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基坑降水建筑与土木工程学院第一节概述第二节地下水的不良作用第三节基坑降水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治措施主要内容基坑降水目的为什么进行基坑降水？保证地下结构的安全施工（干作业）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第一节概述第二节地下水的不良作用1.流土2.管涌3.接触冲刷与接触流失4.基坑突涌定义在向上渗流作用下局部土体表面的隆起、顶穿或粗颗粒群同时浮动而流失的现象。发生地层流土：表层由黏性土与其他细粒土组成的土体或较均匀的粉细砂地层。流砂：颗粒级配均匀而细的粉、细砂，粉土。工程意义突发性、工程危害大1.流土（砂）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形成条件水力坡度大，渗透力超过土颗粒重量使之悬浮时，达到临界水力坡度1.流土（砂）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、化学加固等井点降水防治流砂现象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）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2～3渗透的水力坡度大于临界水力坡度2.管涌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a.斜坡条件时；b.地基条件时1—管涌堆积颗粒；2—地下水位；3—管涌通道；4—渗流方向管涌3.接触冲刷与接触流失接触冲刷：对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均小于等于10，且符合，不会发生接触冲刷。接触流失：对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均小于等于5，且，不会产生接触流失；对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均小于等于10，且，不会产生接触流失；D10，d10分别代表较粗和较细一层土的颗粒粒径，小于该粒径的土中占总土重的10%1010Dd102070Dd71585Dd5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4.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，称为基坑突涌产生条件wHh4.基坑突涌设置减压井，降低承压水水位。当时，基坑不产生突涌。防治措施第三节基坑降水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引渗法管井法大口井法辐射井法•井点类型及适用范围井点类型渗透系数降水深度最大井距主要原理单级轻型井点0.005~20m/d3～6m1.6~2m地上真空泵或喷射嘴真空吸水多级轻型井点6～20喷射井点0.005~208～202～3m地下喷射嘴真空吸水电渗井点0.15～6极距1m钢筋阳极加速渗流管井井点0.1~2003～520~50单井真空泵、离心泵大口径井点10~25025～3030~50单井潜水泵排水水平辐射井点大面积降水平管引水至大口井排出引渗井点不透水层下有渗存水层打穿不透水层，引至下一存水层降水方法——明排法原理降水方法——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30～40m设置1个集水井（坑）排水沟底面应比挖土面低0.3～0.4m，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——井点法降水降水方法——轻型井点原理适用条件k=0.005～20m/d单级降深：小于6m二级降深：6～12m在地下水丰富地区，当土的渗透系数为0.005～1m/d时，常采用轻型井点降水。轻型井点全貌图二级轻型井点降水方法——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0.7~1.2m，井点间距0.8～2.40m单排布置双排布置环状布置C形布置降水方法——轻型井点主要设备：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集水管：直径100～127mm，分节连接，长度5m，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：真空泵射流泵主要设备：轻型井点降水系统构成总管井点管弯连管真空泵轻型井点降水喷射混凝土坡面保护滤管构造真空泵原理射流泵原理集水总管射流器离心泵压力表循环水箱真空表喷射井点适用条件土层渗透系数K=0.005～20m/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1.5～3m成孔直径400～600mm电渗井点原理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0.005m/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引渗井点布置引渗井点可布置在基坑内外井距根据引渗实验确定，一般2—10m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400—600mm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8—20m，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0.1m/d布置原则基坑开挖上口线1.0m外设置观测井井径600—800mm，井管外径400—600mm抽水设备为潜水泵管井井点构造粘土沉砂管钢筋焊接管架吸水管滤网小砾石管身吸水管水泵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200～350mm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（孔眼为1～2mm），长2～3m（如图），也可用铸铁管打孔，外缠镀锌铅丝。管井井点构造粘土沉砂管钢筋焊接管架吸水管滤网小砾石管身吸水管水泵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。管井井点构造粘土沉砂管钢筋焊接管架吸水管滤网小砾石管身吸水管水泵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管井井点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0.1～200m/d。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0.8m—4.0m辐射井降水水平辐射井是由大口径竖井和以其为中心，分层设置并向四周辐射水平滤水管组成的降水系统。水平滤水管埋置于地下含水层内以截断基坑的外来水和坑底涌水。地下水以重力形式分层渗入水平滤水管集于竖井，用泵将水抽出达到降水目的。原理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深度大于4m—20m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20—50m，直径50—150mm降水井的类型按照滤管与不透水层的关系：–完整井――到不透水层–非完整井――未到不透水层按照是否承压水层：–承压井–无压井潜水非完整井承压完整井承压非完整井潜水完整井第四节降水的设计计算水井的分类基本概念：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。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；影响半径：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内容降水方法的选择基坑涌水量计算单井涌水量计算井距、井数和井深井的布置井身结构设计成井工艺抽排水方案沉降预测降水工程设计—降水方法选择降水方法选择应考虑的因素–含水层渗透系数K、降深h、含水层厚度等–降水目的含水层与相关含水层的水力关系–周边工程或地下构筑物、管线对降水的敏感性–降水面积–多种方法相结合–支护方案常规降水方法适用条件Dupuit假设（1）地下水流向水井处于稳定流动状态；（2）地下水呈层流运动，运动规律遵循达西定律；（3）地下水为缓变流，可将空间流简化为平面流；（4）假定静水位是水平的，降落漏斗的供水边界是圆柱形；（5）含水层为均质等厚，分布是无限的，隔水层顶、底板是水平的；（6）水井为完整井。降水工程设计—基坑涌水量计算完整潜水井取不透水层顶面为x轴，井轴为y轴，则降落漏斗任意横剖面的面积表达式为：2()Axya在该剖面上的水头梯度为：dyidx由达西公式即可得出裘布依微分方程：dyQkiAAkdxQ—井的涌水量；k—渗透系数2dyQxykdx将（a）式代入可得：积分得：2ln()QyxCbk当x=R时，y=H，其中R为影响半径，H为潜水层厚度，可求得：2lnCQRkH代入（b）式，经整理得：22lnlnHyQkRx当x=r时，y=h（r为水井半径，h为井内水位距不透水层距离）。令水位降低值S=H-h，则得：(2)lglgHSSQkRr完整承压井取井底不透水层顶面为x轴，井轴为y轴，可得出流向井的水流任意圆柱剖面的断面面积A的表达式为：2AxM在该剖面上的水头梯度为：dyidx由达西公式即可得出裘布依微分方程：2dyQkiAxMkdx积分后得：2lnMkyQxc当x=R时（R为影响半径），y=H，代入上式整理得：2()lnkMH