基坑内降水井封堵数量计算方法

史 华 伟

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030002)

基坑内降水井封堵数量计算方法

史 华 伟

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030002)

针对广泛应用的筏形基础和桩基础，提出一个适用于基础工程施工完毕后的封井数量计算公式，并结合工程实例阐述了该计算公式的应用方法，同时对后浇带的抗浮效果进行了研究探讨。

基坑降水，封井数量，抗浮力，上浮力

0 引言

随着经济的发展，高层建筑越来越多，与之相应的基坑深度也越来越大，当地下水位高于基坑底部时，基坑积水会影响施工，甚至发生渗透破坏。工程上常用管井降水来降低基坑中的地下水位。

基础结构施工完成后，相当于在基础底部施加了荷载，这时如果仍使用全部降水井工作就有些过于保守，可以利用基础的抗浮力封掉一部分水井，减少设备的投入和能源的消耗。如果封掉一部分水井后基础仍能保持平衡，即基础受到的浮力小于抗浮力，那么基础是安全的。如果封井数量过多，基础受到的浮力大于抗浮力，那么基础就会上浮破坏，因此确定封井数量十分重要，本文提出一种实用的确定基础施工完成后封井数量的计算方法。

1 计算原理

基础施工完成后，基础结构有一定的抗浮力，基础自重、基础若上浮时桩的负摩阻力等组成的抗浮力的总和记为G，基础底板下水头引起的上浮力记为P。

如果抗浮力G不小于上浮力P，则基础抗浮力能抵抗基坑内外水位差引起的上浮力，基础是安全的，可以封掉全部的降水井；如果基础抗浮力G不足以抵抗基坑内外水位差引起的上浮力P，需要保留一部分的降水井继续工作。

推导可得，基础施工完成后可以封掉降水井的数量占总降水井数量的比例可取为上浮力P与基础抗浮力G比值的倒数，经过实际应用，能较大程度地节约能源。

2 封井数量计算方法

定义上浮力与基础抗浮力的比值为K，如式(1)所示：

(1)

其中，P为基坑内外水位差引起基础的上浮力，由式(2)确定：

P=γwhA

(2)

其中，γw为水的重度；h为基坑内外的水位差；A为计算区域基础的面积；G为基础的抗浮力，依据不同的基础形式确定：

1)筏形基础等浅基础的抗浮力取筏形基础的自重：

G=Gp

(3)

其中，Gp为基础自重。

2)桩基础的抗浮力包括基础自重和桩侧负摩阻力：

G=Gp+Q

(4)

其中，Q为桩侧负摩阻力，按《建筑桩基技术规范》确定。

由式(1)得到的上浮力与基础抗浮力的比值K可进行封井数量的判定：

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。对于不同形式的基础，计算其相应的抗浮力G。

3 工程实例

通过以下工程实例，详细介绍该方法的使用。

3.1 算例一：筏形基础

某基坑降水工程采用管井降水，降水井井距15 m，基础厚度500 mm，基础底与地下水水位差为4.0 m。

筏形基础抗浮力只有自身重力，筏形基础重度γc取为24 kN/m3，水的重度γw取为10 kN/m3。一口井的影响面积A=d2=225 m2，d为降水井井距，由式(2)，一口井影响面积A上基坑内外水位差引起基础的水压上浮力为：

P=γwhA=10 kN/m3×4 m×225 m2=9 000 kN。

由式(3)，面积A上基础的抗浮力为：

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

抗浮力G与上浮力P不平衡，所以需要保留一部分降水井做降压处理，根据本文提出的计算方法，在筏形基础施工完成的区域，可封1/K口井，即可封掉30%的降水井。

3.2 算例二：桩基础

某基坑工程采用管井降水，降水井共119口，井距20 m，采用柱下四桩承台基础，承台底与地下水水位差为8.0 m。

基础的重度γc取为24 kN/m3，水的重度γw取为10 kN/m3。柱距d=8.4 m正方形布置，一个承台的影响面积为：

A=d2=8.4 m×8.4 m=70.56 m2。

由式(2)，一个承台影响面积内基坑内外水位差引起基础的上浮力为：

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

由式(4)，桩基础的抗浮力包括基础自重和桩侧负摩阻力。

依据《建筑桩基技术规范》计算单桩桩侧负摩阻力为318.8 kN，计算过程略。

一个承台影响面积A内有负摩阻力总和为：

由设计资料可计算出该桩筏基础一个承台影响面积内桩、承台、底板的体积为60.4 m3，则桩筏基础的自身重力为：

Gp=γcV=24 kN/m3×60.38 m3=1 449.1 kN。

由式(4)，抗浮力为：

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

由式(1)可得一个承台影响面积内上浮力与抗浮力的比值为：

抗浮力与上浮力不平衡，所以需要保留一部分降水井做降压处理，根据本文提出的计算方法，为了避免出现桩筏基础上浮的情况，在基础施工完成的区域，可封1/K口井，即可封掉48%的降水井。

4 后浇带渗沟作用的影响

在较大基础工程施工中，要求设置后浇带。后浇带浇筑前若精确计算地下水对底板产生的上浮力，则需考虑后浇带对地下水水头的影响。

后浇带浇筑前可以降低基坑底板下水头，起到一定的抗浮作用，但浇筑后即失效，所以利用后浇带的抗浮作用时应当注意其时效性。

5 结语

本文根据抗浮稳定性原理，提出一个适用于基础工程施工完毕后的封井数量计算方法，也可以按此方法确定封掉全部降水井的工程条件。

该方法的应用为及时准确的封闭降水井提供了理论依据，对节能减排、保护环境具有重要意义。

[1] 杨建民，李 嘉.无越流承压含水层降落漏斗体积[J].岩土工程学报，2013，35(S1)：186-189.

[2] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[3] 杨建民，郑 刚.基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J].岩土力学,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

史华伟(1978- )，男，工程师

1009-6825(2015)22-0067-02

TU463

A