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1、基坑排水与降水 内容提要 基坑排水与降水的危害 基础施工中受地表水和地下水的影响 流砂及其防治 井点降水法 1 2 3 4 轻型井点的施工 5 降水对周围地面的影响及预防措施 6 1 基坑排水与降水的危害 1 基坑排水与降水的危害 2 基础施工中受哪些水影响 基础施工中受哪些水影响 地表水 地下水 2 基础施工中受哪些水影响 地面排水 2 1地面排水排除地面水 包括雨水 施工用水 生活污水等 常采用在基坑周围设置排水沟 截水沟或筑土堤等办法 并尽量利用原有的排水系统 或将临时性排水设施与永久性设施相结合使用 2 基础施工中受哪些水影响 集水井排水或降水 2 2集水井排水或降水集水井法是在基坑开
2、挖过程中 沿坑底的周围或中央开挖排水沟 并在基坑边角处设置集水井 将水汇入集水井内 用水泵抽走 这种方法可用于基坑排水 也可用于降水 2 2集水井排水或降水 集水井降水法 集水井降水法1 排水沟 2 集水井 3 离心式水泵 4 基础边线 5 原地下水位线 6 降低后地下水位线 2 2集水井排水或降水 排水沟 集水井设置 排水沟的设置排水沟底宽应不少于0 2 0 3m 沟底设有0 2 0 5 的纵坡 在开挖阶段 排水沟深度应始终保持比挖土面低0 4 0 5m 集水井的设置间距 应根据水量大小 基坑平面形状及水泵能力确定 一般为20 40m 井深 集水井在基坑开挖过程比开挖面低0 7 1 0m 开
3、挖到设计标高后比坑底低1 2m 2 2集水井排水或降水 水泵性能与选用 离心泵 泵体是由泵壳 泵轴及叶轮等主要部件组成 其管路系统包括滤网与底阀 吸水管及出水管等 2 2集水井排水或降水 集水井排水特点 1 设备简单 排水方便 费用较低 2 适于粗粒土层和渗流量小的黏土层 3 细砂或粉砂土层易发生塌方或流砂 4 地下水位较高的黏土层易发生坑底隆起 5 适于降水深的较浅的情况 一般不超过5m 3 流砂及其防治 流沙发生的原因 动水压力是流砂发生的重要条件 流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力 其性质通过图所示的试验说明 3 流砂及其防治 流沙发生的原因 由上式可知 动水压GD与水力坡度I
4、成正比 水位差越大 动水压力越大 而渗透路程越长 动水压力越小 3 流砂及其防治 流沙发生的原因 产生流砂现象主要是由于地下水的水力坡度大 即动水压力大 而且动水压力的方向 与水流方向一致 与土的重力方向相反 不仅受水的浮力 而且受动水压力的作用 有向上举的趋势 当动水压力等于或大于土的浸水密度时 土颗粒处于悬浮状态 并随地下水一起流入基坑 即发生流砂现象 3 流砂及其防治 流沙发生的原因 流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力或改变其方向 具体措施为 1 抢挖法2 水下挖土法3 打钢板桩或作地下连续墙法4 在枯水季节开挖5 井点降水法 4 井点降水法 井点降水法 就是在基坑开挖前 预先在基坑
5、四周埋设一定数量的滤水管 井 利用抽水设备从中抽水 使地下水位降落到坑底标高以下 并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能力为止 常用方法有 轻型井点 喷射井点 管井井点 深井井点和电渗井点等 4 1轻型井点 轻型井点设备 1 轻型井点设备轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成 管路系统包括 井点管 由井管和滤管连接而成 弯联管及总管等 4 1轻型井点 轻型井点设备 4 1轻型井点 轻型井点设备 滤管构造1 钢管 2 管壁上的小孔 3 缠绕的塑料管 4 细滤网 5 粗滤网 6 粗铁丝保护网 7 井管 8 铸铁头 4 1轻型井点 轻型井点设备 真空泵轻型井点设备工作原理简图l 滤管 2 井管 3
6、 弯管 4 阀门 5 集水总管 6 闸门 7 滤网 8 过滤室 9 淘砂孔 10 水气分离器 11 浮筒 12 阀门 13 真空计 14 进水管 15 真空计 16 副水气分离器 17 挡水板 18 放水口 19 真空泵 20 电动机 2l 冷却水管 22 冷却水箱 23 循环水泵 24 离心水泵 4 井点降水法 轻型井点 射流泵抽水设备工作简图 a 工作简图 b 射流器构造1一水泵 2一射流器 3一进水管 4一总管 5一井点管 6一循环水箱 7 隔板 8一泄水口 9一真空表 10一压力表 11一喷嘴 12一喷管 13一接水管 4 2轻型井点布置 轻型井点布置 轻型井点布置 平面布置 高程布置
7、 单排井点布置 环形井点布置 4 2轻型井点布置 平面布置 单排井点布置简图 a 平面布置 b 高程布置1一总管 2 井点管 3一抽水设备 4 2轻型井点布置 轻型井点布置 环形井点布置简图 a 平面布置 b 高程布置1一总管 2 井点管 3一抽水设备 4 2轻型井点布置 高程布置 井管的埋置深度 可按下式计算 其中 总管平台面至基坑底面的距离 m 基坑中心线底面至降低后的地下水位线的距离 一般取0 5 1 0m 水力坡度 根据实测 环形井点为1 10 单排线状井点为1 4 基坑中心到井点的距离 4 2轻型井点布置 高程布置 二级轻型井点1 第一层井点管 2 第二层井点管 4 3轻型井点计算
8、地下含水构造的种类 地下含水构造的种类 4 3轻型井点计算 地下含水构造的种类 因此自然界的岩石可分为透水层和不透水层 岩石中有一定的孔隙 地下水能再岩石中赋存与运动 岩石孔隙度越大 含水量越大 透水性越好 孔隙度越小 含水量越少 透水性越差 透水层与不透水层 4 3轻型井点计算 地下含水构造的种类 透水层 能够透过地下水的岩层 主要有 砂岩层 砂砾岩层以及裂隙 洞穴发育的其它岩石 其中储满地下水的部分称为含水层 不透水层 不能透过地下水的岩层 主要有 粘土 页岩 岩浆岩 变质岩等 不透水层对地下水的运动起着阻隔作用 又称为隔水层 两者之间过渡类型称为半 弱 透水层 如泥岩 亚粘土 黄土等 4
9、 4轻型井点系统的类型 水井分类 4 4轻型井点系统的类型 水井分类 水井的分类 a 无压完整井 b 无压非完整井 c 承压完整井 d 承压非完整井 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 1 无压完整涌水量 井点涌水量计算简图 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 2 无承压完整井 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 利用杜比公式 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 积分常数由边界条件确定 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 完全普通井的浸润线方程 R称为井的影响半径 R以外的地下水将不受该井的影响 当r R时 z H 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 式中 K 渗透系数 m d 应
10、由实验测定 H 含水层厚度 m S 水位降低值 m R 抽水影响半径 m 取 x0 环形井点的假想半径 m F 基坑周围井点管所包围的面积 m2 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 3 无压非完整井涌水量 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 有效深度H0值 注 表中S 为井管内水位降低深度 l为滤管长度 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 4 承压完整井涌水量承压完整井环形井点涌水量计算公式为 式中 M 承压含水层厚度 m K R x0 S 与公式前述公式相同 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 承压完整井涌水量计算示意图 4 4轻型井点系统的类型 确定井点管数量与井距 确定井点管数量
11、与井距 1 单井最大出水量 2 最少井数 3 最大井距 4 4轻型井点系统的类型 确定井点管数量与井距 单井最大出水量单井的最大出水量q 主要取决于土的渗透系数 滤管的构造与尺寸 按下式确定 式中 d 滤管直径 m l 滤管长度 m K 渗透系数 m d 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 2 最少井数井点管的最少根数nmin 按下式计算 式中1 1 备用系数 考虑井点管堵塞等因素 其它符号同前 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 3 最大井距m 式中 L 总管长度 m 4 4轻型井点系统的类型 涌水量计算 确定井点管间距时 还应注意以下几点 1 井距过小时 彼此干扰大 影响出水量 因此井
12、距必须大于15倍管径 2 在渗透系数小的土中井距宜小些 否则水位降落时间过长 3 靠近河流处 井点宜适当加密 4 井距应能与总管上的接头间距相配合 根据实际采用的井点管间距 最后确定所需的井点管根数 5 轻型井点的施工 埋设井点的程序是 放线定位 打井孔 埋设井点管 安装总管 用弯联管讲井点管与总管接通 安装抽水设备 5 轻型井点的施工 井点管的埋设 a 冲孔 b 埋管1一冲管 2一冲嘴 3一胶皮管 4一高压水泵 5一压力表 6一起重吊钩 7一井点管 8一滤管 9一填砂 10一粘土封口 5 轻型井点的施工 轻型井点施工 1 喷射井点 2 管井井点 3 深井井点 4 电渗井点 5 1喷射井点 当
13、基坑开挖较深 降水深度要求较大时 可采用喷射井点降水 其降水深度可达8 20m 可用于渗透系数为0 1 50m d的砂土 淤泥质土层 5 1喷射井点 喷射井点施工顺序 安装水泵设备及泵的进出水管 铺设进水总管和回水总管 沉设井点管 包括灌填砂滤料 接通进水总管后及时进行单根试抽 检验 接通回水总管 全面试抽 全部井点管沉完毕 检查整个降水系统的运转状况及降水效果 5 1喷射井点 喷射井点设备及平面布置简图 a 喷射井点设备简图 b 喷射扬水器原理图 c 喷射井点平面布置 5 1喷射井点 1 喷射井管 2 滤管 3 进水总管 4 排水总管 5一高压水泵 6 集水池 7 水泵 8 内管 9 外管
14、10 喷嘴 11混合室 12 扩散管 13 压力表 5 2管井井点 管井井点 就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井 每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位 在土的渗透系数大 20 200m d 的土层中 宜采用管井井点 管井井点设备 主要是由管井 吸水管及水泵组成 5 2管井井点 管井井点1一沉砂管 2一钢筋焊接骨架 3 滤网 4 管身 5 吸水管 6 离心泵 7 小砾石过滤层 8 粘土封口 9 混凝土实管 10 无砂混凝土管 11 潜水泵 12一出水管 5 3深井井点 当要求井内降水深度超过15m时 可在管井中使用深井泵抽水 这种井点称为深井井点 或深管井井点 深井井点一般可降低水位30
15、 40m 有的甚至可达百米以上 深井潜水泵有两种类型 一种是深井潜水泵 另一种是电动机安装在地面上 通过传动轴带动多级叶轮工作而排水 5 4电渗井点 电渗井点 是在轻型或喷射井点中增设电极而形成 主要用于渗透系数小于0 1m d的土层 电渗井点1一井点管 2一电极 3 直流电源 6 降水对周围地面的影响及预防措施 6 降水对周围地面的影响及预防措施 6 降水对周围地面的影响及预防措施 6 降水对周围地面的影响及预防措施 6 降水对周围地面的影响及预防措施 6 降水对周围地面的影响及预防措施 降低地下水位时 由于土颗粒流失或土体压缩固结 易引起周周地面沉降 由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状
16、 地面沉降多为不均匀沉降 可能导致周围的建筑物倾斜 下沉 道路开裂或管线断裂 6 降水对周围地面的影响及预防措施 地下水位降低植物根系无法接触到潮湿层 使城市走向荒漠化 北京的地下水位埋深已从1950年的3 4米到现在的25米以下 有心人注意到 北京著名的五棵松早已不复存在 在有可能的情况下 尽量采用连续墙 护坡桩 桩间旋喷桩 水泥土桩 型钢 冰冻止水等帷幕隔水方法 隔断地下水进入施工区域 进行井点降水时 必须采取相应措施 以防造成危害 如 回灌井点法 设置止水帷幕法 减缓降水速度法 6 1回灌井点法 在建筑物沿基坑一边 采用回灌井 使建筑物保持原有地下水位 地下水位降低 土层压缩下降 a 降水与回灌井点 b 加阻水支护结构的回灌井点 6 1回灌井点法 1 原有建筑物 2 开挖基坑 3 降水井点 4 回灌井点 5 原有地下水位线 6 降灌井点间水位线 7 降水后的水位线 8 不回灌时的水位线 9 基坑底 6 1回灌井点法 6 2设置止水帷幕法 常用止水帷幕施工方法 常用止水帷幕法 1 高压喷射注浆法 成幕质量好 适用土层广 但成本高 2 深层搅拌法 成本低 只适用软粘土地基 3 压力灌
