修改第10講 基坑降水

1、擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程 木林隆木林隆 博士博士巖土大樓820室第十講 基坑降水設(shè)計(jì)與施工 概述 集水明排設(shè)計(jì)與施工 導(dǎo)滲法 疏干降水 承壓水降水 基坑降水井施工概述降排水的作用降排水的作用(1) 防止基坑底面與坡面滲水，保證坑底干燥，便于施工。(2) 增加邊坡和坑底的穩(wěn)定性，防止邊坡或坑底的土層顆粒流失，防止流砂產(chǎn)生。(3) 減少被開挖土體含水量，便于機(jī)械挖土、土方外運(yùn)、坑內(nèi)施工作業(yè)。(4) 有效提高土體的抗剪強(qiáng)度與基坑穩(wěn)定性。對(duì)于放坡開挖而言，可提高邊坡穩(wěn)定性。對(duì)于支護(hù)開挖，可增加被動(dòng)區(qū)土抗力，減少主動(dòng)區(qū)土體側(cè)壓力，從而提高支護(hù)體系的穩(wěn)定性和強(qiáng)度保證，減少支護(hù)體系的變形。(5) 減少承壓水頭對(duì)基

2、坑底板的頂托力，防止坑底突涌。概述降排水的常用方法降排水的常用方法集水明排設(shè)計(jì)與施工適用范圍適用范圍(1) 地下水類型一般為上層滯水，含水土層滲透能力較弱；(2) 一般為淺基坑，降水深度不大，基坑或涵洞地下水位超出基礎(chǔ)底板或洞底標(biāo)高不大于2.0m；(3) 排水場區(qū)附近沒有地表水體直接補(bǔ)給；(4) 含水層土質(zhì)密實(shí)，坑壁穩(wěn)定（細(xì)粒土邊坡不易被沖刷而塌方），不會(huì)產(chǎn)生流砂、管涌等不良影響的地基土，否則應(yīng)采取支護(hù)和防潛蝕措施。集水明排設(shè)計(jì)與施工措施措施(1) 基坑外側(cè)設(shè)置由集水井和排水溝組成的地表排水系統(tǒng)，避免坑外地表明水流入基坑內(nèi)。排水溝宜布置在基坑邊凈距0.5m 以外，有止水帷幕時(shí)，基坑邊從止水帷幕

3、外邊緣起計(jì)算；無止水帷幕時(shí)，基坑邊從坡頂邊緣起計(jì)算。(2) 多級(jí)放坡開挖時(shí)，可在分級(jí)平臺(tái)上設(shè)置排水溝。(3) 基坑內(nèi)宜設(shè)置排水溝、集水井和盲溝等，以疏導(dǎo)基坑內(nèi)明水。集水井中的水應(yīng)采用抽水設(shè)備抽至地面。盲溝中宜回填級(jí)配礫石作為濾水層。導(dǎo)滲法適用范圍適用范圍(1) 地下水類型一般為上層滯水，含水土層滲透能力較弱；(2) 一般為淺基坑，降水深度不大，基坑或涵洞地下水位超出基礎(chǔ)底板或洞底標(biāo)高不大于2.0m；(3) 排水場區(qū)附近沒有地表水體直接補(bǔ)給；(4) 含水層土質(zhì)密實(shí)，坑壁穩(wěn)定（細(xì)粒土邊坡不易被沖刷而塌方），不會(huì)產(chǎn)生流砂、管涌等不良影響的地基土，否則應(yīng)采取支護(hù)和防潛蝕措施。導(dǎo)滲法設(shè)施與布置設(shè)施與布置

4、導(dǎo)滲設(shè)施一般包括鉆孔、砂（礫）滲井、管井等，統(tǒng)稱為導(dǎo)滲井。511324432341 - 上 部 含 水 層 初 始 水 位 ； 2 - 下 部 含 水 層 初 始 水 位 ；3 - 導(dǎo) 滲 后 的 混 合 動(dòng) 水 位 ； 4 - 隔 水 層 ； 5 - 導(dǎo) 滲 井導(dǎo)滲法導(dǎo)滲設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)滲設(shè)計(jì)計(jì)算Q 為導(dǎo)滲井群的總流量(m3/d)；q 為導(dǎo)滲井的流量(m3/d)；n 為導(dǎo)滲井總數(shù)；k為導(dǎo)滲井的垂向滲透系數(shù)(m/d)；F 為導(dǎo)滲井的水平截面積(m2)；I 為滲透坡降，對(duì)于均質(zhì)填料，I=1.0。nqQFIkq 疏干降水目的目的有效降低開挖深度范圍內(nèi)的地下水位標(biāo)高之外，還必須有效降低被開挖土體的含水量，

5、達(dá)到提高邊坡穩(wěn)定性、增加坑內(nèi)土體的固結(jié)強(qiáng)度、便于機(jī)械挖土以及提供坑內(nèi)干作業(yè)施工條件等諸多目的對(duì)象對(duì)象一般包括基坑開挖深度范圍內(nèi)上層滯水、潛水類型類型基坑開挖面Q地面QQQQQQQ(a)封閉式疏干降水(b)敞開式疏干降水(c)半封閉式疏干降水疏干降水降水方法降水方法一般包括輕型井點(diǎn)(含多級(jí)輕型井點(diǎn))降水、噴射井點(diǎn)降水、電滲井點(diǎn)降水、管井降水(管材可采用鋼管、混凝土管、PVC 硬管等)、真空管井降水等方法?？刂婆c檢驗(yàn)控制與檢驗(yàn)疏干降水效果可從兩個(gè)方面檢驗(yàn)：一、觀測坑內(nèi)地下水位是否已達(dá)到設(shè)計(jì)或施工要求的埋深；二、通過觀測疏干降水的總排水量或其它測試手段，判別被開挖土體含水量是否已下降到有效范圍內(nèi)。疏

6、干降水設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法1. 基坑涌水量估算基坑涌水量估算Q= AsQ 為基坑涌水量(疏干降水排水總量，m3)；為疏干含水層的給水度；A 為基坑開挖面積(m2)；s 為基坑開挖至設(shè)計(jì)深度時(shí)的疏干含水層中平均水位降深(m)。封閉型疏干降水封閉型疏干降水半封閉型或敞開型疏干降水半封閉型或敞開型疏干降水r0 為假想半徑，與基坑形狀及開挖面積有關(guān)；l為基坑長度(m)；b 為基坑寬度(m)；為基坑形狀修正系數(shù)00000log/73. 2log/2366. 1rrRkMsQrrRssHkQ承壓含水層：潛水含水層：圓形基坑矩形基坑Arblr004/疏干降水優(yōu)點(diǎn)：采用輕型井點(diǎn)降水其井點(diǎn)間距小，能有效地?cái)r截地下水

7、流入基坑內(nèi)，盡可能地減少殘留滯水層厚度，對(duì)保持邊坡和樁間土的穩(wěn)定較有利，因此降水效果較好。缺點(diǎn)是：占用場地大、設(shè)備多、投資大，特別是對(duì)于狹窄建筑場地的深基坑工程，其占地和費(fèi)用一般使建設(shè)單位和施工單位難以接受，在較長時(shí)間的降水過程中，對(duì)供電、抽水設(shè)備的要求高，維護(hù)管理復(fù)雜等。輕型井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)降水優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)疏干降水設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法輕型井點(diǎn)降水為例輕型井點(diǎn)降水為例輕型井點(diǎn)設(shè)備輕型井點(diǎn)設(shè)備輕型井點(diǎn)設(shè)備主要由井點(diǎn)管(包括過濾器)、集水總管、抽水泵、真空泵等組成。a. 井點(diǎn)管：一般采用直徑為38-50mm 的鋼管制作，長度為5.0-9.0m，整根或分節(jié)組成。b. 過濾器：采用與井點(diǎn)管相同規(guī)格的鋼管制

8、作，一般長度為0.8-1.5m。c. 集水總管：采用內(nèi)徑為100-127mm 的鋼管制作，長度為50.0-80.0m，分節(jié)組成，每節(jié)長度為4.0-6.0m。每個(gè)集水總管與40-60 個(gè)井點(diǎn)管采用軟管連接。d. 抽水設(shè)備：主要由真空泵(或射流泵)、離心泵和集水箱組成1-過濾器；2-外管；3-集水總管；4-濾網(wǎng)；5-過濾室；6-集水箱；7-浮筒；8-分水室；9-真空泵；10-電動(dòng)機(jī)；11-冷卻水箱；12-冷卻循環(huán)水泵；13-離心泵；14-真空計(jì)疏干降水設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法2. 井管最大允許出水量井管最大允許出水量qmax 為單根井點(diǎn)管的允許最大出水量(m3/d)；rw 為濾水管的半徑(m)；L 為濾水

9、管的長度(m)；k 為疏干層的滲透系數(shù)(m/d)。3. 井管數(shù)目井管數(shù)目4. 井管長度井管長度D 為地面以上的井點(diǎn)管長度(m)；hw 為初始地下水位埋深(m)；lw 為濾水管長度(m)；rq 為井點(diǎn)管排距。單排井點(diǎn) = 4 ；雙排或環(huán)形井點(diǎn) = 10輕型井點(diǎn)降水為例輕型井點(diǎn)降水為例3max120kLrqwmax/qQn qwwrlshDL1承壓水降水目的目的防止坑內(nèi)突涌降水方案降水方案1. 坑內(nèi)減壓降水坑內(nèi)減壓降水適用條件適用條件a. 隔水帷幕部分插入減壓降水承壓含水層中，隔水帷幕進(jìn)入承壓含水層頂板以下的長度L 不小于承壓含水層厚度的1/2，或不小于10.0m隔水帷幕對(duì)基坑內(nèi)外承壓水滲流具有明

10、顯的阻隔效應(yīng)；b. 隔水帷幕進(jìn)入承壓含水層，并進(jìn)入承壓含水層底板以下的半隔水層或弱透水層中，隔水帷幕已完全阻斷了基坑內(nèi)外承壓含水層之間的水力聯(lián)系。（a）坑內(nèi)承壓含水半封閉 （b）懸掛式止水帷幕 （c）坑內(nèi)承壓含水層全封閉 承壓水降水降水方案降水方案2. 坑外減壓降水坑外減壓降水適用條件適用條件a.當(dāng)隔水帷幕未進(jìn)入下部降水目的承壓含水層中；b.隔水帷幕進(jìn)入降水目的承壓含水層頂板以下的長度L 遠(yuǎn)小于承壓含水層厚度，且不超過5.0m。 （a)坑內(nèi)外承壓含水層全連通 （b）坑內(nèi)外承壓含水層幾乎全連通承壓水降水降水方案降水方案3. 坑內(nèi)坑內(nèi)-坑外聯(lián)合減壓降水坑外聯(lián)合減壓降水適用條件適用條件當(dāng)現(xiàn)場客觀條件

11、不能完全滿足前述關(guān)于坑內(nèi)減壓降水或坑外減壓降水的選用條件時(shí)，可綜合考慮現(xiàn)場施工條件、水文地質(zhì)條件、隔水帷幕特征以及基坑周圍環(huán)境特征與保護(hù)要求等，選用合理的坑內(nèi)-坑外聯(lián)合減壓方案運(yùn)行控制運(yùn)行控制承壓水降水運(yùn)行控制應(yīng)滿足兩個(gè)基本要求：其一，通過承壓水降水運(yùn)行，應(yīng)能保證將承壓水位控制在安全埋深以下；其二，從保護(hù)基坑周邊環(huán)境的角度考慮，在承壓水位降深滿足基坑穩(wěn)定性要求的前提下，應(yīng)避免過量抽水、水位降深過大。承壓水降水設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)與計(jì)算1. 基坑內(nèi)安全承壓水位埋深基坑內(nèi)安全承壓水位埋深基坑內(nèi)的安全承壓水位埋深必須同時(shí)滿足基坑底部抗?jié)B穩(wěn)定與抗突涌穩(wěn)定性要求D 為坑內(nèi)安全承壓水位埋深(m)；H0 為承壓含

12、水層頂板埋深的最小值(m)；h 為基坑開挖面深度(m)；Hd 為基坑開挖深度(m)；fw 為承壓水分項(xiàng)安全系數(shù)，取值為1.051.2；s 為坑底至承壓含水層頂板之間的土的天然重度的層厚加權(quán)平均值(kN/m3)；w 為地下水重度。mhHhDfhHHDdHhmhHwsw50. 10 . 1050. 1000承壓水降水設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)與計(jì)算2.單井最大允許涌水量單井最大允許涌水量Q 為單井涌水量(m3/d)；l 為過濾管長度(m)；rw 為過濾管半徑(m)3.滲流解析法設(shè)計(jì)計(jì)算滲流解析法設(shè)計(jì)計(jì)算n 為管井總數(shù)(口)； x1 x2 xn為計(jì)算點(diǎn)到各管井中心距離(m)3130klrQw nXXXnRkMQ

13、s21lg1lg366. 0基坑降水井施工輕型井點(diǎn)施工輕型井點(diǎn)施工1. 井點(diǎn)成孔施工井點(diǎn)成孔施工(1) 水沖法成孔施工：利用高壓水流沖開泥土，沖孔管依靠自重下沉。砂性土中沖孔所需水流壓力為0.40.5MPa，粘性土中沖孔所需水流壓力為0.60.7MPa。(2) 鉆孔法成孔施工：適用于堅(jiān)硬地層或井點(diǎn)緊靠建筑物，一般可采用長螺旋鉆機(jī)進(jìn)行成孔施工。(3) 成孔孔徑一般為300mm，不宜小于250mm。成孔深度宜比濾水管底端埋深大0.5m左右。2. 井點(diǎn)管埋設(shè)井點(diǎn)管埋設(shè)(1) 水沖法成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)盡快減低水壓、拔出沖孔管，向孔內(nèi)沉入井點(diǎn)管并在井點(diǎn)管外壁與孔壁之間快速回填濾料（粗砂、礫砂）。(2

14、) 鉆孔法成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，向孔內(nèi)沉入井點(diǎn)管，在井點(diǎn)管外壁與孔壁之間回填濾料（粗砂、礫砂）。(3) 回填濾料施工完成后，在距地表約1m 深度內(nèi)，采用粘土封口搗實(shí)以防止漏氣。(4) 井點(diǎn)管埋設(shè)完畢后，采用彎聯(lián)管(通常為塑料軟管)分別將井點(diǎn)管連接到集水總管上?；咏邓┕せ訉?m的基坑，則宜采用雙排井點(diǎn)降水。對(duì)滲透性較大的土層，坑寬不大于6m，也宜采用雙排布置?；咏邓┕ぽp型井點(diǎn)布置輕型井點(diǎn)布置寬的基坑可采用U形布置，但應(yīng)將兩側(cè)井點(diǎn)延長，延長部分一般為B/2?；咏邓┕ぽp型井點(diǎn)布置輕型井點(diǎn)布置對(duì)寬度不大于40m的大型基坑宜采用環(huán)形井點(diǎn)：總管中間應(yīng)安置一閘閥或?qū)⑵鋽嚅_，使集水總管內(nèi)水流

15、分向流入泵浦設(shè)備，避免紊流；在四角附近加密井點(diǎn)管，加強(qiáng)降水?；咏邓┕ぽp型井點(diǎn)布置輕型井點(diǎn)布置當(dāng)基坑寬度大于40m時(shí)，應(yīng)在基坑中央加設(shè)井點(diǎn)。當(dāng)環(huán)圈總長超過100120m，須增設(shè)水泵系統(tǒng)抽吸，并安裝閘閥將總管斷開?；咏邓┕ぽp型井點(diǎn)布置輕型井點(diǎn)布置圓形基坑可設(shè)置八角集水總管，通過45彎管接頭連接?；咏邓┕ぽp型井點(diǎn)布置輕型井點(diǎn)布置基坑降水井施工輕型井點(diǎn)布置輕型井點(diǎn)布置不規(guī)則基坑的降水井布置基坑降水井施工噴射井點(diǎn)施工噴射井點(diǎn)施工基本與輕型井點(diǎn)一致，但須注意以下事項(xiàng)(1)利用噴射井點(diǎn)降低地下水位，揚(yáng)水裝置的質(zhì)量十分重要。如果噴嘴的直徑加工不精確，尺寸加大，則工作水流量需要增加，否則真空度將降低，影響抽水效