基于Excel在井管法排水计算中的应用.pdf

2 0 1 3年第 3期 ( 第 4 l 卷 ) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v anc y No 3 2 01 3 ( T o t a l N o 4 1 ) 文章编号： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 3 50 3 基于 E x c e l 在井管法排水计算中的应用 程 富 ( 黑龙 江省水利水 电勘测设计研 究院 ， 哈尔滨 1 5 0 0 8 0 ) 摘要： 水利工程基坑开挖、 混凝土浇筑常常受地下水的影响， 为保证工程质量和施工顺利进 行 ， 一般常用井管法进行施工排水降低地下水位。井管法计算单井涌水量 g时采用试 算法， 以往需要试算多次才能确定井管数 n ， 现在应用 E x c e l ， 通过单变量求解， 一次试 算就能确定 n 值 ， 简单 、 快捷 、 适用。 关键词： E x c e l ； 井管法； 基坑 ； 地下水； 涌水量 ； 渗透系数； 影响半径 中图分类号 ： T V 5 2 文献标识码 ： B App l i c a t i o n o f Ex c e l i n Dr a i na g e Ca l c u l a t i o n wi t h W e l l pi pe M e t h o d HFNG F u ( H e i l o n g j i a n g P r o v i n c i al Wa t e r C o n s e rva n c y H y d r o e l e c t r i c P o w e r I n v e s t i g a t i o n ， D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Har b i n 1 5 0 0 8 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e e x c a v a t i o n o f f o u n d a t i o n d i t c h e x c a v a t i o n a n d c o n c r e t e p o u ri n g i n h y d r o p r e c t s u s u a l l y a r e a f f e c t e d b y g r o u n d w a t e r ，i n o r d e r t o g u a r a n t e e t h e p r o j e c t q u a l i t y a n d s m o o t h c o n s t r u c t i o n ，i n g e n e r a l ，t he we l l p i pe me t ho d i s u s e d t o c o n s t ruc t f o r r e d u c i ng t h e gro un d wa t e r l e v e 1 Th e t ria l me t h o d w a s a d o p t e d w h i l e u s i n g t h e w e l l p i p e m e t h o d t o c a l c u l a t e w a t e r i n fl o w ( q ) ， t h e n u m b e r o f w e l l a n d p i p e( n )c o u l d b e o b t a i n e d b y m a n y t i m e s t ri a l s b e f o r e A p p l y i n g E x c e l i n g o al s e e k n o w， n c a n b e d e c i d e d by o n e t ria l ，v e r y s i mp l e，f a s t a n d s u i t a b l e Ke y wo r d s： Ex c e l ； we l l - p i p e me t h o d； f o u nd a t i o n d i t c h； gro u n d wa t e r ； wa t e r i n flo w； s e e p a g e c o e f fi c i e nt ：r a d i u s o f i n flu e n c e 1 工程概况 某取水泵站位于哈尔滨市道里 区松花江右岸滩 地上 ， 道里码头下游3 1 0 0 m处。主厂房平面尺寸为 2 1 1 m( 长 )7 6 m( 宽 ) ， 厂房 内布 置 5台型号 为 T P s 3 o o 一1 0 0 0 4 4 一T的自吸泵， 单机容量2 0 0 k W。 基坑平均开挖深度9 0 m， 最大挖深1 O 5 m。 地层岩性依次为黏土 、 细沙 、 中砂 、 粗砂 ， 透水层 平均渗透系数 为 K =1 5 0 m d 。地 下水类 型为潜 水 ， 地下水位埋深平均为2 0 m。 2 井管法排水方案 根据厂房平面尺寸、 地层岩性 、 开挖深度及开挖 方法 ， 确定 基坑 开挖范 围为长边 1 0 4 m， 短边9 1 m。 收稿 日期 2 0 1 31 21 6 作者简介 程富( 1 9 6 2一) ， 男， 黑龙江哈 尔滨人 ， 高级工程师。 2 0 1 3年第 3期 ( 第4 1 卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 3 2 01 3 ( T o t a l N o 4 1 ) 井管沿开挖边线周边布置 ， 采用地质钻机打井 ， 泥浆 固壁 ， 直径1 0 n l 。井内设直径( 2 r ) 0 5 m的井管 ， 管 外 回填滤水料 ， 井管 内设潜水泵 。井 管布置示意 图 见 图 1 。 设计要求基坑中心水位降低深度 s= 7 5 m， 据 此拟定井 内水位降低深度 s 。 =1 0 IT I ， 滤水管长度 = 4 m。无压非完整井计算简图见图2 。 l - 一 9 1 一 图 1 井管布置示意图 I 一T一 _ _P一 0 I l 一一 、 、 、 l I 匿 j ： 1 一f 卞 卜 2 r l 1 图 2 无压非完整井计算简图 3 主要 参数 的确 定 3 1 基坑当量半径 。 井管包围面积 F - - 9 4 6 4 i n 基坑当量半径计算公式为 ： n = F7 r = 5 4 9 m 3 2 有效含水层深度 日。 含水量层深度计算表见表 1 。 一 3 6 一 根据表 1进行 内插计算 ， 有效含水层深度 的 计算公式为 ： H 0=1 8 1 ( s 0+L )= 2 5 3 m ( 2 ) 表 1 含水层深度计算表 3 3 抽水影响半径 _R 半径 的计算公式为 ： R=1 9 5 s , H o k=2 8 5 in ( 3 ) 渗透系数 、 影 响半径 等参数是施工排水计算 非 常重要的参数 ， 在设计阶段有抽水试验资料最好， 若 采用的是经验值， 则在施工前应做抽水试验， 获取实 测资料 ， 用以指导施工 。 4应用 E x c e l 计算涌水量 涌水量计算的目的是通过试算井管数 凡值， 确 定单井涌水量 q和总涌水量 Q， 同时验证基 坑 中心 水位下降深度 s 是否满足设计要求 ， 进而确定井管布 置和泵型选择 。 4 1 基本公式 单井涌水量 q的计算公式为： q=1 3 6 6 K s 。 ( + )( 4 ) = 0 ( _ + )( 4 ) 式 - 1 g ； _ l g 詈 ( 2 1 g 4了 T 托 n I n L r A)一0 6 。 总涌水量 Q的计算公式为 ： Q =n q ( 5 ) 基坑 中心水位降深 s 的计算公式为 ： s： 一 一 ( 1 一 lgx 。 ) (6 ) L 2 T与 A关系表见表 2 。 A值由表 2确定 ， h=1 2 i n ， T=1 3 3 m L 2T =0 1 5，A =2 6。 表 2 L 2 T与 关系表 2 0 O 5 O 1 0 0 1 5 0 2 0 O 3 O 0 4 0 0 6 0 0 8 0 4 2 涌水量计算 上述公式 的 函数 关 系分 别 是 q = g ( 凡 ) ， Q = ， 、 、 、 - 程富： 基于 E x c e l 在井管法排水计算中的应用 第 3期 Q g ( n ) ， s=s ( Q)。以往计算涌水量时 ， 先假定井 管数 忍 ， 再计算单井涌水 量 g ， 然后计算总涌水量 Q， 最后验算 基坑 中心水位 降深 ， 常常需要 试算很多 将三个 函数联系起来 ， 即 S=s ( Q)=s Q q ( 几 ) ， 通过单变量求解 ， 仅需一次试算 ， 即可确定满足基坑 中心水位降深( 验算 值 设计 s 值) 的井管数 疗 和 次， 才能确定满足设计要求的n 值。现在应用 E x c e l ， 单井涌水量 g 。见表3 、 表 4 。 表 3 单变量求解 n , q表 表 4 选定 n , q表 表中 。 、 、 、 g 、 Q、 验算 S等为计 算式 ， 分别在 对应的单元格 D 5 、 E 5 、 F 5 、 H 5 、 I 5 、 J 5上按上述公式进 行定义 ， n为单变量 ， 其他参数为已知或 已求 ， 直接引 用 即可。在 E x c e l 界面“ 工具 ( ) ” 中选择单变量求 解 ， 目标单元格为“ 验算 s ” 对应 的单元格 J 5 ， 目标值 应大于“ 设计 s ” 值 7 5 ， 如本案例 目标值为 7 7 ， 可变 单元格为 n对应的单元格 G 5 ， 点击“ 确定” ， 求得 ： 2 2 6 ， 见表 3 。将表 3复制为表 4 ， 取 n为偶整数 值 ， 即 n= 2 4时 ， 求得 g：3 9 9 m d ， Q= 9 5 7 6 m d ， s = 7 8 i n 。注意 ， 表 4中 o d 、 ： 也随之变化。 从计算结果 可知 ， 本案例排 水设计方案是 可行 的。否则 ， 应修正排水设计 方案 ， 调整井 内水位 降低 深度 s 。 、 滤水 管长度 L等基础数 据 ， 使 之切实合理 可行 。 5 井管布置 井线周长 = 3 9 0 m， 平均井距 D =1 6 3 I n 临江一侧井距采用 1 41 5 m， 其他三边井距采 用 1 61 7 m。 6 泵型选择 单井涌水量 9= 3 9 9 m d=1 6 6 m h 泵型选择时， 对深水泵与潜水泵进行 了比较 ， 后 者轻便灵活， 功率消耗低， 技术简单， 使用方便， 故选 用 1 5 0 Q J 2 0 -2 4 4型潜水泵 ， 其扬程2 4 m， 相应流量 2 0 m。 h 。为保证施工顺利进行 ， 考虑 1 0 0 备用 ， 共 选 4 8台。 参 考文献 ： 1 纪云生， 康世荣， 陈东山， 等 水利水电工程施工组织设 计手册 M 北京 ： 水利电力出版社 ， 1 9 8 7 2 薛禹群 ， 朱学愚 地下水动力学 M 北京 ： 地质出版 社 ， 1 9 7 9 一 3 7