用現(xiàn)狀…

4、……………………………1</p><p>　?。ǘ┍菊撐牡难芯績?nèi)容及意義………………………………2</p><p>　　二、基坑工程常用降止水方法…………………………………4</p><p>　　三、真空井點降水止水方法簡介………………………………7</p><p>　　三、真空井點降水對周圍環(huán)境影響的研究……………………9</p&g

5、t;<p>　　四、真空井點降水群井設計方案優(yōu)化…………………………10</p><p>　　五、工程實例……………………………………………………14</p><p>　?。ㄒ唬┕こ谈艣r……………………………………………14</p><p>　　（二）工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件……………………………14</p><p>　?。ㄈ┱?/p>

6、空井點降止水方案設計………………………………15</p><p>　?。ㄋ模┙邓Ч霸u價…………………………………………16</p><p>　　六、結論…………………………………………………………17</p><p>　　致 謝……………………………………………………………18</p><p>　　參考文獻………………………………………

7、…………………19</p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　?。ㄒ唬﹪鴥?nèi)外基坑降水運用現(xiàn)狀</p><p>　　1、基坑降水的發(fā)展概況</p><p>　　在地下水位較高的透水土層（例如砂類土及粉土）中進行基坑開挖施工時，由于坑內(nèi)外的水位差大，較易產(chǎn)生潛蝕、流沙、管涌、突涌等滲透破壞現(xiàn)象，導致邊坡

8、或基坑坑壁失穩(wěn)，直接影響到建筑物的安全。基坑降水為基坑開挖及基礎施工創(chuàng)造無水作業(yè)條件，保證基坑的開挖施工的順利進行，同時降低在開挖過程中對環(huán)境的影響。</p><p>　　第一個有記錄的工程降水實例，是百余年前英國倫敦到伯明瀚鐵路的基爾期比隧道施工中布置過的豎井抽水。工程降水迄今已有一百年的歷史，最初用豎井繼而用深井。三十年代開始采用雙閥式、自沖式井點，發(fā)展到四層至五層井點系統(tǒng)。在噴射井點問世后，逐漸綜合協(xié)調(diào)，成

9、為井點系統(tǒng)、深井、噴射井在同一工程中交叉使用的大格局，如七十年代日本千葉縣川崎制鐵所人工填土地基加固工程中，用一萬眼井點，一萬多米總管和100臺井點泵工作，規(guī)模十分壯觀。我國在工程建設中應用降水技術始于1953年，后在北京地鐵施工中采用了深井降水。到七十年代，已發(fā)展到采用電滲法、真空法、噴射井點、深井降水等單項技術或多項技術綜合應用的程度，先后在溝渠、水閘、船塢、鋼鐵廠、地下隧道、樁基和深基坑各類工程中起到很大作用，其中最大降水深度18

10、6米，排水量達到3000m3/h。八十年代以后降水工程大量進入城市高層建筑的深基坑領域，帶來顯著的經(jīng)濟效益。90年代以后，由于有了一定實際經(jīng)驗的積累，加上各研究單位的積極參與，使基坑治水工程取得了較大成績，并專門制定了相應的旋工指南及法規(guī)。</p><p>　　2、降水對環(huán)境影響的研究現(xiàn)狀與不足</p><p>　　基坑降水通過抽排方式，在一定時間內(nèi)降低地層中各類地下水的水位，以滿足建設工

11、程的降水深度和時間要求，保證基坑開挖的施工環(huán)境，同時為基坑底板與邊坡的穩(wěn)定提供有力保障。同樣如果地下水處理不當就會給基坑工程帶來問題。唐業(yè)清曾對國內(nèi)130余項基坑事故進行了細致的調(diào)查分析，統(tǒng)計出事故發(fā)生的原因，發(fā)現(xiàn)其中因地下水處理不當引起的事故占22%。1996年10月在安微省黃山市召開的深基坑開挖與支護研討會上，與會專家一致認為基坑事故絕大部分與地下水有關。由此可見基坑開挖過程中地下水控制和治理的重要性，也反映出該問題已引起人們的關注

12、。為了實現(xiàn)基坑開挖的干作業(yè)和基坑底板與邊坡的穩(wěn)定，常常需要在一定時間內(nèi)大量抽水。當對基坑地下水處理不當時，常造成基坑坍塌，地面沉降等事故，在這方面有許多工程實例在此不必贅述。分析地下水處理不當造成不良現(xiàn)象的原因，可歸納如下：</p><p>　　(1)在基坑開挖過程中，因基坑排水使坑壁內(nèi)外側形成較大的水頭差、增大了地下水流的滲透壓力，可能在基坑內(nèi)產(chǎn)生管涌；</p><p>　　(2)降水井

13、結構不合理或洗井不規(guī)范，當抽取地下水時帶走大量土顆粒，導致土體被掏空，造成地面塌陷或開裂；</p><p>　　(3)圍護結構防滲性差，坑外土顆粒流失；</p><p>　　(4)基坑底板以下有承壓水，坑底至承壓含水層頂板之間的土體壓力小于承壓水的水頭壓力，坑底產(chǎn)生突涌，流砂、流土等；</p><p>　　(5)水質(zhì)變化，特別是沿海地區(qū)特別容易導致海水入侵，淡水資源

14、咸化。</p><p>　　3、真空井點降水止水的應用研究現(xiàn)狀</p><p>　　在我國，井點降水方法是新中國成立后才逐步發(fā)展起來的，早在五、六十年代，在東北重工業(yè)基地建設、鞍山鋼鐵公司、包頭鋼鐵公司、太原鋼鐵公司等重大工程項目建設中，采用了真空井點、噴射井點降水并取得了良好的降水效果。真空井點降水止水方法在我國起源于七十年代初，先后應用于溝渠、水閘、船塢、鋼鐵廠、地下隧道、樁基和深基坑

15、各類工程中。九十年代后，國內(nèi)外由于城市高層建筑向高、大、深發(fā)展，真空井點降水止水方法得到大量的應用，其理論、施工技術得到迅速的發(fā)展。近幾年來，國內(nèi)對真空井點降水止水方法開始越來越重視，許多學者開始對真空井點降水止水方法進行研究。付禮英，陳東宏根據(jù)公社閘泵站基坑水文地質(zhì)條件，采用了淺層真空井點和深層噴射井點，對該系統(tǒng)進行了設計計算。寧晉生，朱淑蘭等分析了真空井點降水設備的現(xiàn)狀不足，提出了超真空井點降水新技術。卓越以北京地鐵天安門車站至王府

16、井站區(qū)間隧道洞內(nèi)真空井點為研究對象，通過現(xiàn)場試驗及數(shù)理分析，著重研究了降水對地表下沉的影響，降水對隧道結構的影響，以及Q-t，s—t曲線的關系。郭煜以京張高速公路二期工程官廳湖大橋21#墩承臺基坑施工為例，敘述了多級真空井點降水方案設計用具體的施工過程</p><p>　?。ǘ┍菊撐牡难芯績?nèi)容及意義</p><p>　　基坑降水，因為有成熟的施工工藝，成本較低，是眾多建筑與市政工程首選的

17、地下水控制手段；基坑降水的工程環(huán)境影響中，突涌、流砂、流土、潛蝕等現(xiàn)象，只要認真、科學、嚴謹?shù)陌凑找?guī)范及施工要求從事降水各項工作，發(fā)生的可能性可以降低到最??；但在降水工程中，只要土體中有水頭降、土體可以壓縮，由水位降低引起的沉降必然存在，若不采取有效措施，就可能對環(huán)境產(chǎn)生不良影響。而真空井點降水止水方法在基坑工程降水過程中使用的較多，是一種適用地層較多、效果較好的降水止水方法。因此，真空井點降水止水在基坑工程中的應用研究具有較大的意義。

18、真空井點降水止水在基坑工程中的應用研究的意義可概括為以下幾點：</p><p>　　(1)了解并掌握真空井點降水止水的原理及適用范圍，以便更好的在基坑降水工程施工中運用真空井點，最大限度的減少由于盲目施工所帶來的損失。</p><p>　　(2)通過一些試驗及理論分析對真空井點降水止水的一些尚未解決及未良好解決的問題進行系統(tǒng)深入研究。在研究的過程中發(fā)現(xiàn)并解決一些實際工程應用問題，使真空井點

19、降水止水能更好的適應基坑降水開挖施工，并最大限度的減少真空井點降水對周圍環(huán)境的影響，避免給業(yè)主及施工方帶來不必要的麻煩及損失。</p><p>　　(3)對真空井點降水止水理論及其對周邊環(huán)境的影響進行深入研究，理解并掌握真空井點對周邊建筑物沉降的影響，并將研究成果推廣應用于其它類似井點降水止水方法。</p><p>　　本文以真空井點降水為主要研究對象，準備從以下四個方面進行較系統(tǒng)的研究：

20、</p><p>　　(1)對目前基坑工程中常用的降水止水方法進行簡要的敘述及分析。在查閱大量文獻的基礎上，根據(jù)經(jīng)驗對大部分降水方法的適用范圍進行總結歸納。</p><p>　　(2)分析真空井點降水止水法的基本原理的。對真空井點降水對周圍環(huán)境的影響進行初步研究，提出減少降水影響的防治措施。</p><p>　　(3)最后綜合上述的研究，針對具體的基坑工程實例，對研

21、究所獲得的成果進行驗證。</p><p>　　二、基坑工程常用降止水方法</p><p>　　1、明溝排水方法及適用條件</p><p>　　明溝排水是指基坑內(nèi)設置排水明溝或渠滲和集水井，利用水泵將水抽出基坑外的降水方法。適用于不易于產(chǎn)生流砂、流土、潛蝕、管涌、掏空、塌陷等現(xiàn)象的粘性土、砂土、碎石土地層。一般要求地層滲透系數(shù)小于0.5m/d，降水深度小于2m。一般來

22、說，明式排水比暗式排水的費用低，在條件允許的情況下，優(yōu)先選用明式排水。</p><p><b>　　2、簡易井點排水</b></p><p>　　所謂簡易井點法，就是用塑料管代替井點的鋼管，進行施工排水。在建筑物開挖以外，用高壓水槍成井，然后把用棕樹皮包好的鉆開進水孔的50mm塑料管井用100mm塑料管聯(lián)起來，再用水泵統(tǒng)一抽水，井深應比開挖深度深2m左右，這種排水方法

23、，排水深度為3～5m，適合于水閘等淺埋基礎旋工排水。</p><p><b>　　3、井點降水</b></p><p>　　井點降水在基坑工程降水過程中使用的最多，通過總結前人的經(jīng)驗與廣大工程技術人員的實踐，可知常用的井點降水術技術有真空(輕型)井點、噴射井點、電滲井點、管井、輻射井(水平井點)及引滲井、大口井等。</p><p>　　目前國內(nèi)

24、普遍采用真空井點降水與管井降水，其施工方法比較簡單，所需設備也不復雜，費用較低。</p><p>　　真空井點是由真空泵、射流泵、往復泵運行時造成真空后抽吸地下水的井，可分為單級井點(垂直、水平、傾斜)、多級井點、接力井點三種。</p><p>　　管井點利用鉆孔成井，多采用單井單泵抽取地下水的降水方法。一般當管井深度大于15m時，也可稱為深井井點降水。管井井點直徑較大，出水量大。<

25、/p><p>　　電滲井點降水是利用電動勢能，在電動勢的作用下，產(chǎn)生電滲、電泳現(xiàn)象強制粘性土中的非重力水向井點匯集，并由真空井點抽排，從而降低和排除難以以重力水狀態(tài)滲出的地層中的水。</p><p>　　噴射井點是通過井管內(nèi)外管間隙把高壓水輸送到井底后，有射流噴嘴高速上噴，造成負壓，抽吸地下水與空氣，并與工作水混合形成具有上涌勢能的汽水溶液排至地表，達到降低地下水的目的。其適用范圍較廣，可以在

26、細顆粒地層中達到比較大的水位降深，但成井工藝高，工作效率低，承壓設備復雜，降水耗費大。</p><p>　　輻射井降水是近年來用于基坑降水的新方法，它是由一口大口徑的豎井和自豎井向周圍含水層任一方向、高程打進的數(shù)條水平集水管所組成，由于水平集水管呈輻射狀，故稱為輻射井，其作用是使地下水沿水平集水管匯集至豎井中用水泵抽走。特別適用于需疏干或降低多層含水層，或者降水場地布井受到限制，降水范圍較大的工程。</p&

27、gt;<p>　　引滲井降水主要用于需降水的土層為弱透水層，而其下有埋深低于基坑底板高程的強透水層的情況。其原理就是通過鉆孔下管或填砂礫貫通上下含水層，將上部弱含水量水層中的地下水引入下部強導水層中。如果強導水層可將導入的水全部消納，無須抽水就滿足降水任務要求時，稱為引滲自降。需要對部分(或全部)引滲井進行抽水，從而達到降水要求的，稱為引滲抽降。引滲井在北京地區(qū)使用較多。</p><p>　　大口井

28、為大口徑的井，由于其成本較高、降水效果較差，近年應用已逐年減少。大口徑一般適用于淺基坑降水，或作為其它降水方法的輔助措施布置于基坑底部，適用于地下水補給豐富，滲透性強的土層。</p><p>　　潛埋井是降水施工中，基坑或涵洞底部殘留一定高度地下水，把抽水井埋到設計降水深度以下進行抽水，使地下水位降低滿足設計降水深度要求的井。是近年來基坑施工中發(fā)展起來的新技術，對涵洞或基坑底部殘存水的排降十分有效，在實施中需要與

29、其它降水技術配合使用。</p><p>　　降壓井點是當基坑底板下部存在承壓含水層，基坑底至承壓含水層頂板間厚度較小，有可能在地下水作用下產(chǎn)生突涌等滲流破壞現(xiàn)象，或與基坑上部含水層有水力聯(lián)系時，則需采用降低下部承壓水水頭壓力所采用的抽水井點。一般多采用管井井點。</p><p><b>　　4、止水帷幕法</b></p><p>　　在深基坑工

30、程中，止水帷幕有豎向止水帷幕與水平止水帷幕之分。豎向止水帷幕設置在坑壁的外緣，用以阻止坑外透水層在坑內(nèi)外水位差的作用下向坑內(nèi)的滲流，并防止由此而產(chǎn)生的流砂等的滲流破壞；水平止水帷幕設置在基坑底面下，其作用有兩種，一種是因為基坑以下有深厚的透水層，水平止水帷幕是為了阻止坑外地下水繞過墻趾向坑內(nèi)滲流，另一種是因承壓水層的存在，防止承壓水的頂托力使基坑底面以下的土層被沖潰而發(fā)生突涌破壞。在透水層中，設置止水帷幕之后，一方面使坑內(nèi)地下水便于疏干

31、，而且在疏干坑內(nèi)地下水時，由于止水帷幕的隔阻，使基坑外圍的地下水位不受過大的影響，從而減少因地下水位的降低而引起周圍的地面沉降。</p><p>　　止水帷幕的適用條件如下：</p><p>　　(1)在地下水位較高，透水性較大的土層中開挖基坑，除了采用圍護結構擋土之外，尚需配合設置豎向止水帷幕。砂層、卵礫石層、粉土層及雜填土均為透水層。透水性很低的粘性土層自身即為隔水層，一般無需設置豎向

32、止水帷幕。</p><p>　　(2)豎向止水帷幕一般應穿過透水層進入粘性土層，如果透水層厚度不大，則設置止水帷幕比較簡單，造價也不高，比較容易處理。</p><p>　　(3)當基坑位于深厚透水層中，地下水比較豐富，而周圍環(huán)境又都是高層建筑及重要市政設施，或鄰近建筑為淺埋基礎，對地面沉降需要嚴格控制者，當采用降低水位的方案時，不允許大范圍大量抽水，往往需要封閉式的止水帷幕。這種封閉式的止

33、水帷幕的做法有兩種：一種是將豎向止水帷幕下至深處的不透水層；另一種在坑底處設置水平止水帷幕，與坑外的豎向水帷幕組成一個立體隔水帷幕。這兩種做法工程量都很大，造價很高，工期也較長。</p><p>　　(4)當基坑底面以下埋藏有水頭較高的承壓水層，有可能沖潰坑底土層而發(fā)生突涌破壞進，也需要設置水平止水帷幕。但一般可以設置減壓井以降低承壓水頭，比較經(jīng)濟。有時也有在設置水平止水帷幕的同時，配合設置少量的減壓井。<

34、/p><p>　　(5)降水方案對周圍環(huán)境的影響，尚須作具體分析。如果地下水位以下的土層夾有軟土層，則鄰近地面沉降較大，應避免大量降水。但如果不存在軟土層，經(jīng)過分析計算表明地面沉降不大，且沉降分布比較均勻者，則亦可考慮配合降水方案設置比較小型的止水帷幕以降低造價。</p><p>　　二、真空井點降水止水方法簡介</p><p>　　1、真空井點降水止水法的適用條件及原

35、理</p><p>　　真空井點降水一般適用于粉細砂、粉土、粉質(zhì)粘土等滲透系數(shù)較小（0.1～20m/d）的弱含水層中降水，降水深度單層小于6m，雙層小于12m。采用真空井點降水，其井點間距小，能有效地攔截地下水流入基坑內(nèi)，盡可能地減少殘留滯水層厚度，對保持邊坡和樁間土的穩(wěn)定較有利，因此降水效果較好。</p><p>　　真空井點是沿基坑四周或者將井點管沉入深于坑底的含水層內(nèi)，井點管上部與總

36、管連接，總管與上部抽水主機連接，利用抽水主機產(chǎn)生的真空作用將地下水從井點管內(nèi)不斷抽出，引到地面，并排往施工區(qū)以外，使每根井點管周圍形成一個降水漏斗，由于許多降水漏斗曲線的重迭，可導致原地下水位的成片下降。</p><p><b>　　2、真空井點的施工</b></p><p>　　真空井點的施工大致分為以下幾個過程：準備工作、井點系統(tǒng)的埋設、使用及拆除。</p&

37、gt;<p>　　(1)準備工作包括井點設備、動力、水源及必要材料的準備。排水溝的開挖、附近建筑物的標高觀測及防止附近建筑物沉降的措施。</p><p>　　(2)埋設井點的程序是：先排放總管，再埋設井點管用彎聯(lián)管等井點與總管接通，然后安裝抽水設備，埋設需要進行沖孔、沉設井點、灌填砂濾料。</p><p><b>　　(3)試抽</b></p>

38、;<p>　　井點系統(tǒng)全部安裝完畢后，需進行試抽，以檢查無漏氣現(xiàn)象。開始抽水后一般不要停抽，時抽時止，濾網(wǎng)易堵塞，也容易抽出土料，使水混濁，并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降開裂，試抽時幾點注意事項如下：</p><p>　?、偌偣?、濾管和泵的位置和標高應正確；</p><p>　?、诰c系統(tǒng)各部件均應安裝嚴密，防止油氣，連接集水總管與井點管的彎聯(lián)管中的短管宜用軟管；&l

39、t;/p><p>　　③每根井點管沉設后應檢驗滲水性能，井點管與孔壁之間填砂濾料時，管口應有泥漿冒出，或向管內(nèi)灌水時，能很快下滲，方為合格；</p><p>　?、茉诮邓^程中，應按時觀測流量、真空和觀測孔內(nèi)水位、觀測孔口標高應在抽水前測量一次，以后定期觀測，用來計算實際降深。</p><p>　　3、真空井點降水止水法的特點</p><p>　

40、　真空井點降水止水法與其他井點降水法相比，具有以下特點：</p><p>　　(1)群孔排水的同時產(chǎn)生了止水帷幕的效應。</p><p>　　真空井點降水主機產(chǎn)生的強真空傳遞到各吸水井孔，實現(xiàn)群孔同時排水，每一個吸水井孔對其周圍5m以內(nèi)產(chǎn)生負壓效應，由于井孔埋設間距一般為1．5m-2．Om，因此，同時排水的群孔負壓效應相互搭接構成了真空效應很強的地下真空連續(xù)墻，真空連續(xù)墻能夠十分有效地阻擋

41、基坑外地下水從基坑側壁侵入，起到止水帷幕的作用。</p><p>　　(2)改變土體物理性質(zhì)，增加邊坡的穩(wěn)定性。</p><p>　　當基坑開挖到地下水位時，土體中的地下水滲流形成的動水力會對土體邊坡的穩(wěn)定構成威脅。真空井點降水原理為地下水在真空井點主機產(chǎn)生的真空力的作用下山下至上沿井管提升，基坑內(nèi)的地下水滲流方向則朝下，動水力方向與重力一致，這種滲流方向增加了土體顆粒壓力，提高了土體的密

42、實度，出現(xiàn)了良好的滲流固結效果，有利于邊坡穩(wěn)定。在井點周圍的土被大氣壓力所穩(wěn)定，真空井點群井構成沿邊坡走向的真空連續(xù)墻，阻止側向滲流趨向基坑，消除了邊坡的滲流側壓力，這就增加了土層特別是軟土的有效應力和抗剪強度。</p><p>　　(3)避免流砂及軟土的軟弱流變現(xiàn)象和土體的潛蝕或管涌現(xiàn)象。</p><p>　　軟土和粉土、粉砂土層在動水力的作用下易發(fā)生壓力傳遞現(xiàn)象，出現(xiàn)軟土滑動及砂土的流

43、砂現(xiàn)象，造成嚴重工程事故。真空井點降水止水方法在基坑開挖前就已將開挖土層的自由水排出，致使軟土出現(xiàn)滑動和砂土層流砂的動水力很小。</p><p>　?。?）顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益。</p><p>　　地下水位降低后，土內(nèi)水分已被排除，增加了邊坡的穩(wěn)定性，邊坡可改陡，減少挖土量，同時可省去大量支撐材料，提高工效和降低施工費。真空井點設備抽吸的清水可成為施工場地的生產(chǎn)用水水源，外排的清水不

44、會污染城市地下管網(wǎng)。</p><p>　　基坑內(nèi)的土體始終處于含水量較低狀態(tài)下，創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，可以大規(guī)模地進行機械化施工，大型土方施工，機械在抽干了水的條件下作業(yè)，更能發(fā)揮其機械性能。</p><p>　　綜上所述，使用真空井點降水止水方法，具有良好的降水效果，明顯的止水帷幕作用，穩(wěn)定邊坡的作用，大大縮短工期及保障周圍施工環(huán)境安全等綜合效應。</p><p>

45、;　　三、真空井點降水對周圍環(huán)境影響的研究</p><p>　　1、真空井點降水對周邊建筑物(構筑物)及地下管線的影響</p><p>　　真空井點降水雖然對基坑周邊土體具有一些加固作用，但不可避免的會或多或少引起基坑周邊地表的變形，而基坑周邊建筑物(構筑物)座落在土體之上，土體的變形也不可避免的會對其上的建筑物(構筑物)產(chǎn)生影響，嚴重時會使其上的建筑物(構筑物)產(chǎn)生不均勻沉降，進而引起墻

46、體開裂及傾斜，給施工方及業(yè)主帶來不必要的損失。而地下管線深埋于土體之下，降水引起基坑周邊地表土體的變形，也或多或少會使其受到一些影響。但只要嚴格按照規(guī)范及設計對真空井點降水進行信息化施工，其對基坑周邊環(huán)境的影響應可以降到最低。由于基坑周邊建筑物(構筑物)及地下管線的變形不但與降水施工有關，同時其變形與基坑開挖施工也息息相關。</p><p>　　2、真空井點降水對周圍環(huán)境影響的防治措施</p>&l

47、t;p>　　井點降水有時由于某些原因會對基坑周邊環(huán)境的影響超過了規(guī)范所規(guī)定的預警值，當出現(xiàn)這種情況時，可根據(jù)具體情況，選用合適的防治措施。</p><p><b>　　(1)設置止水帷幕</b></p><p>　　當基坑井點降水效果不理想或由于井點降水產(chǎn)生影響的危害性已使該基坑不適合繼續(xù)采用基坑井點降水時，則可選用在基坑周邊設置止水帷幕。止水帷幕可以有效地減小

48、基坑降水對環(huán)境的影響。如果采用封閉式止水帷幕可以阻止地下水從基坑側面進入基坑，則可以做到只降低基坑地下水位而不影響周圍地下水位；如果止水帷幕達不到不透水層；則只能起到延長滲徑，減少地下水從基坑側面進入基坑。</p><p><b>　　(2)坑外回灌</b></p><p>　　為了防止和治理基坑井點降水引起的周邊地表沉降，可以在基坑降水后對基坑進行回灌。對上部以粉砂

49、為主的地層，最簡單的回灌方法是在基坑的周圍設置回灌溝，如果土顆粒較細或夾有相對不透水層，應采用回灌井。在坑外回灌可以維持周圍地下水位保持不變，但同時增加基坑涌水量約1/3，也增加了基坑支護的難度。</p><p><b>　　(3)同步降水。</b></p><p>　　在基坑井點降水過程中，為保護靠近基坑的經(jīng)驗算超過其允許傾斜率的建筑物，可以采用同步降水的方法，即在

50、建筑物的遠離基坑的一側布置降水井點和觀察井，在降低基坑地下水位的同時均勻平穩(wěn)地降低該建筑物基礎下地下水位，保證該建筑物的安全。</p><p>　　四、真空井點降水群井設計方案優(yōu)化</p><p>　　基坑工程的降水井設計宜根據(jù)場地的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，基坑圍護型式，是否設立隔水圍幕及圍幕深度，鄰近建筑物的安全要求等確定。通常采用的設計方法是：初步確定井深，井距；采用大井估計法計算基坑

51、涌水量；估計單井干擾出水量及單位長度出水量；初步確定降水井的數(shù)量、井點間距；檢驗降水井的出水能力；復核基坑抽水影響最小處的水位降深；從而進行井點的具體布置。這種布井方式大多沿基坑四周均勻布置，且各井的抽水量相等。在當前的實際工作中，對于降水井的布局多數(shù)是依據(jù)相鄰工地情況加上設計者的感性認識而布井；如何布井，即降水方案的優(yōu)化設計問題是當前急需解決的首要問題。對于基坑降水來說，目標函數(shù)的選擇有多種，大多數(shù)是以工程造價最小為目標函數(shù)。針對于目

52、前深基坑大多在密集的建筑群中施工場地狹窄，降水井大多布置在深基坑內(nèi)，同時由于鄰近常有必須保護的永久性建筑和市政公用設施，降水量越大對周圍環(huán)境帶來的影響就越大。如何使降水對周圍環(huán)境的影響達到最小已成為人們關心的問題。針對這一問題，筆者采用線性規(guī)劃的方法對基坑工程真空井點降水井的優(yōu)化設計進行初步研究：在保證工程安全施工的前提下，以降水井的數(shù)目及總排水量作為目標函數(shù)，使特定</p><p><b>　　1、模

53、型的建立</b></p><p><b>　　數(shù)學模型表示如下：</b></p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中： Qi為第i口排水井的排水量，當Qi≠0時，δi=1；當Qi=1時，δi=0。由方程(4-1)所表示的模型實質(zhì)就是求得向量Z的最優(yōu)設計使得總降水量達到最小。約束條件

54、對于井類型、地下水類型的不同而有所區(qū)別。</p><p>　　對于，承壓完整井的穩(wěn)定流動，有：</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p><b>　　故約束條件如下：</b></p><p><b>　　（4-3）</b></p><p

55、><b>　　式中：</b></p><p>　　Qi——第i口井的抽水量；</p><p>　　Ri——第i口井的影響半徑；</p><p>　　rji——水位控制點j到抽水井i的距離：</p><p>　　T——含水層滲透系數(shù)；</p><p>　　Sj——控制點j處水位降深。</

56、p><p>　　對于，潛水完整井的穩(wěn)定流動（假定隔水底板水平），有：</p><p><b>　　（4-4）</b></p><p><b>　　故約束條件如下：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　H0——抽水前潛水含水

57、層的初始厚度；</p><p>　　hj——控制點處潛水含水層的厚度；</p><p>　　K——含水層的滲透系數(shù)；</p><p><b>　　其余符號同前。</b></p><p>　　同時，為了使降水設計施工安全，真空井點降水還應滿足基坑安全條件，即必須使基坑水頭降深大于或等于真空井點降水設計的最小降深。因此，約束

58、條件(2)為：</p><p><b>　　（4-6）</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　Qi——第i口井的抽水量；</p><p>　　Swi——為第i口降水井中的水位降深；</p><p>　　Sj——為基坑內(nèi)驗算點的j處的水位

59、降深(驗算點可視基坑情況設置在基坑幾何中心及重要地段)；</p><p>　　Swi，Sj的計算公式可根據(jù)井流迭加原理得出；</p><p>　　n,m分別為降水點的個數(shù)及驗算點的個數(shù)。</p><p><b>　　2、求解方法</b></p><p>　　對于以上問題有兩種方法進行求解：</p><

60、p>　　(1)用線性規(guī)劃的方法進行求解。采用逐步逼近實際擬建井數(shù)方法，用單純形法或修正的單純形法來求最優(yōu)井點降水設計方案。具體做法是先假定擬建井數(shù)為一個較大的數(shù)值(如取n=15)，再依次從較小的實際擬建井數(shù)(如實際擬建井為1時，就取δ1=1， δ2=δ3……δ15=0)去逐步逼近，用單純形法求解相應條件下的線性規(guī)劃模型，如該模型有解，則其解即為最優(yōu)設計方案。若無解，則說明實際擬建井數(shù)不能滿足要求，必須增加井數(shù)，調(diào)整布井方案，

61、并用上述方法重新尋優(yōu)，直至得到最優(yōu)設計方案為止。一般來說，運用此方法時需結合計算機將尋優(yōu)過程編程實現(xiàn)，優(yōu)化過程如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1單純形法優(yōu)化程序框圖</p><p>　　(2)在Excel工具欄中選擇規(guī)劃求解也可求得，它的具體步驟是：打開“Excel”，分別將決策變量、初始值、約束條件、目標函數(shù)等依次排列，在目標函數(shù)所在的單元格中輸入含有決策變量的計算公式，同樣

62、約束條件中的計算公式也必須事先輸入。在工具欄下拉菜單中找到“規(guī)劃求解”，若沒有，可以通過“加載宏”將“規(guī)劃求解”加載進來。在規(guī)劃求解對話框中按提示依次填入目標函數(shù)和決策變量所對應的單元格，并在添加約束對話框中按提示添加上述約束條件，最后求解可得出優(yōu)化結果。這種方法省去了調(diào)試程序的諸多麻煩，是一種簡單可行的計算方法。</p><p>　　3、優(yōu)化設計中應注意的幾個問題</p><p>　　(

63、1)對于變量Q賦初值時,先計算出Q總,然后平均大致求得,不要隨意取值,這樣可節(jié)省大量的計算時間,同時也避免計算時出現(xiàn)畸值。</p><p>　　(2)抽水井圍繞基坑四周布置不宜過密或過疏,一般不得小于4m,同時,坑內(nèi)水位控制點的布設也應與抽水井結合考慮,控制點選取的不同,造成的約束條件也不同,計算出的結果也有所差異。</p><p>　　(3)約束條件中對各井流量的限制一般為大于或等于零,

64、若在實際工作中,由于水泵功率的特殊要求, 也可在約束條件中加上對各井流量的限制。</p><p>　　(4)可以設計多種方案計算,以求得最佳效果配置。</p><p><b>　　五、工程實例</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┕こ谈艣r</b></p><p>　　某工程有9棟連體高層住宅樓

65、組成，地下由負一層地下室(I區(qū))和負二層地下室(Ⅲ區(qū))構成。1#—3#棟設負一層地下室，4#-9#棟設負二層地下室，負一層地下室為小區(qū)連體整體地下室，負一層地下室開挖深度為4m，負二層地下室開挖深度為8m，基坑周邊有多棟l～6層的建筑。</p><p>　?。ǘ┕こ痰刭|(zhì)及水文地質(zhì)條件</p><p><b>　　1、工程地質(zhì)條件</b></p><

66、;p>　　根據(jù)場地工程地質(zhì)報告，花園擬建場地屬湘江沖積II級階地地貌單元，距湘江約150米，場地地勢平坦。場地從上至下各地層如下：</p><p>　?、匐s填土(Q4ml)：灰色、褐黑色，濕-飽和，松散，局部為稍密狀，由粘性土混碎石、砼塊、磚灰渣等建筑垃圾組成，含硬質(zhì)物約40%，硬質(zhì)物不均勻分布。工程性狀差，堆填時間在10年以上，厚度為1.70-6.40m。</p><p>　?、谟?/p>

67、泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(Q4h)：灰黑色，很濕，軟塑一流塑狀，局部為可塑狀，含少量有機質(zhì)及礫石。工程性狀差，厚度為0.30-3.OOm。</p><p>　　③粉質(zhì)粘土(Q3al)：褐黃色夾灰白色，可塑一硬塑狀，含少量黑色鐵錳質(zhì)氧化物。無搖震反應，有光澤，具中等干強度，中等韌性。厚度O.50-3.40m。</p><p>　?、芊弁?Q3al)：褐黃色夾灰白色，很濕，稍密狀，含較多粉細砂及云母片。具

68、中等搖震反應，無光澤，具低等干強度，低等韌性。厚度0.30-3.80m。</p><p>　　⑤中、細砂(Q3al)：黃色，飽和，稍密狀，成分為石英質(zhì)，成亞圓形，級配較差，含粘性土。厚度為0.50-3.70m。</p><p>　?、迗A礫(Q3al)：褐黃色，飽和，中密狀，局部為稍密狀，成分為石英巖，含量約60%，粒徑為0.5-2cm，成亞圓形，級配較好，含少量卵石，砂及少量粘性土充填。厚

69、度為5.00-5.90m。該層還夾有一粉質(zhì)粘土透鏡體⑥1: 褐黃色，呈可塑-硬塑狀，厚度為0．60 1.30m。</p><p>　　圓礫以下地層依次為強風化板巖。</p><p><b>　　2、水文地質(zhì)條件</b></p><p>　　根據(jù)場地工程地質(zhì)報告，場地內(nèi)存在兩個主要含水地層，～層是雜填土層，二層是中、細砂及圓礫層。</p&g

70、t;<p>　　雜填土層賦存上層滯水，為弱透水層，水量少，受大氣降水及地表水補給，水量較小，無統(tǒng)一水位，水位埋深1.50- 4.50m，無水文地質(zhì)意義。中、細砂⑤及圓礫⑥層賦存潛水，屬強透水層，富水性及透水性中等，具有承壓性，水頭埋深3.00-4.90m，補給來源為地下徑流，與湘江河水緊密聯(lián)系。</p><p>　　賦存在基巖裂隙中的地下水，屬裂隙水類型，主要受上部潛水補給，并受巖體內(nèi)裂隙發(fā)育程度及

71、透水性控制。</p><p>　　通過進行簡易抽水試驗，測得細、中砂⑤及圓礫⑥的滲透系數(shù)分別為2．22×10-2cm/s、2．25×10-2cm/s。</p><p>　?。ㄈ┱婵站c降止水方案設計</p><p>　　在對目前國內(nèi)在深基坑工程常采用的止水措施如深層攪拌法、旋噴樁止水及真空井點降水止水法等進行對比分析的基礎上，綜合考慮多方面因數(shù)

72、后決定本基坑采用真空井點降水止水法。其理由如下：</p><p>　　(1)由于花園基坑須做邊坡止水的土層主要是礫砂和圓礫，而深層攪拌法主要適宜的土層條件為各種成因的飽和軟粘土，包括淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土和粉質(zhì)粘土。</p><p>　　(2)旋噴樁止水適宜土層的條件廣泛，針對細、中砂和圓礫土層的止水措施是一個好的技術選擇，其缺點是造價昂貴，施工周期長。</p><p&g

73、t;　　(3)真空井點降水止水法通過實際工程實例證實其在礫砂和圓礫土層中使用有止水效果好、安全性強、造價低、施工設備占用場地小及制作安裝工期短的特點等優(yōu)點。</p><p>　　在初步確定采用真空井點降水止水法后，通過進行現(xiàn)場和調(diào)查查閱本基坑相關資料，以最大抽水量為目標函數(shù)，最大抽水量的確定根據(jù)現(xiàn)場試驗及基坑周邊環(huán)境確定，運用本論文所提出的優(yōu)化方法對該基坑建立目標函數(shù)及約束條件，采用Excel軟件按對其進行規(guī)劃求

74、解，最終得出如下設計方案：</p><p>　　考慮到該基坑設計二層地下室挖深為-8m，設計邊坡底線降止水深度為9.50m，考慮到基坑中心至邊坡坡底底線存在的水力坡度，設定基坑中心降止水深度約8.5m。</p><p>　　在確定基坑真空井點降止水深度后，根據(jù)優(yōu)化計算，決定本基坑采用二級井點降水。第一級井點降水在第二層地下室施工時進行，采用井點孔徑R1=130mm，孔深H1=8.50m，孔

75、距D1=1.50m，井點管長L1=7.0m，濾水管長L2=1.0m；在基坑坡底線封閉式埋設，坡底線周邊長約400m，共設280個井點，選用4～6套真空井點降水主機，每套主機帶動40～70個井點二級提升排水。在進行第一層地下室施工時進行二級井點降水，采用井點孔徑R2=130mm，孔深H2=1.50m，孔距D2=1.50m，井點管長L3=10.0mm，濾水管長L4=1.Om。在坡底線內(nèi)側0.7～1m處布置真空井點，真空井點沿基坑坡底線封閉式

76、埋設，坡底線周邊長約400m，共設240個井點，選用4套真空井點降水主機，每套主機帶動60個井點二級提升排水。</p><p>　　（三）降水效果及評價</p><p>　　通過對真空井點降水止水前后地下水位的變化和靠近基坑房屋墻體安全穩(wěn)定狀況進行分析，發(fā)現(xiàn)周邊房屋均無較大變形，穩(wěn)定狀況良好。同時，通過對基坑周邊地表的觀察，其微小裂痕屬正常變化，可知基坑是穩(wěn)定安全的。因此真空井點降水止水在

77、本基坑中的使用效果良好。</p><p>　　根椐本論文對真空井點降水止水研究得出的成果及有關規(guī)范和要求，為花園基坑工程設計了降水方案。經(jīng)實踐證明，依研究成果制定的基坑真空井點降水及監(jiān)測預警方案是可行的，基坑現(xiàn)已成功完成開挖施工。</p><p><b>　　六、結論</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，城市建設

78、得到迅速發(fā)展。在高層建筑的地下室施工過程中，不可避免的會碰到基坑支護問題。在地下室基坑的開挖施工過程中，如土層的地下水位位于基坑開挖地層標高以上時，將不可避免的會遇到基坑降水止水問題。出于現(xiàn)階段的基坑降水止水設計與施工還不成熟，有些采用降水施工開挖的一些基坑工程出現(xiàn)了一些問題，帶來一些不必要的麻煩和損失。為了減少基坑降水對周邊環(huán)境的影響，有必要對基坑降水進行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)并解決一些基坑降水止水理論問題。本論文主要研究對象為在基坑工程降水

79、中應用較多、效果較好的真空井點降水止水方法。在分析其降水止水施工原理的基礎上，運用線性規(guī)劃法對其進行了初步研究。</p><p>　　本文獲得的主要成果如下：</p><p>　　(1) 對目前基坑工程中常用的降水止水方法進行了簡要的敘，分析真空井點降水止水法基本原理、施工及特點，對真空井點降水對周圍環(huán)境的影響進行了初步研究，提出了減少降水對基坑地表變形影響的防治措施。</p>

80、<p>　?。?）分析真空井點降水止水法基本原理的基礎上，采用線性規(guī)劃方法對真空井點降水方案進行了優(yōu)化設計研究，提出了其具體的目標函數(shù)及邊界條件。</p><p>　　(3)最后綜合上述的研究，針對具體的基坑工程實例，對研究所獲得的成果進行了驗證。實踐證明，研究獲得的成果具有一定的實用價值。</p><p><b>　　致 謝</b></p&g

81、t;<p>　　本論文是在導師xx老師悉心指導下完成的。我對導師的精心培育致以崇高的敬意和衷心的感謝!</p><p>　　特別感謝所有關心和支持我的領導、同事、朋友及師兄弟，沒有他們的幫助和支持，我的學業(yè)和論文不可能順利的完成。</p><p>　　最后，向給予我關心和幫助而未能在此一一提及的老師、同學、朋友致以衷心的謝意!</p><p><

82、b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].《建筑與市政降水工程技術規(guī)范》（JGJ/T111-98），建設部綜合勘察研究設計院.中國建筑工業(yè)出版社. 1999.</p><p>　　[2].張永波、孫新忠，基坑降水工程，地震出版社,2000.</p><p>　　[3].龔曉南主編．深基坑工程設計施工手冊，中國建筑工業(yè)出版社．1998.&

83、lt;/p><p>　　[4].姜清華、顏克誠、蔡楓，淺談基坑降水發(fā)展及優(yōu)化設計，中國水運，2006年4月第 12期.</p><p>　　[5].陸培毅，顧曉魯，基坑開挖及降水引起周圍建筑物不均勻沉降的實例，巖土工程技術，1998年第4期.</p><p>　　[6].卓越，洞內(nèi)真空井降水的研究與應用．施工技術，1994.9.</p><p>

84、　　[7].閆柱兵，自衛(wèi)東，淺談基坑排水，內(nèi)蒙古水利，2003.</p><p>　　[8].陳浩濤，真空井點降水法在深基坑支護中的應用，中國給水排水，2003.12</p><p>　　[9].楊根芳，深基坑真空井點降水技術的應用與研究，工程技術，2009.</p><p>　　[10].符敏，劉新龍，深基坑降水理論研究及方案設計，山西建筑，2004．</p