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1、深基坑开挖中的 地下水控制技术 深基坑开挖中的 地下水控制技术 地下水是岩土工程领域中的重要因素，对岩土 工程设计、施工的影响最大也最复杂。许多重 大的问题都是由于地下水作用的影响，而解决 这些问题的关键就在于地下水的控制。基坑工 程、隧道工程和边坡工程是地下水控制技术应 用最广的领域。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 目前应用最广、最为成熟的地下水控制技 术方法主要有：明排、隔水帷幕、井点降 水（减压）、引渗、回灌等。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 1. 明排 n适用于含水层较薄、降水深度较小（一般不超过2m ）、不易产生流沙、流土、潜蚀管涌等现象的粘性 土、砂土、碎石土地
2、层。 a. 基坑底部明排： 基坑开挖时，沿坑底四周开挖排水沟，在排水沟 内每隔一定距离设置集水井，基坑挖土时渗出的水 经排水沟流向集水井，再用潜水泵抽出基坑，随基 坑开挖深度增加，排水沟和集水井也随之下移。一 般来说，排水沟低于基坑0.30.4m，集水井低于排 水沟0.81.0m，排水沟可以是明沟，也可以填入渗 透性较好的砂石作成盲沟。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 1. 明排 b. 基坑侧壁明排： 当基坑深度范围内有多个含水层，由于不能完全疏 干含水层中的地下水，基坑侧壁出现分层渗水时， 应在各含水层底部设置导水管，将地下水导出。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 2. 隔水
3、帷幕 n基坑开挖前环绕基坑四周作封闭的隔水帷幕，阻止 地下水向基坑内流动，达到基坑内无水作业的目的 。 n隔水帷幕截水方法几乎不受工程地质和水文地质条 件的限制，在软土地区或基坑临近大型地面水体时 尤为适用。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 2. 隔水帷幕 n隔水帷幕根据其底部是否插入下卧不透水层，分为 落底式和悬挂式两种。对于落底式竖向隔水帷幕， 其插入下卧不透水层的深度可按建筑基坑支护技 术规程（JGJ120-99）的规定执行，即 式中： 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 2. 隔水帷幕 n隔水帷幕还应进行基坑底的抗管涌验算。基坑开 挖后，地下水在基坑内外形成水头差 ，基坑底
4、 以下的土浸在水中，其有效重度为浮容重 。当 地下水的向上渗流力 时，土粒出于悬浮状 态，于坑底产生管涌现象。要避免管涌现象产生 ，则要求： 式中： 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 2. 隔水帷幕 n设水头梯度为 ，地下水的重度为 ， 则： 式中： 不发生管涌的条件为： 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 2. 隔水帷幕 因为 令 则不发生管涌的条件还可写为： 式中： 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 2. 隔水帷幕 n当抗渗流验算不满足时，应考虑增加隔水帷幕插入 基坑底以下的深度，或坑外增加降水或减压措施。 n当基坑底位于深厚含水层，且含水层渗透性较强时 ，可采用悬挂式隔水
5、帷幕与水平封底或坑内井点降 水相结合的方案。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 3. 井点降水 目前常用的井点降水方法主要有真空井点（轻型井 点）、喷射井点、管井等。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 3. 井点降水 n3.1真空井点： n真空井点降低地下水位，是沿基坑四周或一侧，以 一定的间距将较细的井点管沉入含水层中，井点管 上部与总管相连，通过总管利用真空泵将地下水从 井点管中不断抽出，以达到降低地下水位的目的。 n真空井点法适用于渗透系数为0.120m/d的粘性土 、粉土、砂土地层，适用于抽降上层滞水或水量不 大的潜水。受真空泵工作原理限制，单级真空井点 法降水深度不超过6
6、m，如基坑较深则需采用多级井 点，这需要有足够的场地条件。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 3. 井点降水 n3.2喷射井点 n喷射井点有喷水井点和喷气井点两种，其工作原理 相同，只是工作流体不同，前者以压力水作为工作 流体，后者以压缩空气为工作流体。与真空井点不 同的是，真空井点是在真空泵的作用下，在包括集 水箱、总管和井点管的整个系统内形成一定程度的 真空，而喷射井点是通过高速水流或气流在喷嘴处 形成真空，在井点管内形成最大限度的真空度。 n喷射井点法适用于渗透系数为0.120m/d的粘性土 、粉土、砂土地层，适用于抽降上层滞水或水量不 大的潜水，其降水深度可达20m。 一、地下水
7、控制技术方法的种类与适用条件 3. 井点降水 n3.3管井 n管井降水系统由井管和抽水设备组成，井管由井壁 管和过滤器两部分组成，目前常用的是无砂混凝土 管。抽水设备根据不同的降水深度及出水量要求， 选用合适扬程和流量的离心式水泵、深井潜水泵或 深井泵。 n管井降水适用于渗透系数为1.0200m/d的粉土、砂 土、碎石土地层，尤其适用于水量较大的潜水或承 压水含水层，其降水深度超过5m，在实际工程中应 用最广。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 n4.减压 n当基坑坑底为不透水层或弱透水层，其下为承压水 层时，基坑开挖后，下伏的承压水可能使基坑底部 出现突涌、隆起、流砂等破坏，应按下式进
8、行基坑 底抗渗流稳定验算。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 4.减压 式中： 当由上式验算不满足要求时，应预先在基坑四周或基坑内部 布设管井井点，降低下伏承压水的水头，保证基坑的安全。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 4.减压 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 n5.引渗 n当存在多层含水层，且下部含水层的水位低于上层 水位时，可以通过井孔或砂井等将上层水引渗到下 层含水层中，如混合水位满足降水要求，则可自然 降低地下水位，如混合水位不满足降水要求，可通 过抽降下层地下水实现降低地下水位的目的。也可 以采用抽渗结合的方法，达到更好的效果。 n引渗井可在基坑内外布置，井间距
9、宜根据试验确定 ，一般可采用2.010.0m。采用引渗井时应注意浅 层地下水对下部地下水的污染问题。 一、地下水控制技术方法的种类与适用条件 n6.回灌 n基坑降水后，不可避免地造成基坑周围的地下水位 降低，从而使其地基土的有效应力增加，产生新的 固结沉降。又由于受影响区域地下水下降的幅度不 同，以基坑为中心呈漏斗状，其地基土产生的固结 沉降也不均匀，因此易造成对周围受影响区域内建 筑物的破坏，尤其在软土地区更为明显。为减少这 类影响，可在基坑降水的同时，采取回灌措施，维 持需要保护区域的地下水位基本不变，以达到保护 周围建筑物安全的目的。 n回灌井的间距和数量应根据降水井的间距和被保护 建筑
10、物的平面位置确定。根据华东、华南地区的经 验，为保证回灌效果，回灌井与降水井的距离不宜 小于6m。 二、井点降水的设计 确定采用井点降水技术方法后，应根据场地 的工程地质及水文地质条件、地形地貌条件 、场地施工条件、基坑开挖尺寸等进行井点 降水的设计计算。设计计算时首先需要确定 水文地质参数和水位降深，根据基坑平面形 状和可能的井深（完整井或非完整井）等， 选择合适的计算公式，然后计算基坑降水总 涌水量和井点单井出水量，并由此确定降水 井的数量，最后根据计算结果，合理确定降 水井的数量和间距，确定降水井的位置。 二、井点降水的设计 n1. 渗透系数的确定 n渗透系数是井点降水设计计算中最重要的
11、水文地质参 数，一般可从相应的岩土工程勘察报告中获得，必要 时可通过现场试验测定。小型工程也可根据经验值估 算，土层的渗透系数经验值可参考下表： 二、井点降水的设计 n2. 影响半径 n降水影响半径R最好通过现场抽水试验确定，无抽水 试验资料时可按经验公式计算。 n对于潜水含水层： n对于承压含水层： 式中： 二、井点降水的设计 2. 影响半径 n有关影响半径的经验数据见下表： 二、井点降水的设计 n3. 基坑等效半径 n基坑井点降水设计计算时常把井点系统简化成一个 大口井，按一个大井来考虑并计算其总涌水量。对 于圆形基坑，其基坑半径即为等效半径。而对于大 多数的矩形或其他形状的基坑（狭长条形
12、除外）， 需要将其等效为圆形。 二、井点降水的设计 3. 基坑等效半径 n矩形基坑等效半径可按下式计算： n 式中： n不规则块状基坑等效半径可按下式计算： n 式中： 二、井点降水的设计 n4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n1）潜水完整井 na. 当基坑远离边界时： n式中： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 1）潜水完整井 nb. 岸边降水时： n 式中： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 1）潜水完整井 nc. 当基坑位于两个地表水体之间或位于补给区 与排泄区之间时： n 式中： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算
13、n4.1 面状基坑 1）潜水完整井 nd. 当基坑靠近隔水边界时： n 式中： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n2）潜水非完整井 na. 基坑远离边界时： n 式中： 其余符号同前。 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n2）潜水非完整井 nb. 基坑位于岸边且含水层厚度不大时： n 式中： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n2）潜水非完整井 nc. 基坑位于岸边且含水层厚度很大时： n 时 n 时 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n3) 承压水完整井 na. 当基坑远离边界时
14、： n式中： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n3) 承压水完整井 nb. 当基坑位于河岸边时： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n3) 承压水完整井 nc. 当基坑位于两个地表水体之间或位于补给区与排 泄区之间时： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n3) 承压水完整井 nd. 当基坑靠近隔水边界时： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n4）承压水非完整井 n基坑远离边界时： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.1 面状基坑 n5）承压潜水非完整井 n基坑远离边界时
15、： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.2 狭长条状基坑 n1）潜水完整井 n基坑远离边界时： n 或 n式中： 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 n4.2 狭长条状基坑 n2）承压水完整井 n基坑远离边界时： n 或 二、井点降水的设计 4. 基坑涌水量计算 二、井点降水的设计 n5. 单井点出水能力计算 n5.1 真空井点和喷射井点 n1）真空井点单井点出水能力的经验值为 3660m3/d。 n2）喷射井点单井点出水能力参见下表。 二、井点降水的设计 5. 单井点出水能力计算 二、井点降水的设计 5. 单井点出水能力计算 n5.2 管井 n管井的单井出水能力可按经验公式
16、确定。 n 式中： 或 n 式中： 二、井点降水的设计 5. 单井点出水能力计算 5.2 管井 二、井点降水的设计 n6. 井点数量和井点间距的确定 n计算得出基坑总涌水量及井点单井出水能力后，即 可得出井点数量。即 n井点数量确定后，根据基坑周长便可确定井点间距 。 二、井点降水的设计 6. 井点数量和井点间距的确定 n对于真空井点和喷射井点用上述方法一般就可以确 定降水系统的平面布设。一般来讲，真空井点间距 为0.82.0m，喷射井点间距为1.53.0m。 n对于管井降水系统，用上述方法只是确定了井点数 量和井点间距的初值，是否满足降水要求，还要经 过群井抽水时单井出水能力的验算。验算要求单井 井管进水长度的计算值应大于前面计算基坑总涌水 量和单井出水能力时假定的过滤器进水部分长度， 即要求 二、井点降水的设计 6. 井点数量和井点间距的确定 n对于潜水完整井： n式中： 二、井点降水的设计 6. 井点数量和井点间距的确定 n对于承压水完整井： n式中： 二、井点降水的设计 6.
