基坑降水設計

基坑降水設計第一部份：井點降水計算的前提一、所需水文地質(zhì)資料.水層性質(zhì)——承壓水、潛水；(2).含水層厚度H；.含水層的滲透系數(shù)K和阻礙半徑R；.含水層的補給條件，地下水流動方向，水力梯度；.原有地下水埋藏深度，水位高度和水位動態(tài)轉變資料；.井點系統(tǒng)的性質(zhì)——完整井、非完整井。二、了解建筑工程對降低地下水位的要求.建筑工程的平面布置、范圍大小，周圍建筑物的散布和結構情形；.建筑物基礎埋設深度、設計要求的水位下降深度；.由于井點排水引發(fā)土層緊縮變形的許諾范圍和大小。第二部份：基坑降水方式一、明溝排水、明溝排水的適用條件明溝排水是指在基坑內(nèi)設置排水明溝或滲渠和集水井，然后用水泵將水抽出基坑外的降水方式。明溝排水(簡稱明排)一樣適用于土層比較密實，坑壁較穩(wěn)固，基坑較淺，降水深度不大，坑底可不能產(chǎn)生流砂和管涌等的降水工程。當具有以下條件時，一樣能夠采納明溝排水方案。地質(zhì)條件。場地為較密實的、分選好的土層，專門是帶有必然膠結度或粘稠度的土層時，由于其滲透性低，滲流量較少，在地下水流出時，邊坡仍穩(wěn)固，即便在挖土方時，底部可能會顯現(xiàn)短時間翻漿或輕微變更，但對地基無損害，因此適宜明排；本地層土質(zhì)為硬質(zhì)粘土夾無水源補給的砂土透鏡體或薄層時，由于在基坑開挖進程中，其所貯存的少量水會專門快流出而被疏干，有利于明誹；在巖石土質(zhì)中施工時，一樣均能夠進行明排。水文條件。場地含水層為上層滯水或潛水，其補給水源較遠，滲透性較弱，漏水量不大時，一樣能夠考慮采納明排隨水。挖土方式。當采納拉鏟挖斗機、反向鏟和抓斗挖土機等機械挖土，為幸免由于挖土進程中顯現(xiàn)的臨時浸泡而阻礙施工時，對含水層的砂、卵石．涌水量較大、具有必然陣水深度的降水工程，也能夠采納明排降水。其他條件。當基坑邊坡為緩坡或采納堵截隔水后的基坑時；建筑場地寬敞，臨近無建筑物時；基坑開挖面積大，有足夠場地和施工時刻時：建筑物為輕型地基荷載等條件下，采納明排降水的適用條件能夠擴大。明溝排水的抽水設備經(jīng)常使用離心泵、潛水泵和污水泵等，以污水泵為宜。、明溝排水工程的布置

隨著基坑的開挖，當基坑深度接近地下水位時，沿基坑周圍（基礎輪廓線之外，基坑邊緣坡腳內(nèi)）設置排水溝或滲渠，在基坑四角或每隔30~40m設一直徑為~的集水井，溝底寬大于，坡度為％—％，溝底比基坑底低~，集水井底比排水溝底低~。集水井容積大小決定于排水溝的來水量和水泵的排水量，宜保證泵停抽后30分鐘內(nèi)基坑坑底不被地下水淹沒。隨著基坑的開挖，排水溝和集水井隨之分級設置與加深，直到坑底達到設計標高為止?；娱_挖至預定深度后，應付排水溝和集水井進行修整完善，溝壁不穩(wěn)時還須利用磚石干砌或用透水的砂袋進行支護。二、輕型井點降水（一）、輕型井點的降水原理及適用條件輕型井點抽水系真空作用抽水，如圖1所示。輕型井點由井點管、過濾器、集水總管、支管、閥門等組成管路系統(tǒng)，井由抽水設備啟動，在井點系統(tǒng)中形成真空，并在井點周圍必然范圍形成一個真空區(qū)，真空區(qū)通過砂并擴展到必然范圍。zzT 7/?7/7/7 3（a） （h）zzT 7/?7/7/7 3（a） （h）一圖3圖3二級輕型井點系統(tǒng)的布置圖1輕型井點系統(tǒng)（a）輕型井點系統(tǒng)整體布置圖； （b）單井點布置圖、井點管；二、過濾管；3、沉淀管；4、集水總管；五、連接管；六、水泵房；7、靜水位；八、動水位；九、彎頭；10、由任；1一、閥門，1二、粘土；13、礫科（二）、輕型井點工程的布置輕型井點系統(tǒng)的平面布置由基坑的平面形狀、大小，要求降深，地下水流向和地基巖性等因家決定，可布成環(huán)形、U型或線形等，一樣沿基坑外緣~布置。當降水基坑為矩形、圓形、三角形成不規(guī)那么形狀時，常采納環(huán)形封鎖式或U形井點布置。當降水深度在6m之內(nèi)時，采納單級井點降水。當降水深度較大時，可采納下臥降水設備或多級井點降水（圖2）。1.地下水靜止水位；2.從第二級抽水時地下水位的降落曲線；3.從第一級抽水時地下水位的降落曲線三、噴射井點降水（一）、噴射井點降水原理及適用條件噴射井點系統(tǒng)由高壓水泵、供水總管、井點管、噴射器、測真空管、排水總管及循環(huán)水箱所組成。噴射井點要緊適用于滲透系數(shù)較小的含水層和降水深度較大（8?2m）的降水工程。其要緊優(yōu)勢是降水深度大，但由于需要雙層井點管，噴射器設在井孔底部，有二根總管與各井點管相連，地面管網(wǎng)敷設復雜，工作效率低，本錢高，治理困難。四、電滲井點降水電滲降水一樣只適用于含水層滲透系數(shù)較小d）的飽和粘土，專門是在淤泥和淤泥質(zhì)粘土當中的降水。由于粘性上的顆粒較小，地下水流動十分困難，其中僅自由水在孔隙中流動，其它部份地下水那么處于被毛細管吸附的約束狀態(tài)，不能在壓力水頭作用下參與流動，當向土中通以直流電流后，不僅自由水、而且被毛細管約束的枯滯水也能參與流動，增加孔隙水流動的有效斷面，其滲透性提高數(shù)十倍，從而縮短降水時刻，提高降水成效。一、管井降水（一） 、管井降水原理及適用條件管井降水方式即利用鉆孔成井，多采納單井單泵（潛水泵或深井泵）抽取地下水的降水方式。當管井深度大于15m時，也稱為深井井點降水。管井井點直徑較大，出水量大，適用于中、強透水含水層，如砂礫、砂卵石、基巖裂隙等含水層，可知足大降深、大面積降水要求。（二） 、管井防水工程的布置抽降管井一樣沿墓坑周圍距基境外緣布置，如場地寬敞或采納垂直邊坡或有錨仟和土釘護坡等條件下，應盡可能距離基坑邊緣遠些，可用3?5m；當基坑邊部設置圍護結構及止水帷幕的條件下，可在墓坑內(nèi)布置管井，采納坑內(nèi)降水方式。管井的間距和深度應依照場地水文地質(zhì)條件、降水范圍和降水深度確信。井間距一樣為10?20m。當降水層為弱透水層或降水深度超過含水層底板時，井間距應縮小，可用6?8m；當降水層為中等送水層或降水深接近含水層底板時，井間距可為8?12；當降水層為中等到強透水層，含水層厚度大于降水深度時，可用12?20m；當降水深度較淺，含水層為中等以上透水層.具有必然厚度時，井間距可大于20m。井點深度要大于設計井中的降水深度或進入非含水層中3?5m,井中的降水深度由基坑降水深度、降水范圍等計算確信。六、輻射井點降水（一） 、輻射井點降水的原理及適用條件輻射井降水是在降水場地設置集水豎井，于豎井中的不同深度和方向上打水平井點，使地下水通過水平井點流入集水豎井中，再用水泵將水抽出，以達到降低地下水位的目的。該降水方式一樣適用于滲透性能較好的含水層（如粉土、砂土、卵石土等）中的降水，能夠知足不同深度，專門是大面積的降水要求。（二） 、輻射井點降水工程的布置輻射井降水的豎井和水平井點設置，應依照場地水文地質(zhì)條件、降水深度和降水面積等綜合考慮確信。集水豎井一樣設置在基坑的角點外2~3m，豎井直徑3?5m，深度超過基坑底3?5m。關于長方形基坑，可在對角設置兩個集水豎井；當基坑長度較大時，可在一長邊的兩個角和另一邊中部各設置一個集水豎井;基坑長度大于100m時，可按50?80m間距設置一個豎井。關于正方形基坑，其邊長大于40m,可在基坑的四個角設置豎井。當降水面積專門大時，除在周邊按50—8hn間距布設豎井外，還能夠在基坑中部設置臨時降水井點。水平井點在集水豎井內(nèi)施工，其平面位置一樣沿基坑周圍布設，形成封鎖狀。當面積較大或降水時刻要求緊時，可在基坑中部打入水平井點，形成扇形狀。七、 自滲井點降水自滲井點降水法適用于以下條件：（1） 在降水范圍內(nèi)的地層結構為三層以上，含水層有兩層以上，備含水層之間為相對隔水層（以粉質(zhì)粘土為主）或隔水層（以粘土為主）。基層含水層的埋深以距離基坑底5?20m為宜。（2） 基層含水層的水位（或水頭）低于上部含水層水位，并低于基坑施工要求降低水位。（3） 基層滲透系數(shù)大于上層含水層的滲透系數(shù)，且具有必然厚度（一樣大于2m）,能消納的水量大于或等于降水深度內(nèi)的基坑涌水量。（4） 上層地下水的水質(zhì)未受污染，符合引入基層地下水的要求。這種降水方式是最近幾年來進展起來的一類新型井點降水方式，具有施工簡單、快速，不用抽水設備，不排水，不耗能，不占用處地，便于治理，本錢低等優(yōu)勢。八、 綜合井點降水關于一些特定的水文地質(zhì)條件和工程有特殊要求，采納某一種井點降水難以取得中意的降水成效時，能夠同時采納兩種或多種降水方式，如管井與輕型井點降水相結合．噴射井點和電滲井點降水相結合，管井與引滲砂礫井相結合，輕型井點與噴射井點降水相結合等。下面介紹滲抽結合的陣水方式。在具有必然自滲條件，但自滲后的水位降深不能知足降水要求，或降水面積較大，光靠周邊圍降不能使基坑中部的降水深度及降水時刻知足設計、施工要求時，能夠采納砂礫井或管井引滲配合輕型井點或管井抽水來達到降水目的。當場地具有淺層自滲條件，但自滲后的水位埋深高于降水深度或降水面積大時．沿基坑周圍或中部布置砂礫引滲井，以降低上層滯水水位，并于基坑周圍邊沿適當增加管井抽取下部砂層的地下水，以加深引滲井中的混合水位，從而達到設計降水深度和保證降水工期的要求。兩種井的間距和深度應依照場地水文地質(zhì)條件和降水要求確信，可參照以上相同井點布置。當場地具有深層自滲條件，但降水深度專門大，或降水面積專門大時，可在基坑周邊或中部布置引滲管井，以降低上層滯水和中部浴水含水層中的水位，再選用部份管井作為抽水井，抽取下部承壓（潛水）含水層中的地下水．以知足降水要求。此方式能夠將地下水位降至20m以下。當上層滯水或潛水含水層埋藏較淺，其含水層為粉、細砂，基坑深度進入第二含水層或以下時，盡管具有深層自滲條件，但只有引滲管井難以有效地疏干含水層，常常引發(fā)邊坡或樁間土的坍塌。因此，采納引滲管井降低地下水位，再用輕型井點疏干上層滯水或潛水的殘留水、以保證降水成效和邊坡穩(wěn)固。第三部份：井點降水方案設計

一、井點降水方式的選擇及降水工程的布置(一)降水方式的選擇在查明降排水區(qū)的水文地質(zhì)條件和明確降水任務要求的基礎上，參考表1選表1各類井點適用范圍井點類型巖 牲降低水位探度加輕5S井點粉質(zhì)粘土、粉土、細砂、中細砂U+153-12瞳射芥點秒十、粉上0”1-50電燐井點粘性土、訥泥質(zhì)土、粉土<C1■<6管井井點砂土、碎石類土、鋁左>3擇適合的降水方式。由于各類降排水方式具有必然程度的通用性，在具體選擇時應作方案比較，以期取得經(jīng)濟合理的降水成效。降水工程的平面布置降水工程的幾何圖形是多樣的，但井點布置大體上可分為兩種形式：塊狀形的基坑采納環(huán)形封鎖式，條形狀的基坑采納直線形式的布置方式。環(huán)形封鎖式平面布置。凡基坑成塊狀的均宜采納封鎖式井點布置。當遇有降水面積大。封鎖式井點布置因跨度大不能知足降水要求時，可分塊進行抽水。線型平面布置。當降水工程基坑為條形狀圖形時，如管溝、電纜溝、運河、溝渠等工程，均采納線形式布置井點。究竟采納單排或采納雙排(坑二側)井點布置，需視工程特點而定。當基坑寬度不大于5m及地下水位降低又不超過4m時，一樣均采納單排井點布置。降水工程，依照井點布置在坑外或坑內(nèi)又可區(qū)分為三種類型：即坑外降水、坑內(nèi)降水及坑外與坑內(nèi)相結合降水?？油饨邓?。即將井點布設在基坑之外，適用于以下條件：①當坑壁不設保護結構，地下水將向境內(nèi)滲流．在坡趾周圍易產(chǎn)生滲流破壞，宜采納坑外井點降水方案；②基坑底部以下有承壓含水層，需降水深度較大時，宜采納坑外降水；③當基坑周圍環(huán)境允許降水，或坑外降水對臨近地面無大阻礙者，可在坑外降水。當含水層散布均勻時、可沿基坑邊緣外側平均等距離布置；當含水層散布不均勻時，在要緊富水地段加密布設。在基巖裂隙水場地，重點布置在補給與排泄兩頭?？觾?nèi)降水。即將井點布置在基坑內(nèi)部。在基坑邊部設置圍護結構及止水帳幕的條件下，采納坑內(nèi)降水方案，可減少降水的總出水量，縮小降水的阻礙范圍，減小坑外的水位下降及相應的地面沉降，井點布置多呈網(wǎng)格狀或梅花狀?？觾?nèi)與坑外相結合降水。采納坑外降水時，假設基坑寬度較大，也能夠在基坑內(nèi)布置少量降水井點。井點管埋設深度計算井點管的埋深(HJ要緊取決于基坑深度、降水區(qū)內(nèi)地下水的水力坡度、降水后水面距離基坑底的深度、降水期間地下水位的轉變幅度、過濾器工作部份長度和沉砂管長度，如圖2所示。井點管埋設深度可按下式確信：H>H+h+i-L+Z+Y+Tm1H1——基坑深度；h——井點外露高度；I——降水區(qū)內(nèi)水力坡度；L――井點管至基坑中心的距離；Z――降水期間地下水位的轉變幅度；Y——過濾器工作部份長度；T——沉砂管長度。 圖2井點埋設深度圖二、井點降水方案設計(一)基坑總排水量計算1.環(huán)形布置井點降水井點按環(huán)形封鎖式布置時，假設干擾井群中各井流量相等，井結構一致那么可近似把基坑周圍的井群當做一個以基坑為“中心”的大井，依如實際情形選擇相應標準中的有關單井涌水量計算公式進行近似計算，如：關于潛水完整井Q1366K(2H-S)SQ=1.366K 0ww總 1Rlg」r0關于承壓完整井=2.73KmSlgi=2.73KmSlgi式中Q總――基坑總排水量；K—一含水層滲透系數(shù)；H0——含水層靜止水位標高；m 承壓含水層厚度；sw――設計基坑水位降深；R0——引用阻礙半徑(R0=R+r0)R――阻礙半徑；r0――引用半徑。關于不同排列的降水井群，其引用半徑(r0)的計算公式如表3所示。2.線型布置井點降水井點按線型布置時，可依如實際情形選擇相應標準中的涌水量計算公式近似計算。如：關于潛水完整水平集水建筑物H2-H2Q=KL—0 w總 R0關于承壓完整水平集水建筑物2KmSLW—R式中各符號意義同前。(二)單井最大許諾出水量的計算

單井出水量決定于含水層的許諾滲透速度、過濾器長度及直徑等，其理論計算最大許諾出水量為：q二120irl3K式中r――過濾器半徑；l――過濾器長度；其他符號意義同前。由于過濾器加工及成井工藝等人為阻礙，設計的單井出水量一樣小于上式的計算值。實際工作中常利用現(xiàn)場抽水實驗資料求得的單井涌水量值，與上述公式計算結果進行對照后確信。表3引用半徑計算公式井群平面布置圖形計算公式當a/6>10井群平面布置圖形計算公式當a/6>10時ffl=0*25a說明sb:基坑長和寬；帀：系數(shù)，査表4」確定正方形口：基坑邊長"菱形邊拴*曠：系數(shù)，查表44確定右4：分別為橢圜形按軸和毎軸長度F：基坑面積規(guī)的邊

不則多或正方形口：基坑邊長"菱形邊拴*曠：系數(shù)，查表44確定右4：分別為橢圜形按軸和毎軸長度F：基坑面積規(guī)的邊

不則多或卩：多邊形周長；多邊形重心至爭邊形頂厘其多邊形中點的距離；n:多邊形頂角數(shù)井點數(shù)量的確信布設井點的數(shù)量是依照基坑總排水量與單井出水量進行試算而確信的。第一依照基坑總排水量及設計出水量確信初步布設井數(shù)(n),計算公式如下：n=(1.1?1.2)務q式中各符號意義同前。在抽水設備及水位降深確信的情形下,依如實際情形選擇干擾井群公式計算單井的出水量。如：關于潛水完整井群2K(2H-S)Sq= 0 wwRnln o——nrrn-1w0關于承壓完整井群2兀KmSq= 叫Rnlno—nrrn-1w0式中各符號意義同前。單井出水量也可用以下體會公式計算q二1.25kDHiS式中D――過濾器直徑；HS——過濾器有效長度；其他符號意義同前。驗算井群總出水量是不是知足要求。假設nq>Q,,那么以為所布設井點數(shù)合總理；假設nqVQ、那么需增加布設井數(shù)。 心總重復(2)、(3)步計算,直到計算出的井群總出水量大于基坑總排水量時井數(shù)即是需要的井數(shù)。井點間距的計算井點間距按下式計算：La——n式中a——井點布設間距；L——基坑長度；n——布設井點數(shù)。當含水層散布不均勻時,在要緊富水地段井點間距可適當小些。水位降低查驗井點數(shù)量、井點間距及排列方式確信以后．使可選擇相應標準中列出的干擾井群水位降深預測公式計算基坑的水位降深,要緊計算基坑內(nèi)抽水阻礙最小處的水位降深值,檢查其是不是知足設計水位降深的要求。通過降深場的水位計算．若是達不到設計水位降的要求(過小或過大),那么須從頭調(diào)整井點數(shù)與井點間距,再進行降深場的水位計算。第四部份：降水工程設計書的編寫降水工程設計書是降水工程施工的依據(jù)和整體調(diào)度方案，故編制好設計書是完成降水工作的關鍵性環(huán)節(jié)，應予以充分重視。一、設計書的內(nèi)容降水工程的任務。包括任務來源、降水范圍、降水深度和工期要求等；降水區(qū)的自然地理概況。包括降水區(qū)的位置狀況等；地形、水文、氣象、交通及周圍環(huán)境狀況等；工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。包括地層散布、巖性、結構、含水層類型、富水性、地下水的補給、徑流、排泄條件和動態(tài)特點等；降水方案設計。降水方式的選擇，降水設計方案的計算與優(yōu)化；降水施工技術要求。鉆探施工技術要求，并點管結構設計要求，下管、填礫、洗井要求，設備安裝與治理要求，降水場地的供排水部署和要求；降水監(jiān)測與治理。降水期間的水位、流量觀測要求，觀測資料的整理與分析。二、常編制的附圖(1)降水區(qū)的平面圖。包括基坑、井點、觀測孔、泵組設置及排水布置等；(2)降水區(qū)剖面圖。包括水文地質(zhì)剖面、降水孔及降水浸潤曲線；降水井點與觀測孔結構圖等。第五部份：工程實例一、太原鋼鐵公司某氧化鐵皮坑工程噴射井點降水(一)工程概況及降水要術太原鋼鐵廠某氧化鐵皮坑工程為?18m圓形鋼筋混凝土結構，深度(圖1)。設計要求降水深度為一10m(自然地面設為土，即實際降水深度s=6m，降水面積為F=1000m2。(二)場地水文地質(zhì)條件在深度20m范圍內(nèi)的土層要緊由亞粘土所組成，但在不同深度的亞鉆土層內(nèi)夾有薄層亞砂土和砂層和粘土層；地面以下為靜止地下水位，土的滲透系數(shù)k=/d,含水層厚度m=。

6X4圖16X4圖1井點平面布置圖（三）降水方案設計依據(jù)水文地質(zhì)的特點及工程要求降水深度，選用型噴射井點深層降水法。1.有關水力參數(shù)的確信抽水阻礙半徑下式確信R=2S存mK=2X6J3.3x5.7=103(m)計算引用半徑r0：=24(m)=24(m)r= =0兀3.1416井點過濾器半徑［=，長度1=。水力計算（1）基坑總涌水量Q的計算：(2H—S)S (2x13.3—6)6Q=1.366K =1.366x5.7 =1500(m3/d)lgR—lgr) lg103—lg24井點單井抽水量q的計算：q二12SrlvK二120x3.1416x0.054x1.5<5?7二47.