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1、第十章 基坑降水设计,1,主 要 内 容,第一节 概述 第二节 地下水的不良作用及防范措施 第三节 降低地下水的方法 第四节 降水设计计算 第五节 降水施工 第六节 降水对环境影响及其防范措施 第七节 工程实例,2,3,第一节 概述,保证地下结构的安全施工（干槽作业） 防止工程事故：流砂、管涌、坑底失稳 提高边坡的稳定性 减少板桩和支撑的压力 改善基坑和填土的砂土特性 工程降水不当引起的工程事故的比例很大,基坑降水的目的及意义,4,基坑渗透力,5,降水加固原理,6,有关降水的基本概念,渗透力 渗透力与水力坡度成正比 当 时，产生流砂现象,7,有关降水的基本概念,渗透系数 渗透系数是水力坡度等于
2、1时的渗流速度 渗透系数单位：m/s、m/d 渗透系数大小与土的形成条件、颗粒级配、结构有关 渗透系数的取值对降水工程设计具有重要意义,8,土层渗透系数参考值,9,10,第二节 地下水的不良作用与防范措施,地下水的不良作用与防范措施,不良作用 潜蚀 流砂 管涌 基坑突涌,11,潜蚀,分类 机械潜蚀：动水作用下，土粒受到冲刷、冲走，导致土体结构破坏 化学潜蚀：水的溶解作用导致土颗粒之间胶结作用的破坏，结合力减弱 产生的条件适宜土层和足够的水动力条件 土层的不均匀系数（d60/d10）愈大，愈易产生潜蚀；当d60/d10大于10时，易产生潜蚀 两种相互接触的土层，当二者的渗透系数之比k1/k2大于
3、2时，易产生潜蚀 当渗流水流的水力坡度大于5时，水呈紊流，易产生潜蚀.,12,潜蚀,潜蚀的预防措施 加固土体 人工降低地下水的水力坡度 设置反滤层,13,反滤层构造,14,定义 指土的松散颗粒被地下水饱和后，在渗透力即水头差的作用下，产生的悬浮流动现象 发生地层 粉细砂地层 工程意义 突发性、工程危害大,流砂,15,用抽水机在基坑底明排水,粉细沙随地下水流入基坑，产生流沙,在基坑开挖和地下结构施工中，必须防止流沙，以免支护失效发生重大基坑坍塌事故。,16,上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地下水充沛，基坑土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成支护结构失效坍塌事故。,基坑支护结构外侧
4、因泥沙随水渗流进入基坑，造成局部沉陷坍塌事故,17,流砂的形成原因 水力坡度大，流速大冲动细颗粒使之悬浮 饱和时胶体颗粒吸水膨胀，土颗粒密度下降，能悬浮流动 砂土在振动作用下结构破坏，体积缩小，土颗粒悬浮于水而流动 流砂形成的条件 水力坡度大，渗透力超过土颗粒重量使之悬浮时，达到临界水力坡度,流砂,18,砂土孔隙度大 砂土渗透系数愈小排水性能差，愈易形成流砂 砂土中含有较多的片状矿物，易形成流砂 流砂的防止措施 人工降低地下水位 采用地下连续墙截水 设置帷幕 水下开挖 其他方法：冻结法、化学加固等,流砂,19,井点降水防止流砂,20,定义 指疏松的砂土层时，地基土在具有一定渗透速度（水力坡度）
5、的水流作用，其细小颗粒被冲走，土中孔隙逐渐增大，形成细管状渗流通道，从而掏空地基或坝体，使之变形、失稳，此现象为管涌。 产生条件 土中粗、细颗粒粒径比D/d大于10 土的不均匀系数d60/d10大于10 两种相互接触土层渗透系数比k1/k2大于2 渗透的水力坡度大于临界水力坡度,管涌,21,管涌破坏示意图,管涌的防治措施 增加支护桩的入土深度，使渗流路线增加 人工降低地下水位，改变地下水的渗流方向,22,23,水库副坝产生管涌,突涌形式 基底顶裂，出现网状或树枝状裂缝，地下水涌入，带出下部土颗粒 基底发生流砂现象，边坡失稳，地基悬浮流动 基底发生类似于“沸腾”的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动
6、 突涌产生条件与防治措施 承压水层顶板厚度： 减压井,基坑突涌,含义 当基坑开挖，基底有承压水，承压水顶板厚度小时，水头压力能顶穿基坑底板的现象，称为基坑突涌,24,基坑突涌,25,26,第三节 降低地下水的方法,降水方法的分类,明排法 井点法 轻型井点 喷射井点 电渗井点,27,引渗法 管井法 大口井法 辐射井法,降水技术的发展,降水技术有一百多年的历史 最早采用明排或竖井降水 1896年，柏林地铁施工第一次用深井降水 19251930年，真空泵井点 1939年，德国在Salzg-itter铁路一段长距离挖方中采用电渗稳定边坡 1950年以来：多级井点、喷射井点、辐射井点,28,井点类型及适
7、用范围,29,降水方法明排法,原理,30,降水方法明排法,适用条件 不易产生流砂、流土、管涌和塌陷等现象的粘性土、砂土和碎石土 基坑地下水位超过基础底板标高不大于2.0m 渗透系数小于0.5m/d，降水深度小于2.0m 单独使用或联合使用,31,降水方法明排法,排水沟和集水井的设置 布置在距拟建建筑物基础边净距0.4m以外，排水沟离开坡脚不小于0.3m，在基坑四角或每隔3040m设置1个集水井（坑） 排水沟底面应比挖土面低0.30.4m，集水井（坑） 比沟底低0.5m 沟、井截面根据排量确定： 基础较深或地下水位较高时，应分层明排或导排法,32,1-排水明沟；2-集水井；3-离心式水泵； 4-
8、设备基础或建筑物基础边线； 5-原地下水位线；6-降低后地下水位线,当基坑侧壁出现分层渗水时，可按不同高程设置导水管、导水沟等构成明排系统；当基坑侧壁渗水量较大或不能分层明排时，宜采用导流降水方法。降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。,1-底层排水沟；2-底层集水井；3-二层排水沟； 4-二层集水井；5-水泵；6-原地下水位线；7-降低后地下水位线,基坑明排适用于土层比较密实，坑壁比较稳定（细粒土边坡不易被渗流冲刷而产生塌方），基础埋深较浅，降水深度不大，不易发生流砂、管涌的工程。,井点法降水根据井型的不同进行分类： 轻型井点 喷射井点 电渗井点,降水方法井
9、点法降水,36,降水方法轻型井点,原理 适用条件 k=0.120m/d 单级降深：小于6m 二级降深： 612m,37,在地下水丰富地区，当土的渗透系数为0.11m/d时，常采用轻型井点降水。,38,39,轻型井点全貌图,40,二级轻型井点,41,降水方法轻型井点,井点设置 沿基坑周围布置，线状或封闭状，距边坡线不小于0.71.2m 井点间距0.82.40m 主要设备： 井点管：直径38 55mm，长度5 7m，下端1 1.7m为滤管，孔眼直径12 18mm，包滤 连接管：胶皮管、钢管、塑料管，直径38 55mm,42,线状布置,43,封闭状布置,44,45,轻型井点降水一般适用于粉、细砂，粉
10、土，粘质粉土和粉质粘土等渗透系数较小（0.120m/d）的弱含水层中降水，降水深度单层不大于6m，双层不大于12m。,降水方法轻型井点,主要设备： 集水管：直径100 127mm，分节连接，长度5 m，法兰盘连接，每隔0.8 1.6m设一连接井点管的接头 抽水设备： 真空泵 射流泵,46,轻型井点降水系统构成,总管,井点管,弯连管,47,真空泵,48,轻型井点降水,喷射混凝土坡面保护,49,滤管构造,50,真空泵原理,51,射流泵原理,52,53,喷射井点,适用条件 土层渗透系数K=0.120m/d 降水深度大于6m，最大可达20m 井点布置 基本同轻型井点 井距1.53m 成孔直径40060
11、0mm,54,电渗井点,原理,55,电渗井点,适用条件 饱和粘土，特别是淤泥、淤泥质粘土 配合轻型井点和喷射井点 渗透系数K小于0.1m/d 布置 同轻型井点和喷射井点 极距:轻型井点0.8-1.0m；喷射井点1.2-1.5m 间歇通电：24h停2-3h,56,引渗井点,适用条件 当含水层的下层水位低于上层水位，上层含水层的重力水可通过钻孔渗入到下部含水层，起混合水位满足降水要求时，可采用引渗自降 通过井孔抽水，使上层含水层的重力水通过井孔引导渗入下部含水层，使其混合水位满足降水要求时，可采用引渗抽降 当采用引渗井降水时，应注意防止有害水质污染下部含水层,57,引渗井点,布置 引渗井点可布置在
12、基坑内外 井距根据引渗实验确定，一般210m 引渗深度宜揭穿被渗层，当深度大时，揭进厚度不小于3m 井径400600mm,58,管井法,适用范围 井点不易解决的含水层颗粒较粗的粗砂卵石层，渗透系数大、水量大，降深820m，潜水或承压水 含水层厚度大于5m 基岩裂隙和溶洞含水层，厚度可小于5m 渗透系数大于1.0m/d 布置原则 基坑开挖上口线1.0m外 设置观测井 井径600800mm，井管外径400600mm 抽水设备为潜水泵,59,管井井点构造,60,管井井点由两部分组成，一是井壁管，一是滤水管。井壁管可用直径200350mm的铸铁管、无砂混凝土管、塑料管。滤水管可用钢筋焊接骨架，外包滤网
13、（孔眼为12mm），长23m（如图），也可用铸铁管打孔，外缠镀锌铅丝。,管井井点构造,61,降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于15倍井管直径，在地下水补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。,管井井点构造,62,降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑底面以下0.5m。,基坑放坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。,大型基坑放坡开挖，坡面喷混凝土保护,管井井点降水,63,管井井点
14、管,管井井点降水是一种常用的降水方法，适用在降水深度要求大，土质的渗透系数在20200m/d。,64,管井井点施工时，先用小型钻机钻孔或水冲成孔，插入井点管后，在管四周填入砂滤料，井内放入潜水泵。,管井的井点管,井的四周填入砂滤料,65,66,67-164,68,69,大口径井降水,适用条件 第四纪含水层，地下水补给丰富、渗透系数大的砂土和碎石土 地下水埋藏在15m以内，含水层厚度大于3m，施工条件允许可大于15m 布置 基坑外侧1.0m，特殊可布置在基坑内 配合其他降水 井径0.8m4.0m,70,大口径井构造,71,辐射井降水,适用条件 粘性土、砂土和碎石土 降水范围大或地面施工困难 降水
15、深度大于4m20m 布置 尽量使辐射井最大限度控制基坑降水范围 含水层薄时，单层，每层6-8根；否则多层 最下层辐射管应大于1.0m 辐射管长度宜为2050m，直径50150mm,72,73,第四节 降水的设计计算,有关降水的基本概念,地下水的种类 按埋藏条件分：上层滞水、潜水、层间水 上层滞水：局部性、多层、在潜水之上 潜水：第一个连续分布隔水层上部的水，受雨水和地表水影响，潜水层面标高即为水位标高 层间水：埋藏于两个隔水层之间的水，包括承压水和非承压水,74,各种地下水的垂直分布,75,降水的基本概念,降水井的类型,76,按照滤管与不透水层的关系： 完整井到不透水层 非完整井未到不透水层
16、按照是否承压水层： 承压井 无压井,潜水完整井 潜水非完整井 承压完整井 承压非完整井,水井的分类,77,地下水向井的运动特征 (1)水位降深：从井中抽水时，井周围含水层中的地下水向井中运动，井中和井附近的水位降低。设某点（x,y）的初始水头为H0(x,y,0)，抽水t时间后的水头为H(x,y,t)，则该点的水头降低值为s，s= H0(x,y,0)- H(x,y,t),将 S称为水位降深，简称降深。 (2)水位降落漏斗：水位降深S在不同的位置上是不同的，井中心降深最大，离井越远，降深越小，抽水井周围总体上形成的漏斗状水头下降区； (3)影响半径是从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。,降水工程设计,降水设计的资料 水文地质资料 含水层的性质、厚度、渗透系数、地下水补给条件、水流方向及水力坡度、地下水埋藏深度、水位高度和动态水位变化资料、井的类型等 建筑工程对降水的要求 建筑平面布置、范围及周边建筑物分布和结构；
