地下水控制PPT課件

1、 逆逆 作作 法法 1.4 地下水控制地下水控制 P121-134 1 地下水流的基本性質地下水流的基本性質 2 地下水控制方法地下水控制方法 地下水控制的定義地下水控制的定義 基坑工程中的降低地下水亦稱為地下水控制。即：在基坑工程施工基坑工程中的降低地下水亦稱為地下水控制。即：在基坑工程施工 過程中，地下水要滿足支護結構和挖土施工要求，并且不因地下水位的變過程中，地下水要滿足支護結構和挖土施工要求，并且不因地下水位的變 化，對基坑周圍的環(huán)境和設施帶來危害?；?，對基坑周圍的環(huán)境和設施帶來危害。 1. 動水壓力和流砂動水壓力和流砂 1 1） 地下水的分類：地下水的分類： 一、地下水流的基本性質一

2、、地下水流的基本性質 潛 水 地 下 水無 壓 層 間 水 ： 水 流 未 滿 含 此 含 水 層 層 間 水 承 壓 層 間 水 ： 水 流 滿 含 此 含 水 層 1潛水 2無壓層間水 3承壓層間水 4不透水層 在細砂或粉砂土層的基坑開挖時，地下水位以下的土在在細砂或粉砂土層的基坑開挖時，地下水位以下的土在動水壓力動水壓力的推動下極的推動下極 易失去穩(wěn)定，隨著地下水涌入基坑。稱為易失去穩(wěn)定，隨著地下水涌入基坑。稱為流砂現(xiàn)象流砂現(xiàn)象。流砂發(fā)生后，土完全喪失。流砂發(fā)生后，土完全喪失承承 載力載力，土體邊挖邊冒土體邊挖邊冒，施工條件，施工條件極端惡化極端惡化，基坑難以達到設計深度基坑難以達到設計

3、深度。嚴重時會引。嚴重時會引 起基坑起基坑邊坡塌方邊坡塌方,臨近建筑物出現(xiàn)下沉、傾斜甚至倒塌臨近建筑物出現(xiàn)下沉、傾斜甚至倒塌。 2）流砂現(xiàn)象流砂現(xiàn)象 廣佛地鐵桂城站基坑出現(xiàn)流 砂，地面下沉約1.5m。 圖為砂包封堵?lián)岆U現(xiàn)場 產(chǎn)生流砂的原因產(chǎn)生流砂的原因 內因：內因：取決于土的性質，當土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉 粒多、滲透系數(shù)小、排水性能差等均容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。因此，流砂現(xiàn)象極易 發(fā)生在細砂、粉砂細砂、粉砂和亞粘土亞粘土中，但是否發(fā)生流砂現(xiàn)象，還取決于一定的外因條 件。 流砂-基坑滿目狼籍 流砂支擋 強行施工 外因：外因：是地下水在土中滲流所產(chǎn)生的動水壓力的大小動水壓力的大小，動水壓

4、 力GD為： 式中： I 水力坡水力坡度（I=（h1-h2）/L） ； h1h2 水位差；水位差； W 水的重度。水的重度。 當?shù)叵滤惠^高、基坑內排水所形成的水位差較大時，動水 壓力也愈大，當當GD （土的浮重）時（土的浮重）時，就會推動土壤失去穩(wěn)定，形 成流砂現(xiàn)象流砂現(xiàn)象。 WWD L hh IG 21 防治流砂：減小或消除動水壓力防治流砂：減小或消除動水壓力 防治原則：防治原則： “治流砂必先治水治流砂必先治水”。流砂防治的主要途徑一是減小減小 或平衡動水壓力或平衡動水壓力；二是截住截住地下水流；三是改變改變動水壓 力的方向。 防止流砂的措施措施 降低地下水位； 消除動水壓力； 支護結構

5、； 凍結法； 一、地下水流的基本性質一、地下水流的基本性質 流砂的防治方法：流砂的防治方法： 水下挖土、凍結、枯水期施工、搶挖、加設支護、水下挖土、凍結、枯水期施工、搶挖、加設支護、井點降水井點降水、打板樁、打板樁 3）滲透系數(shù)K計算水井涌水量的重要參數(shù) 滲流：水在土中的流動 流線：水點運動的軌跡 當水運動時，流線互不相交為層流，若流線相 交為紊流。其中層流中涌水量的計算為v = KI 一、地下水流的基本性質一、地下水流的基本性質 1. 地下水控制的方法選擇 1） 當基坑開挖深度較大時，采用井點降水。 2） 當基坑開挖深度較淺時，可采用排水溝和集水井進行集水明排。 此外，方法的選擇還需根據(jù)土層

6、情況、降水深度、周圍環(huán)境 和支護結構等綜合考慮之后再做出選擇，具體可參考P124表1-17。 注意：注意：當基坑底為隔水層且有承壓水作用時，應進行突涌驗算。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 2.2.涌水量的計算涌水量的計算 根據(jù)水井理論，水井分為潛水（無壓）根據(jù)水井理論，水井分為潛水（無壓） 完整井、潛水完整井、潛水 （無壓）非完整井、承壓完整井、承壓非完整井四種情況。不（無壓）非完整井、承壓完整井、承壓非完整井四種情況。不 同的情況下，涌水量的計算公式也不盡相同。同的情況下，涌水量的計算公式也不盡相同。 具體計算公式推導自學。具體計算公式推

7、導自學。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 3. 集水明排法 1）適用范圍 當基坑開挖深度不很大，基坑涌水量不大時可使用集水明排法， 簡單而又經(jīng)濟。 2）做法 明溝、集水井排水多是在基坑的兩側或四周設置排水明溝，在 基坑四角或每隔30-40m設置集水井，使基坑滲出的地下水通過排水 明溝匯集于集水井內，然后用水泵將其基坑外。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 3）水泵的選擇 集水井明排水是用水泵從集水井中排水，常用的水泵有潛水泵、 離心式水泵和泥漿泵。根據(jù)排水所需水泵的功率選擇水泵的種類和 型號。 注意：注意： a. 所選的水泵的排水量為基坑涌水量的1.5-2.0倍。 b. 當基

8、坑開挖的土層由多層土組成，中間夾有透水性的砂類土， 基坑側壁出現(xiàn)分層滲水時，必須在基坑的邊坡上按不同高層分層設 置明溝和集水井構成明溝排水系統(tǒng)，分層阻截以防止基坑下部邊坡 塌方。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 排水明溝設置在建筑基礎邊 0.4m之外 排水明溝底比挖土面低0.3- 0.4m，集水井底比溝底面低 0.5m以上。 4. 降水法降水法 1）適用范圍適用范圍 地下水位較高的地區(qū)中基坑工程施工。 2）特點特點 能克服流砂現(xiàn)象服流砂現(xiàn)象，穩(wěn)定基坑邊坡穩(wěn)定基坑邊坡，降低承壓水位，防止坑底隆防止坑底隆 起和加速土的固結起和加速土的固結，使天然的地下水位以下的土方工程在較干燥的施 工環(huán)

9、境中進行。 3）方法方法 真空井點、噴射井點、管井法或深井泵法。真空井點、噴射井點、管井法或深井泵法。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 噴射井點裝置 真空深井泵 輕型井點降水圖 a. 真空井點真空井點 ）工藝流程 沿基坑周圍以一定的間距埋入井管（下端為濾管）在地面上 涌水平鋪設的集水總管將各井管連接起來，再于一定位置設置真空 泵和離心泵，開動真空泵和離心泵后，地下水在真空吸力作用下， 經(jīng)濾管進入井管，然后經(jīng)集水總管排除。 ）設備 井管、集水總管、水泵和動力裝置等。 ）分類（水泵和動力設備不同） 干式真空井點、射流泵井點和隔膜泵井點。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 b. 噴

10、射井點噴射井點 ）適用范圍適用范圍 降水深度超過降水深度超過6m的基坑的基坑,一般為一般為8m 20m. ）工作原理工作原理 噴水井點噴水井點（以壓力水作為工作流體）和噴氣井點（壓縮空氣作為（以壓力水作為工作流體）和噴氣井點（壓縮空氣作為 工作流體）工作流體） ）構造設計構造設計 當當滲透系數(shù)大的土層中滲透系數(shù)大的土層中，設計關鍵是，設計關鍵是增大單井抽水能力增大單井抽水能力。 當滲透系數(shù)當滲透系數(shù)小小的土層中，設計關鍵是將水聚集在井點管內形成的土層中，設計關鍵是將水聚集在井點管內形成最大最大 限度的真空度限度的真空度。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 ）構造設計 影響噴射井點抽水和

11、抽氣能力的因素：噴嘴直徑大小、噴嘴直 徑與混合室直徑之比、混合室長度等。 ）布置和使用 當基坑寬度小于10m可單排布置井點，當大于10m雙排布置， 若面積大時呈環(huán)形布置。井點間距一般為2-3m. 注意： a.揚水裝置加工的質量和精度 b.噴嘴、混合室和擴散室的軸線不重合的情況 c.工作水要干凈 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 c. 管井法（真空深井泵法）管井法（真空深井泵法） ）適用范圍 適用于土滲透系數(shù)較大，地下水量大的土層中。 ）工藝流程 管井法是圍繞開挖的基坑每隔一定距離(20-50m)設置一個管井， 每個管井單獨使用一臺水泵進行抽水，以降低地下水位。 其中每個井泵由井管和濾管

12、組成，并單獨配一臺電動機和一臺真 空泵，開動后達到一定的真空度，則可達到深層降水的目的。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 5. 降水時預防周圍地面的沉降的措施措施 a. 沉降的形成原因 在降水過程中，由于水流帶走一部分細微土顆粒，再加上降水后 土層的含水量降低，使土產(chǎn)生固結而引起周圍地面的沉降。 b. 措施 采 用 回 灌 井 點 技 術 采 用 砂 溝 、 砂 井 回 灌 措 施 減 緩 降 水 速 度 設 濾 網(wǎng) 防 止 土 粒 被 帶 出 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 井點降水全貌圖 1.5 土方開挖土方開挖 P135-P146 1 放坡開挖放坡開挖 2 支護開挖支

13、護開挖 1. 開挖條件 開挖深度不大、周圍環(huán)境允許、能保證土坡穩(wěn)定。 若開挖深度較大時，可以采用多層臺階分層開挖，且每級臺階的 寬度不宜小于1.5m. 2. 土坡的穩(wěn)定性 1）影響土坡穩(wěn)定性的因素 P135 2）土體邊坡穩(wěn)定性驗算的方法 a. 利用彈性、塑性或彈塑性理論確定土體的應力狀態(tài) b. 假定土體沿著一定的滑動面滑動而進行極限平衡分析 一、放坡開挖一、放坡開挖 3、邊坡穩(wěn)定驗算圓弧滑動面條分法 a. 基本原理 將假定滑動面以上的土體分成n個垂直土條，對作用于各土條上 的力進行力和力矩的平衡分析，求出在極限平衡狀態(tài)下土體穩(wěn)定的安 全系數(shù)。 K 抗 滑 力 矩 安 全 系 數(shù) 滑 動 力 矩

14、 當K1.0時，邊坡穩(wěn)定。 當K=1.0時，邊坡處于極限平衡狀態(tài)。 當K1.0時，邊坡不穩(wěn)定。 一、放坡開挖一、放坡開挖 4. 放坡開挖施工 a. 開挖機械 推土機（場地平整和表層開挖）、反鏟挖土機和抓鏟挖掘機 b. 開挖方法 溝端開行：開挖深度和寬度較大（常用） 溝側開行：開挖深度和寬度較小 注意：注意： 當進行兩層或多層開挖時，挖土機和運土汽車至基坑內施工，需要 在適當?shù)牟课涣粼O坡道，且坡道兩側需加固。 一、放坡開挖一、放坡開挖 1. 開挖方法 支護開挖多為垂直開挖，其方法有：中心島式挖土、盆式挖 土兩種。 a. 中心島式挖土 利用中間的土墩作為支點搭設棧橋。支護結構為角撐、環(huán)梁 撐或邊桁

15、架式。適用于大型基坑。 二、支護開挖二、支護開挖 a. 中心島式挖土 采用分層開挖：先全面挖去第一層，然后中間部分留置土墩，周圍 部分分層開挖。 要求：要求： 減少時間效應的影響 防止分層開挖的層高太大而出現(xiàn)樁的變形傾斜 注意：注意： 土方開挖的順序為先從較深基坑開始，待較深基坑底板澆筑后，再 挖較淺基坑。 特點：特點： 加快土方外運、提高挖土速度但支護結構受力不利 二、支護開挖二、支護開挖 盆式開挖 島式開挖 b. 盆式挖土 工藝工藝 先開挖基坑中間部分的土，周圍四邊留土坡，土坡最后挖除。 特點特點 周邊的土坡對圍護墻有支撐作用，有利于減少圍護墻的變形。 但土方不能直接外運需集中提升后裝車外

16、運。（需提高土方上運 的速度） 注意：注意： 周邊留置的坡度過小，支撐作用效果不好，若過大則穩(wěn)定 性不好。 二、支護開挖二、支護開挖 3. 3. 深基坑土方開挖的注意事項深基坑土方開挖的注意事項P145P145 a. a.土方開挖順序、方法須與支護結構設計一致，并遵守土方開挖順序、方法須與支護結構設計一致，并遵守“開槽開槽 支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。的原則。 b.b.防止深基坑挖土后土體回彈變形過大防止深基坑挖土后土體回彈變形過大 c.c.防止邊坡失穩(wěn)防止邊坡失穩(wěn) d.d.防止樁位移和傾斜防止樁位移和傾斜 e.e.配合深基坑支護結構施工配合深

17、基坑支護結構施工 二、支護開挖二、支護開挖 土方開挖土方開挖 反鏟挖掘機反鏟挖掘機 抓鏟挖掘機 正鏟挖掘機 拉鏟挖掘機 1. 地下水控制的方法選擇 1） 當基坑開挖深度較大時，采用井點降水。 2） 當基坑開挖深度較淺時，可采用排水溝和集水井進行集水明排。 此外，方法的選擇還需根據(jù)土層情況、降水深度、周圍環(huán)境 和支護結構等綜合考慮之后再做出選擇，具體可參考P124表1-17。 注意：注意：當基坑底為隔水層且有承壓水作用時，應進行突涌驗算。 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 1. 開挖方法 支護開挖多為垂直開挖，其方法有：中心島式挖土、盆式挖 土兩種。 a. 中心島式挖土 利用中間的土墩作為支點搭設棧橋。支護結構為角撐、環(huán)梁 撐或邊桁架式。適用于大型基坑。 二、支護開挖二、支護開挖 b. 盆式挖土 工藝工藝 先開挖基坑中間部分的土，周圍四邊留土坡，土坡最后挖除。 特點特點 周邊的土坡對圍護墻有支撐作用，有利于減少圍護墻的變形。 但土方不能直接外運需集中提升后裝車外運。（需提高土方上運 的速度） 注意：注意： 周邊留置的坡度過小，支撐作用效果不好，若過大則穩(wěn)定