第七章-深基坑降水

Sloganhere第七章深基坑降水深基坑降水高层建筑基础埋置较深，面积大，基坑开挖和基础施工会遇到地表和地下水大量渗入，造成地基浸泡，使地基承载力降低；或出现管涌、流砂、坑底隆起、坑外地层过度变形等现象，导致地基基础无法施工，影响附近建筑使用安全和工程顺利进行，因此，基坑的排降水，是基坑开挖的重要条件。基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制，即在基坑工程施工过程中，地下水要满足支护结构和挖土施工的要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的环境和设施带来危害。深基坑降水的方法有集水沟明排水法和人工降低地下水位法及隔离地下水。在软土地区基坑开挖深度超过3m，一般就要用井点降水。开挖深度浅时，亦可边开挖边用排水沟和集水井进行集水明排。地下水控制方法有多种，选择时根据土层情况、降水深度、周围环境、支护结构种类等综合考虑后优选。当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法。方法名称土类渗透系数(m/d)降水深度m水文地质特征集水明排20.05真空井点填土、粘性土、砂土0.1～20.0单级6多级20喷射井点填土、粘性土、砂土0.1～20.020上层滞水或水量不大的潜水降水管井砂土、碎石土、岩溶岩、破碎带1.0～200.05含丰富的潜水、承压水、裂缝水截水粘性土、砂土碎石土、岩溶岩不限不限回灌填土、砂土、碎石土0.1～200不限降水类型及适用范围明排水法一般采用截、疏、抽的方法。截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域；抽：在低洼地段设置集水、排水设施,然后用抽水机抽走。疏：在基坑内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；水淹基坑损失惨重工期延误明沟与集水井排水在基坑的一侧或四周设置排水明沟，在四角或每隔20～30m设集水井,排水沟始终比开挖面低0.4～0.5m，集水井比排水沟低0.5～1m，在集水井内设水泵将水抽排出基坑。适用于土质好、地下水量不大的基坑排水。普通与集水井排水法分层明沟排水当基坑土层由多种土层组成,中部夹有透水性强的砂类土时,为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡,宜在基坑边坡上分层设置明沟及集水井。分层明沟排水法深层明沟排水当地下基坑相连、土层渗水量和排水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂性，可在基坑内的深基础或合适部位设置一条纵、长、深的主沟，其余部位设置边沟或支沟与主沟连通，通过基础部位用碎石或砂子作盲沟。适用于深度大的大面积地下室、箱基的基坑施工排水。深层明沟排水法不考虑基坑排水的恶果排水盲沟3.优缺点优点：设备简单，施工方便；缺点：在细砂和粉砂土层，抽水时会带走细砂，引起流砂。适用范围：粗粒土层，渗水量小的粘土层沙湾电站厂房深基坑排水施工全景施工降水在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。基坑底低于地下水位时基底会不停的渗水人工降水方法主要有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点，统称井点降水。遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工井点降水的作用减小横向荷载防止流砂防止涌水稳定边坡防止塌方防止管涌防止地下水涌入基坑防止地下水的渗流引起边坡塌方消除地下水的水位差,防止坑底的管涌降水后,使板桩减少了横向荷载消除地下水的渗流,也就防止流砂现象降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力!轻型井点降水轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。适用于渗透系数为0.1～50m/d的土层中。降水深度：单级井点3～6m，多级井点6～12m。轻型井点法降低地下水位全貌图基坑轻型井点降水⑴轻型井点的设备由管路系统（滤管、井点管、弯联管及总管）和抽水设备（真空泵、离心泵和水气分离器）组成。轻型井点工作原理及滤管构造见图：轻型井点设备工作原理滤管构造井点管滤管构造1-钢管2-管壁上小孔3-缠绕的铁丝4-细滤网5-粗滤网6-粗铁丝保护网7-铸铁头8-井点管真空泵、离心泵、水气分离器工作原理：设备从左向右抽成真空，大气压力使水从右往左通过离心泵抽出。水气分离器副水气分离器真空泵总管井点管离心泵抽水设备工作原理井点降水动画.exe轻型井点组成1-井点管2-滤管3-集水总管4-弯联管5-水泵房6-原地下水位7-降低后地下水位总管井点管弯连管真空泵排放总管→埋设井点管→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备→试运行→正式抽水，（2）轻型井点的施工程序⑵轻型井点的平面布置①单排布置：当基坑(槽)宽度＜6m、降水深度≯5m时可采用单排布置。井点管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度B。②双排布置：当基坑(槽)宽度＞6m时采用。单排布置③环型或U型布置：当基坑面积较大时，应采用环型布置（考虑施工机械进出基坑时宜采用U型布置）。双排布置环型布置U型布置●采用双排、环型或U型布置时，位于地下水上游一排的井点间距应小些，下游井点的间距可大些。●如采用U形布置，则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向。地下室电梯井局部二次降水井点降水不到位的基坑基础施工至地下水位以上施工降水方可停止轻型井点降水施工井点布置根据基坑平面形状与大小，地质与水文情况、工程性质、降水深度等确定。单排井点、双排井点、环形井点各自适用的范围井点埋置深度计算H≧H1+h+iL+lH值确定后，为了安全，一般再增加1/2滤管长度。井点管的滤水管一般不宜埋入渗透系数极小土层。井点的施工工艺：放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管、填砂硕石料、上部黏土密封→用弯管将井点管与总管连接→安装集水箱和排水管→开动真空泵排气→测量观测井中地下水变化。此外，确定井点管埋深度时，还要考虑到井点管上口一般要比地面高0.2m。H≥h1+△h+iLB.高程布置考虑抽水设备的水头损失后，一般井点降水深度不超过6m。●在确定井点管埋置深度时，还应考虑井点管露出地面0.2～0.3m，滤管必须埋在透水层内。●当一级井点达不到降水深度要求时，则可采用二级井点。基坑二级轻型井点降水地下室三级井点降水二级轻型井点降水城墙侧湖底段采用围堰挡水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。⑷轻型井点的设计及计算井点系统的设计应掌握施工现场地形图、水文地质勘察资料、基坑的施工图设计等资料。设计内容除进行井点系统的平面布置和高程布置外,尚应进行涌水量的计算，确定井管数量及井距，选择抽水设备等工作。⑸轻型井点的埋设程序排放总管→埋设井点管→用弯联管将井点与总管接通→安装抽水设备。排放总管埋设井点管接通弯联管⑹防范井点降水不利影响的措施井点降水必然会形成降水漏斗，从而导致周围土壤固结并引起地面沉陷，为减少井点降水对周围建筑物及地下管线造成影响，可在井点线外4～5m处设置回灌井点，将井点中抽出水经沉淀后用压力注入回灌井中，形成一道水墙。设置挡土帷幕也可减少井点降水引起的不利影响。回灌井点水位图回灌井点布置设置挡土帷幕减少不利影响共70页第60页（4）轻型井点计算A.计算内容井点系统涌水量计算，井点管数量及井距的确定，抽水设备选用。B.涌水量计算①水井分类②无压完整井涌水量Q(2)1.366lglgHSSQKRr式中：Q----单井涌水量（m3/d）；K----渗透系数（m/d），应由实验测定；H----含水层厚度（m）；S----水井内水位降低值（m）；R----抽水影响半径（m）;r----水井半径（m）。单井涌水量0(2)1.366lglgHSSQKRx式中：Q----井点系统涌水量（m3/d）；K----渗透系数（m/d），应由实验测定；H----含水层厚度（m）；S----（基坑内实际）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），当基坑长宽比不大于5时，取：A----环形井点系统所包围的面积（m2）。1.95()RSHKm0/()xAm环状井点涌水量③无压非完整井涌水量Q00(2)1.366lglgHSSQKRxS／(S’＋l)0.20.30.50.8H01.3(S’＋l)1.5(S’＋l)1.7(S’＋l)1.85(S’＋l）有效深度H0值注：S--井点系统中心处处水位降低值；S’--井点管处水位降低值；l--滤管长度。当算得的H0大于实际含水层厚度H时，仍取H值。④承压完整井涌水量02.73lglgKMSQRx式中：Q----井点系统涌水量（m3/d）；K----渗透系数（m/d），应由实验测定；M----承压含水层厚度(m)；S----（基坑内实际）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），当基坑长宽比不大于5时，取：A----环形井点系统所包围的面积（m2）。1.95()RSHKm0/()xAmC.井点管数量与井距确定①单井最大出水量3120qdlK式中：d-滤管直径（m）；l-滤管长度（m）。②最少井数井点管的最少根数nmin：min1.1()根Qnq③平均井距()LDmn式中：L----总管长度（m）。确定井点管间距时，还应注意以下几点：(a)井距过小时，彼此干扰大，影响出水量，因此井距必须大于15倍管径。(b)在渗透系数小的土中井距宜小些，否则水位降落时间过长。(c)靠近河流处，井点宜适当加密。(d)井距应能与总管上的接头间距相配合，常取0.8/1.2/1.6/2.0，根据实际采用的井点管间距，最后确定所需的井点管根数。工程降水设计计算实例工程条件：某工程基坑开挖下口线尺寸为19m×10m，基坑开挖深度为4.1m，采用1:0.5放坡开挖。工程±0.00为自然地面标高，地下水位为-0.6m。根据岩土工程勘察报告，场地地面下0.7m为杂填土，以下为6.6m的细砂层，其渗透系数K=5m/d，再往下为不透水的粘土层。试对该工程进行降水设计。工程降水设计计算实例——过程降水方法的选择-单级轻型井点含水层渗透系数K=5m/d降水深度：S=4.1-0.6+0.5=4.0m相关参数的确定井点轴线：距基坑开挖上口线0.8m基坑开挖上口线尺寸：按1:0.5放坡计，23m×14m基坑降水面积：24.6m×15.6m井点深度：按完整井考虑，取7.3m绘制计算图绘制计算图基坑涌水量计算含水层厚度：H=7.3-0.6=6.7m降水深度：S=4.1-0.6+0.5=4.0m基坑等效半径：抽水影响半径：基坑总涌水量：mbar65.116.156.2429.029.00mHKSR457.650.422dmrRSSHKQ/41965.11451lg0.40.47.625366.11lg2366.130计算单井出水量、井点数和井点距单井出水量，取过滤器直径0.05米，进水部分长度1.2米：井点管数：考虑边角加密，增加8根，共30根井点距：实际井点数dmKldq/9.2052.105.014.36565333根229.204191.11.1qQnmmnDL4.277.21306.156.2421，实际取根，实际取345.334.26.156.242LDn降低水位预测mrrrrrrnRKQHHSnn0.4...lg34165.56lg5366.14197.67.6lg1lg366.12122102管井井点管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距10～50m，最大埋深可达10m，管井距基坑边缘距离≮1.5m(冲击钻成孔)或3m(钻孔法成孔)，适用于降水深度3～5m、渗透系数为20～200m/d的基坑中施工降水。管井井点设备简单、排