巖土工程設(shè)計-6降水工程

第六章降水工程

2023/2/21巖土工程設(shè)計-降水工程本章內(nèi)容6.1概述6.2降水技術(shù)方法的選擇6.3降水設(shè)計原理6.4工程降水設(shè)計6.5工程降水案例2023/2/22巖土工程設(shè)計-降水工程6.1概述一、工程降水的含義應(yīng)用水文地質(zhì)學(xué)原理，通過降水設(shè)計和降水施工，排除地表水體和降低地層中滯水、潛水、承壓水、基巖水、巖溶水等地下水的水位，滿足建設(shè)工程的降水深度和時間要求，并對工程環(huán)境無危害性影響。東北沉積土?xí)r間長，沉降影響小。南方、上海、天津?qū)俳两低翆?，沉降大。降水深度開挖深度總深度降水時間總時間分段時間2023/2/23巖土工程設(shè)計-降水工程6.1概述二、工程降水的目的（1）增強邊坡的穩(wěn)定性。（2）改善工作環(huán)境，大大降低了工作強度，可利用機械施工。（3）縮短工期，降低了造價。（4）有利于巖土工程的施工，特別是人工挖孔樁，錨桿。人工挖孔樁可降水也可不降水，視具體的情況而定。2023/2/24巖土工程設(shè)計-降水工程6.1概述三、工程降水分類地下水人工處理方法：A.止水法——基坑側(cè)面和基坑底面：（1）沉箱法（2）凍結(jié)法（3）灌漿法（4）地下連續(xù)墻（5）板樁法B.排水法——明排水；人工降低地下水法。工程降水分類（1）按基坑幾何形狀，點狀降水、線狀降水、塊狀降水。（2）按降水深度，淺降水（小于6米）、中降水（6到22米）、深降水（大于22米）。（3）按地層滲透性，弱滲透，中滲透，強滲透。（4）按降水復(fù)雜程度分，簡單，中等，復(fù)雜。2023/2/25巖土工程設(shè)計-降水工程6.2降水技術(shù)方法的選擇一、工程降水方法與施工要求1.明排降水法適用于（1）不易產(chǎn)生流沙塌陷的地層；（2）地下水的降深要小于2米；（3）排降殘留水時。2023/2/26巖土工程設(shè)計-降水工程6.2降水技術(shù)方法的選擇明溝排水示意圖2023/2/27巖土工程設(shè)計-降水工程6.2降水技術(shù)方法的選擇2.點井降水的方法也稱輕型井點，口徑小于100mm，單級降水小于10m，動力是真空泵，多級稱為多級點井。點井適用于：（1）基坑地層易發(fā)生管涌或邊坡不穩(wěn)定的地層。（2）地層的滲透性比較弱如沙土、粘性土。（3）單級降深小于7米，大于7米用多級或噴射井。施工中注意不要漏氣。3.無管的裸井—滲井無泵井，一般井徑大于200mm。（1）引滲自降：含水層下層水位低于上層水位。（2）引滲抽降：含水層下層水位高于上層水位?？刹荚诨觾?nèi)外。2023/2/28巖土工程設(shè)計-降水工程6.2降水技術(shù)方法的選擇注意含水層的條件，井距2—10m，深5m.。施工時注意（1）洗井；（2）濾料。采用有管的井時注意含水層的水質(zhì)，含水層水多時要注意這一點，管井與滲井相結(jié)合。4.管井指口徑在200—500mm的各種材料材質(zhì)的井。與供水井比較其濾水管較長，滲透系數(shù)從0.3到幾百米每日，降深從幾米到幾百米。施工中注意的問題：（1）成井工藝中花管及其包網(wǎng)；（2）洗井注意。2023/2/29巖土工程設(shè)計-降水工程

5.大口徑井方法指井的口徑在1—8m，井深在數(shù)十米到數(shù)百米。適用于滲透系數(shù)大施工場地比較差的場地的砂礫石層。多數(shù)降深小于15m。

6.輻射井方法指在大口徑的井中加水平角度的輻射井。輻射井徑在50—150mm，長度20—50m?？梢允嵌鄬虞椛涔堋?.2降水技術(shù)方法的選擇2023/2/210巖土工程設(shè)計-降水工程6.2降水技術(shù)方法的選擇二、人工降水技術(shù)選擇方法根據(jù)（1）場地水文地質(zhì)條件；（2）開挖深度與技術(shù)條件；（3）場地的施工條件與技術(shù)要求；（4）經(jīng)濟技術(shù)合理性；（5）可以選擇單一方法也可以選擇多種方法的組合。長春市黏性土降水方法：用點井法或管井法。多用管井，每米造價70元。用水泥管每米15到18元。井深是開挖深度的兩倍。不能平面布井。2023/2/211巖土工程設(shè)計-降水工程一、地下水動力方法（以裘布依理論為基礎(chǔ)）（1）將降水基坑視為是一個大井；（2）確定含水層的性質(zhì)及其井的性質(zhì)與邊界條件；（3）計算涌水量：Q—總的涌水量，q—單井的涌水量；（4）計算降水井個數(shù)：h=Q/q；（5）計算井距；（6）計算井深。6.3降水設(shè)計原理2023/2/212巖土工程設(shè)計-降水工程6.3降水設(shè)計原理承壓完整井承壓非完整井各種井的布置示意圖2023/2/213巖土工程設(shè)計-降水工程根據(jù)地下水類型和井的性質(zhì)選擇涌水量計算公式（1）潛水完整井涌水量公式式中：K—滲透系數(shù)；H—潛水含水層厚度；S—抽水井的降深；Ro—基坑抽水影響半徑，從基坑中心算起（Ro

=R+X0）；Xo—基坑的引用半徑。6.3降水設(shè)計原理2023/2/214巖土工程設(shè)計-降水工程（2）承壓水完整井涌水量公式式中M—承壓水層厚度。（3）潛水非完整井的涌水量公式式中

L——過濾器長度；

h0——過濾器頂?shù)礁羲畬拥装寰嚯x。6.3降水設(shè)計原理2023/2/215巖土工程設(shè)計-降水工程6.3降水設(shè)計原理（4）承壓水非完整井涌水量公式式中l(wèi)——過濾器長度。（5）透水邊界潛水完整井涌水量計算公式。（6）透水邊界潛水非完整井涌水量計算公式。（7）隔水潛水完整井涌水量計算公式。（8）隔水潛水非完整井涌水量計算公式。（9）透水邊界承壓水完整井涌水量計算公式。（10）透水邊界承壓水非完整井涌水量計算公式。（11）隔水邊界承壓水完整井涌水量計算公式。（12）隔水邊界承壓水非完整井涌水量計算公式。2023/2/216巖土工程設(shè)計-降水工程6.3降水設(shè)計原理二、水文地質(zhì)比擬法1.水文地質(zhì)條件相同或相似——天然條件；2.開挖的深度和開挖的形式及開挖時間相同或相似；3.基坑形狀和開挖面積相同或相似。三、有效半徑法——不太成熟的方法1.根據(jù)有不同深度不同時間的抽水降深的曲線有單井或多井；2.根據(jù)開挖深度時間選有效半徑。有3m、5m、7m、8m等；3.通過計算機進行優(yōu)化。2023/2/217巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計一、概述（一）降水設(shè)計依據(jù)資料1.場地測量資料。2.場地及其周圍管線。3.場地的輪廓，軸線，外墻線，邊坡開挖線，允許降水井布置的線。4.基坑開完深度，施工順序。5.降水時間。6.排水位置。7.周圍建筑物的基礎(chǔ)，與對環(huán)境的影響。2023/2/218巖土工程設(shè)計-降水工程（二）工程降水的設(shè)計依據(jù)1.根據(jù)基坑的形狀深度與技術(shù)要求。有沒有護坡樁，長方形布井較好，主要是在角點上布井不利。不同形狀設(shè)計的個數(shù)和間距將不同。2.水文氣象資料。去最大降水的資料，距離江河近時要考慮江河的最大水位時間。3.水文地質(zhì)條件。地下水類型，地下水流向，各類土的毛細上身高度。4.水文地質(zhì)參數(shù)的確定。目前除了上海、天津外各地基本不做降水的水文地質(zhì)試驗。5.巖土工程地基勘察資料。6.附近工程降水資料。6.4工程降水設(shè)計2023/2/219巖土工程設(shè)計-降水工程二、工程降水設(shè)計要有平面圖，剖面圖?？紤]天然因素，人為因素。（一）工程降水的水文地質(zhì)參數(shù)K—滲透系數(shù)R0—降水漏斗半徑μ—給水度a—壓力系數(shù)1.在巖性已知的情況下，用經(jīng)驗數(shù)據(jù)黏土的滲透系數(shù)是0.1—0.5m/d。2.利用經(jīng)驗公式，潛水承壓水3.利用已有的工程降水資料來估計參數(shù)。4.利用抽水實驗。（二）降水方案設(shè)計——地下水動力方法1.根據(jù)地下水類型和井的性質(zhì)選擇涌水量計算公式6.4工程降水設(shè)計2023/2/220巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計2.降水出水量的計算（1）基坑總的涌水量計算X0的求法：F——基坑面積①②矩形基坑化為圓型u—系數(shù)；l、B—基坑長度、寬度③X0的平方根算法2023/2/221巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計3.單井的涌水量設(shè)計的單井出水量應(yīng)小于單井出水能力，單井出水能力可按下列方法確認(rèn)：（1）真空井點出水量可按1.5-2.5m3/h選用；（2）噴射井點出水量可按下表選用；（3）降水管井的出水能力應(yīng)選擇群井抽水中水位干擾影響最大的井，按下式確定：2023/2/222巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計式中q——管井出水量；

d——過濾器外井；2023/2/223巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計

α′——與含水層滲透系數(shù)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)；

l′——過濾器淹沒段長度；

（4）含水層的經(jīng)驗系數(shù)α′可按下表確定2023/2/224巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計式中：r—抽水井半徑；n—抽水井個數(shù)。4.求井?dāng)?shù)、井距（1）井?dāng)?shù)n=Q/qn=(6～8)+1.15Q/q(2)井距b=L/nA.均布井b=L/nB.非均布井長方形場地長邊布置Xi=aiLXi—相鄰兩眼井距ai—系數(shù)L—長邊的邊長例：X1=a1L=0.1945*96.9=18.9；X2=a2L=0.18*96.9=17.4X3=a3L=0.1452*96.9=14.1；X4=a4L=0.077*96.9=7.52023/2/225巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計降水井平面布置2023/2/226巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計井形布置原則①井角必須有井；②從井角向內(nèi)由密變疏5.井深經(jīng)驗公式：井的深度*2h=H+c+2X0+L1+L2

式中：h—井深；H—基坑開挖深度；c—基坑底向下土層毛細上升高度；I—水力坡度；X0—基坑引用半徑；L1—水位控制器控制長度；

L2—沉淀長度。2023/2/227巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計三、單井設(shè)計（一）內(nèi)容1.單井成孔采用機械。2.單井的井徑，井管直徑，填料直徑，測繪平面剖面圖。3.濾水管的結(jié)構(gòu)和包裹。（二）成井工藝（三）單井設(shè)計說明四、計算水位降深井點數(shù)量、間距及排列方式確定后，可以根據(jù)以下公式計算水位降深，主要計算基坑內(nèi)抽水影響最小處的水位降深值，檢查是否滿足水位降深的要求2023/2/228巖土工程設(shè)計-降水工程6.4工程降水設(shè)計對于潛水含水層對于承壓含水層式中h——在井點抽水影響范圍內(nèi)某點（Z）的水頭值，即h=H-S（m）

x1、x2、….xn——從某點（Z）到井點中心的距離；

S——在井點抽水范圍內(nèi)某點（Z）的水位下降值。經(jīng)過降深場的水位計算，如果達不到設(shè)計水位降深的要求（過小或過大），則須重新調(diào)整井點數(shù)與井點間距，再進行降深場的水位計算。2023/2/229巖土工程設(shè)計-降水工程6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）

6.5.1概況本工程的地下水位較高，距地面只有1.4～1.7m，高于基坑開挖面9.5～9.8m。基坑工程施工時，必須采取適當(dāng)?shù)慕邓团潘胧?，以使基坑?nèi)保持干燥的施工環(huán)境。對于采用土釘墻支護的基坑工程，降、排水措施是否有效，顯得尤其重要。從以往的工程經(jīng)驗來看，土釘墻的破壞幾乎均是由于水的作用，水使土釘墻產(chǎn)生軟化，引起局部或整體破壞，從而導(dǎo)致基坑工程事故的發(fā)生。因此，必須在基坑工程開挖之前，進行降水工程施工，使地下水位降至基坑開挖面以下0.5～1.0m,以保證基坑工程和地下結(jié)構(gòu)工程的順利進行。2023/2/230巖土工程設(shè)計-降水工程本工程基坑形狀呈三角形，周圍三面臨街，基坑上邊緣距人行道邊的距離東側(cè)與北側(cè)為2.0m,南側(cè)為4.0m，附近沒有十分重要的建筑物和其它地下設(shè)施的存在。根據(jù)長春地區(qū)以往的工程經(jīng)驗，基坑降水不會給周圍環(huán)境帶來不良影響。本工程基坑支護結(jié)構(gòu)采用土釘墻，土方開挖采用履帶式正鏟挖土機，配合人工切削邊坡?；庸こ碳暗叵陆Y(jié)構(gòu)部分施工工期為80d。場地地下水屬于上層滯水，主要埋藏在②～④層粉質(zhì)粘土中，第⑦層粘土可視為不透水層，含水層平均厚度為14.0m?；庸こ桃蠼邓疃冗_到基坑底面以下0.5m，水位降低值S=10.2m。降水范圍為基坑范圍以內(nèi)，降水面積約為2133m2，降水時間從基坑開挖至土方工程全部回填之后約80d。根據(jù)巖土工程勘察資料，含水層內(nèi)平均滲透系數(shù)K=0.8m/d。6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/231巖土工程設(shè)計-降水工程對于潛水完整井環(huán)狀井點系統(tǒng)，可以把整個井群看成一口大井，按下式計算涌水量：式中Q—基坑總涌水量（m3/d）；K—潛水層滲透系數(shù)（m/d）；H—潛水含水層厚度（m）；s—水位降低值（m）；R0——群井抽水影響半徑（m）；X0——基坑范圍的引用半徑。（m）6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/232巖土工程設(shè)計-降水工程6.5.2工程降水設(shè)計計算1．確定井點管埋置深度為了保證使地下水位降至基坑底面以下0.5～1.0m，井點管埋置深度應(yīng)滿足下列要求：HW≥Hw1+Hw2+HW3+Hw4+HW5式中Hw1——基坑開挖深度（m）；Hw2——降水水位距基坑底要求的深度（m）,取Hw2=0.5m；Hw3——iX0,i為水力坡度，可取i=1/10；X0為降水排距的1/2，取X0=26.0m；Hw4——降深水位以下濾管長度，取HW4=0.6m。HW5——沉砂管長度，取HW5=0.6m6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/233巖土工程設(shè)計-降水工程隔水層距地面高度為15.5m，此井為潛水完整井。2．確定井點系統(tǒng)引用半徑X0,在計算井點系統(tǒng)的總涌水量時，可把整個井群視為一口大井，X0則為井點系統(tǒng)的引用半徑。對于長寬比不大于5的不規(guī)則形狀基坑，可按下式確定其引用半X06.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/234巖土工程設(shè)計-降水工程3．確定抽水影響半徑R及井點系統(tǒng)引用影響半徑X0抽水影響半徑是指水位降落漏斗曲線穩(wěn)定時的影響半徑，一般在水泵出水量穩(wěn)定后，再經(jīng)1～5d就能達到穩(wěn)定。確定井的抽水影響半徑，最可靠的方法是進行抽水試驗，將各個觀測井的水位值，用平滑曲線連接起來，并延長至地下水位相交（相切），即可得到影響半徑，也可通過抽水試驗測得涌水量Q和水位降低值s，反求R值。當(dāng)基坑安全等級為二～三級時，可采用下式計算R,對潛水含水層：6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/235巖土工程設(shè)計-降水工程井點系統(tǒng)引用影響半徑：R0=R+X0=94.4m

4．計算基坑總涌水量Q本工程在基坑周圍距基坑邊緣1.0m處，均勻布置深井井點，可按潛水完整井環(huán)狀井點系統(tǒng)計算其涌水量。

5.計算單井出水能力在降水設(shè)計中，單井出水量應(yīng)小于單井出水能力，降水管井的出水能力應(yīng)選擇群井中水位干擾影響最大的井按下式確定：6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/236巖土工程設(shè)計-降水工程

式中q—管井出水能力（m3/d）；d—過濾器外徑（mm），本工程取d=300mm；α′—與含水層滲透系數(shù)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，本工程取α′=180；l′—過濾器淹沒長度（m）。6．確定井點數(shù)及井距初步確定井點數(shù)在井管布置時，要考慮基坑三角形處的加密，需增加3個井，再考慮到施工時可能會出現(xiàn)死井等因素，應(yīng)增加10%。6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/237巖土工程設(shè)計-降水工程

井距D=L/n=202/19.28=10.5m取D=10.0mn=206.5.3井點系統(tǒng)設(shè)計1.井點系統(tǒng)平面及高程布置本工程井