CN108062447B - 一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法。其技术方案要点是包括以下步骤：计算基坑涌水量；在基坑四周布设验算点并采集验算点的坐标，利用潜水降深公式和沉降与降深的关系公式求出每个验算点的沉降量；然后将各验算点的坐标和沉降量数据导入成图软件，生成CAD格式的沉降量等高线；将沉降量等高线导入含有既有建筑物的平面图中。该方法是利用解析法对降水引起周围既有建筑物的沉降量进行预测，具有计算简洁，所用软件操作简单的优点，而且可以在标有既有建筑物位置的平面图中生成沉降量等高线，从而直接地观察到每个既有建筑物任意位置的沉降量的大小；此外，在基坑开挖前利用该方法预测沉降量，提高了基坑开挖的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及基坑降水工程，特别涉及一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法。
背景技术
如图1所示，地下水按埋藏条件不同，可分为上层滞水14、潜水21、承压水15。
上层滞水14是由于局部隔水层61的隔水作用，使下渗的大气降水停留在浅层的岩石裂缝或沉积层中所形成的蓄水体。
潜水21是埋藏在地表以下、第一个稳定隔水层6以上、具有自由水面16的重力水。通常所见到的地下水多半是潜水21。
承压水15是埋藏较深的、赋存于两个隔水层6之间的地下水。承压水15往往具有较大的水压力。当井或钻孔穿过上层顶板时，强大的水压力就会使水体喷涌而出，形成自流水。
现在，随着城市建设的发展，大基坑施工过程中，其降水措施引起周围既有建筑物沉降量的大小越来越受到人们的关注。而且现在施工的大型基坑往往位于城市繁华地段，周围既有建筑物林立，为了保证每个既有建筑物的结构安全，就需要知道每个既有建筑物任意位置的沉降量的大小。
目前，对于潜水降深预测计算的方法主要采用数值法。数值法作为一种求解近似解的方法被广泛用于地下水水位预报和资源评价中。数值法采用模拟软件进行计算，主要的模拟软件有GMS、FEFLOW、Visual MODFLOW，其中Visual MODFLOW是目前国际上最为流行的软件。
但是现有的数值法模拟软件要想知道每个既有建筑物任意位置的沉降量的大小，需要将每个建筑物的数据输入模拟软件，操作费时费力。
发明内容
本发明的目的是提供一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，该方法是利用解析法对降水引起周围既有建筑物的沉降量进行预测，具有计算简洁，操作简单的优点，而且可以在标有既有建筑物位置的平面图中生成沉降量等高线，从而直接地观察到每个既有建筑物任意位置的沉降量的大小。
本发明的另一个目的是提供一种验算地下水水位降深的方法，可以直接地观察到降水范围内任意位置水位降深是否能满足设计要求。
本发明的第三个目的是提供一种基坑的施工方法，该方法通过在基坑开挖前预测潜水降水对建筑物沉降的影响，从而提高了基坑开挖的安全性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法包括以下步骤：
步骤a、根据地质剖面和降水井的设计参数，判断降水井是潜水完整井还是潜水非完整井，选取对应的基坑涌水量的计算公式，并计算基坑涌水量；
步骤b、沿新建建筑的四周均衡布设多个验算点，并采集每个验算点的坐标数据，验算点布设需覆盖整个需要降水的新建建筑的范围；
步骤c、将上述基坑涌水量代入潜水降深公式计算出每个验算点的降深；
步骤d、用沉降与降深的关系公式计算每个验算点的沉降量；
步骤e、根据各验算点的沉降量和其坐标数据，生成沉降量等高线并得到CAD格式文件；步骤f、将沉降量等高线导入含有既有建筑物的平面图中。
通过采用上述技术方案，该方法是利用解析法对降水引起周围既有建筑物的沉降量进行预测，具有计算简洁，所用软件操作简单的优点，而且可以在标有既有建筑物13位置的平面图中生成沉降量等高线，从而直接地观察到每个既有建筑物13任意位置的沉降量的大小。
作为优选地，步骤a中，当降水井(4)为潜水完整井时，基坑涌水量Q通过以下公式计算：
作为优选地，步骤a中，当降水井(4)为潜水非完整井时，基坑涌水量Q通过以下公式计算：
作为优选地，验算点个数为8个以上。
通过采用上述技术方案，预测的降深和沉降量数值更精确。
作为优选地，在降水影响半径以外的不同方向另外布置4～8个***验算点，并采集坐标数据，与其它验算点一样进行步骤c、步骤d和步骤e。
通过采用上述技术方案，进一步提高了预测的的降深和沉降量数值的精确度。
作为优选地，***验算点中的部分点位布置在既有建筑物的位置。
通过采用上述技术方案，可以更直接的得到关键建筑物位置更加精确的沉降量数值。
作为优选地，步骤e中采用“surfer”软件处理各验算点的沉降量和其坐标数据，生成沉降量等高线并得到CAD格式文件。
通过采用上述技术方案，该软件为成图常用软件，操作简单，提高数据处理的效率。
一种验算地下水水位降深的方法，根据权利要求1中的步骤a～步骤c求出各验算点的降深，利用各验算点的降深及其坐标数据，生成降深等高线并输出CAD格式文件；将降深等高线导入含有新建地下建筑物的平面图中，用来判断新建地下建筑物范围内降深是否均能满足降水要求。
通过采用上述技术方案，可以对基坑范围内降深是否均能满足降水要求进行验证，如果不满足时，调整降水井的设计方案。
一种基坑的施工方法，在基坑开挖前，采用如权利要求1中的方法预测潜降水对建筑物沉降的影响。
通过采用上述技术方案，在基坑开挖前预测潜水降水对建筑物沉降的影响，从而提高了基坑开挖的安全性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、该方法是利用解析法对降水引起周围既有建筑物的沉降量进行预测，具有计算简洁，所用软件操作简单的优点，而且可以在标有既有建筑物位置的平面图中生成沉降量等高线，从而直接地观察到每个既有建筑物任意位置的沉降量的大小；
2、可以对基坑范围内降深是否均能满足降水要求进行验证，如果不满足时，可以即时调整降水井的设计方案；
3、在基坑开挖前预测潜水降水对建筑物沉降的影响，提高了基坑开挖的安全性。
附图说明
图1是背景技术中地下水的分类示意图；
图2是地质剖面图；
图3是降水井和验算点布置平面图；
图4是沉降量等高线平面图；
图5是降深等高线平面图。
图中，1、结构底板；2、潜水层；21、潜水；3、含水层；4、降水井；5、井底；6、隔水层；61、局部隔水层；7、新建建筑物；8、验算点；9、***验算点；10、既有地铁线路；11、降深等高线；12、沉降量等高线；13、既有建筑物；14、上层滞水；15、承压水；
16、自由水面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例一：
一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，包括以下步骤：
该实施例以一个新建地铁车站为例，如图2所示，该车站结构底板4位于潜水层2中，降水井4未打穿隔水层6，为潜水降水。如图3所示，车站周围既有建筑物13包括有多座楼房和既有地铁线路10。
步骤a、根据地质剖面和降水井4的设计参数，判断降水井是潜水完整井还是潜水非完整井，选取基坑涌水量的计算公式，并计算基坑涌水量；
如图2所示，如果降水井的井底5位于含水层3内部，降水井4为潜水非完整井；如果降水井4的井底5位于含水层3下面的隔水层6内部，降水井4为潜水完整井(该情况未画出)。
当降水井4属于潜水非完整井时,对应的计算涌水量的公式为：
其中，
Q为基坑涌水量，单位为m3/d；
k为渗透系数，单位为m/d；
H为潜水含水层初始厚度，单位为m；
h为降水后剩余含水层厚度，单位为m；
R为降水影响半径，单位为m；
r0为基坑等效半径，单位为m；
hm为(H+h)/2，单位为m；
l为过滤器长度，单位为m；
降水影响半径
单位为m；
s’为设计降深，该实施例中取值为1.12m。
基坑等效半径r0可以根据《城市建设工程地下水控制技术规范》(DB11/1115-2014)中第40页的相关方法进行计算；
过滤器长度l是降水井4伸入含水层3的深度。
其余参数中，渗透系数k由设计给出，潜水含水层3初始厚度H由地质剖面图得出，降水后剩余含水层厚度h为水位设计降深位置标高与含水层3的底部标高的差值。
当降水井4属于潜水完整井时,对应的计算涌水量的公式为：
如图2所示，该实施例中，井底5位于含水层3内部，所以降水井4属于潜水非完整井，选取潜水非完整井模型计算公式。
步骤b、如图3所示，该新建建筑7周围布置了48个降水井4，沿新建建筑7的四周均衡布设m个验算点8并采集每个验算点8的坐标数据，m最好是8个以上，该实施例中选8个，验算点8均衡布置于新建建筑7的四个拐角点和新建建筑7的两条长边上，覆盖了整个需要降水的新建建筑7的范围。在降水影响半径R以外的不同方向，另外布置4个***验算点9，由于新建建筑7附近铺设有既有地铁线路10，其作为该实施例既有建筑7中需要密切关注沉降量的建筑物，因此在其旁边布设一个***验算点9。
步骤c、用潜水降深公式计算每个验算点8和每个***验算点9的降深。
潜水降深公式如下：
式中，
S为降深，单位为m；
H为潜水含水层初始厚度，单位为m；
Q为基坑涌水量，单位为m3/d；
k为渗透系数，单位为m/d；
r0为基坑等效半径，单位为m；
n为降水井的个数，单位为个；
xn：所计算的验算点8或***验算点9到各个降水井4的中心距离，单位为m。
步骤d、用沉降与降深的关系公式计算每个验算点的沉降量；
沉降与降深的关系公式如下：
其中,c为验算点的沉降量，单位为mm；
ψi为经验修正系数；根据《城市建设工程地下水控制技术规范》第54页表6.4.3沉降经验修正系数进行选取；
△hi为计算点第i层土的厚度，单位为m；勘察报告中给出；
Esi为第i层土的压缩模量，单位为kPa；应取土的自重应力至自重应力与附加荷载之和的压力段的压缩模量值；勘察报告中给出；
△pi为验算点i由于水位变化施加于第i层土中点处的附加荷载，即潜水层2中点处的附加荷载，单位为kPa；
Δpi＝rws‘(H-0.5s')/H
rw＝10
s’为设计降深，单位为m；
H为潜水含水层初始厚度，单位为m。
步骤e、将得出的沉降量c与对应的验算点8或***验算点9的坐标对应，写成横坐标/纵坐标/沉降量sn或横坐标/纵坐标/沉降量s外n的格式，并将数据列成表格形式。将表格中数据导入“surfer”软件或其它类似成图软件，生成沉降量等高线12并输出CAD格式文件，如图4所示，将沉降量等高线12导入含有既有建筑物13的平面图中，可直接地观察到每个建筑物13位置沉降量的大小。例如，既有地铁线路10最靠近新建建筑7位置的沉降量位于0.72～0.74mm之间。
实施例二：
一种验算地下水水位降深的方法，采用实施例一中的步骤a～步骤c求出各验算点8的降深S，将得出的降深S与对应的验算点8的坐标对应，按照横坐标/纵坐标/降深的格式列入表格中；将表格中数据导入“surfer”软件或其它类似成图软件，生成降深等高线11并输出CAD格式文件；如图5所示，将降深等高线11导入含有新建地下建筑物7的平面图中，由图5可知，降深1.16m的等高线将新建地下建筑物7的范围全部覆盖，且该降深大于设计降深值s’＝1.12m，所以可得出降水井4的布置方案能够满足新建地下建筑物7范围内的降水要求。该方法可以直接地观察到降水范围内任意位置水位降深S是否能满足设计要求，如果不满足时，可以及时调整降水井4的设计方案，重新设定与降水井4相关的参数，利用该方法再次进行验算。
实施例三：
一种基坑的施工方法，在基坑开挖前，采用如实施例一中的方法预测潜水降水对建筑物沉降的影响。当沉降量的预测值超出建筑物的允许沉降值时，及时对降水方案进行调整，并采用上述步骤再次进行预测，直至预测沉降量满足要求，方可实施降水方案，施工降水井，并开挖基坑。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，包括以下步骤：
步骤a、根据地质剖面和降水井（4）的设计参数，判断降水井（4）是潜水完整井还是潜水非完整井，选取对应的基坑涌水量的计算公式，并计算基坑涌水量；
步骤b、沿新建建筑（7）的四周均衡布设多个验算点（8），并采集每个验算点（8）的坐标数据，验算点（8）的布设需覆盖整个需要降水的新建建筑（7）的范围；
步骤c、将上述基坑涌水量代入潜水降深公式计算出每个验算点（8）的降深；
步骤d、用沉降与降深的关系公式计算每个验算点（8）的沉降量；
步骤e、根据各验算点（8）的沉降量和其坐标数据，采用“surfer”软件处理各验算点（8）的沉降量和其坐标数据，生成沉降量等高线（12）并得到CAD格式文件；
步骤f、将沉降量等高线（12）导入含有既有建筑物（13）的平面图中。
2.根据权利要求1所述的一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，其特征在于：步骤a中，当降水井（4）为潜水非完整井时，基坑涌水量Q通过以下公式计算：
其中，
Q为基坑涌水量；
k为渗透系数；
H为潜水含水层初始厚度；
h为降水后剩余含水层厚度；
R为降水影响半径；
r0为基坑等效半径；
hm为(H+h)/2；
l为过滤器长度；
降水影响半径
；
s’为设计降深。
3.根据权利要求1所述的一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，其特征在于：步骤a中，当降水井（4）为潜水完整井时，基坑涌水量Q通过以下公式计算：
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，其特征在于：验算点（8）的个数为8个以上。
5.根据权利要求4所述的一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，其特征在于：在降水影响半径以外的不同方向另外布置4~8个***验算点（9），并采集***验算点（9）的坐标数据，与其它验算点（8）一样进行步骤c、步骤d和步骤e。
6.根据权利要求5所述的一种预测潜水降水对建筑物沉降影响的方法，其特征在于：***验算点（9）中的部分点位布置在既有建筑物（13）的位置。
7.一种验算地下水水位降深的方法，其特征在于：采用权利要求1中的步骤a～步骤ｃ求出各验算点（8）的降深，利用各验算点（8）的降深及其坐标数据，生成降深等高线（11）并输出CAD格式文件；将降深等高线（11）导入含有新建地下建筑物（7）的平面图中，用来判断新建地下建筑物（7）范围内降深是否均能满足降水要求。
8.一种基坑的施工方法，其特征在于：在基坑开挖前，采用权利要求1中的方法预测潜水降水对建筑物沉降的影响。
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