基坑開挖-降水

1、1.3.31.3.3基坑降水基坑降水 一、概述（一）降水目的降水目的 1、防止涌水、冒砂，保證在較干燥的狀態(tài)下施工； 2、防止滑坡、塌方、坑底隆起； 3、減少坑壁支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平荷載。地下含水構(gòu)造的種類地下含水構(gòu)造的種類滯水層滯水層不透水層不透水層潛水層潛水層不透水層不透水層承壓水層承壓水層不透水層不透水層（二）流砂現(xiàn)象流砂現(xiàn)象 1動(dòng)水壓力地下水在滲流過程中受到土顆粒的阻力，使水流對(duì)土顆粒產(chǎn)生的一種壓力。 動(dòng)水壓力的大小與水力坡度成正比，方向同滲流方向。 GDIw =(h/L) w 2流砂原因 Q F GD當(dāng)動(dòng)水壓力大于或等于土的浸水重度（GD）時(shí)，土粒被水流帶到基坑內(nèi)。主要發(fā)生在細(xì)砂、粉砂、輕

2、亞粘土、淤泥中。用抽水機(jī)在基坑用抽水機(jī)在基坑底明排水底明排水粉細(xì)沙隨地下水流粉細(xì)沙隨地下水流入基坑，產(chǎn)生流沙入基坑，產(chǎn)生流沙 在基坑開挖和地下結(jié)構(gòu)施工中，必須防止流沙，在基坑開挖和地下結(jié)構(gòu)施工中，必須防止流沙，以免支護(hù)失效發(fā)生重大基坑坍塌事故。以免支護(hù)失效發(fā)生重大基坑坍塌事故。 上海、廣東、江蘇、山東、浙江等地均有多雨季節(jié)，地上海、廣東、江蘇、山東、浙江等地均有多雨季節(jié)，地下水充沛，基坑土方開挖時(shí)排水或降水不當(dāng)，均有可能造成下水充沛，基坑土方開挖時(shí)排水或降水不當(dāng)，均有可能造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失效坍塌事故。支護(hù)結(jié)構(gòu)失效坍塌事故。 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)因泥沙隨水滲外側(cè)因泥沙隨水滲流進(jìn)入基坑，造成流

3、進(jìn)入基坑，造成局部沉陷坍塌事故局部沉陷坍塌事故 3流砂的防治 減小動(dòng)水壓力（板樁等增加L）； 平衡動(dòng)水壓力（拋石塊、水下開挖、泥漿護(hù)壁）； 改變動(dòng)水壓力的方向（井點(diǎn)降水）。25排水溝排水溝集水井集水井水泵水泵二、集水井法二、集水井法 1概述 用于土質(zhì)較好、水量不大、基坑可擴(kuò)大者 挖至地下水位時(shí)，挖排水溝設(shè)集水井抽水再挖土、溝、井2、要求：、要求：（ 1）排水溝：）排水溝：沿基坑底四周設(shè)置，底寬300mm，溝底低于坑底500mm，坡度1。（ 2）集水井：）集水井：沿基坑底邊角設(shè)置，間距2040m，直徑0.60.8m，井底低于坑底12m。長期用，有護(hù)壁和碎石壓底。（ 3）水泵：）水泵：離心泵、潛水

4、泵、污水泵（一）普通明溝排水法（一）普通明溝排水法（二）分層明溝排水法（二）分層明溝排水法離心泵工作簡圖離心泵工作簡圖 三、井點(diǎn)降水法三、井點(diǎn)降水法 （一）特點(diǎn)（一）特點(diǎn) 效果明顯，使土壁穩(wěn)定、避免流砂、防止隆起、方便施工； 可能引起周圍地面和建筑物沉降。 （二）井點(diǎn)類型及適用范圍（二）井點(diǎn)類型及適用范圍井點(diǎn)類型滲透系數(shù)降水深度 最大井距主要原理單級(jí)輕型井點(diǎn)0.120 m/d36 m1.62 m地上真空泵或噴射嘴真空吸水多級(jí)輕型井點(diǎn)620噴射井點(diǎn)0.12082023m地下噴射嘴真空吸水電滲井點(diǎn) 0.156極距1m鋼筋陽極加速滲流管井井點(diǎn)20200352050單井真空泵、離心泵深管井井點(diǎn)1025

5、025303050單井潛水泵排水水平輻射井點(diǎn)大面積降水平管引水至大口井排出引滲井點(diǎn)不透水層下有滲存水層打穿不透水層，引至下一存水層 在地下水豐富地區(qū)，當(dāng)土的滲透系數(shù)為在地下水豐富地區(qū)，當(dāng)土的滲透系數(shù)為0.11m/d時(shí)，常采用時(shí)，常采用輕型井點(diǎn)降水。輕型井點(diǎn)降水。輕型井點(diǎn)降水全貌圖輕型井點(diǎn)降水全貌圖二級(jí)輕型井點(diǎn)降水二級(jí)輕型井點(diǎn)降水噴射井點(diǎn)噴射井點(diǎn)井點(diǎn)管電極6m，或土質(zhì)不良。 環(huán)狀或環(huán)狀或U形：形：在坑槽四周布置。 用于面積較大的基坑。如采用如采用U U形布置，則井點(diǎn)管形布置，則井點(diǎn)管不封閉的不封閉的 一段應(yīng)在地下水下一段應(yīng)在地下水下 游方向。游方向。a）單排布置；b）雙排布置；c）環(huán)形布置；d）

6、 U形布置單排井點(diǎn)平面及高程布置單排井點(diǎn)平面及高程布置（2）高程布置（圖）高程布置（圖）單排布置：單排布置：H=H1hiL+l環(huán)狀井點(diǎn)平面及高程布置環(huán)狀井點(diǎn)平面及高程布置雙排或環(huán)狀布置：雙排或環(huán)狀布置：H=H1hiL+l 井管埋深：H埋H1hiL。 H1埋設(shè)面至坑底距離； h降水后水位線至坑底最小距離（一般可取0.51m）； i地下水降落坡度，環(huán)狀1/10，線狀1/5； L井管至基坑中心（環(huán)狀）或另側(cè)（線狀）距離。 當(dāng)H埋6m時(shí)：降低埋設(shè)面； 采用二級(jí)井點(diǎn)； 改用其它井點(diǎn)。 4計(jì)算涌水量計(jì)算涌水量Q：（環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)） （1）判斷井型（圖）判斷井型（圖） 按照濾管與不透水層的關(guān)系：完整井完整井到

7、不透水層非完整井非完整井未到不透水層. 按照是否承壓水層：承壓井承壓井無壓井無壓井水井的分類水井的分類（2）無壓完整井群井井點(diǎn)計(jì)算）無壓完整井群井井點(diǎn)計(jì)算 Q1.366K(2HS)S / (lg(R+X0)lgX0) （m3/d） K土層滲透系數(shù)（m/d）； H含水層厚度（m）； S水位降低值（m）； R抽水影響半徑（m），R=2 S(HK)1/2； X0環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)的假想半徑（m）； 當(dāng)長寬比A/B5時(shí)，X0=(F/)1/2，否則分塊計(jì)算涌水量再累加。 F井點(diǎn)系統(tǒng)所包圍的面積。s（3）無壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計(jì)算）無壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計(jì)算（近似解）以有效影響深度H0代替含水層厚度H用

8、上式計(jì)算Q。 H0的確定方法：s/(s+l)0.20.30.50.8H01.3 (s+l)1.5 (s+l)1.7 (s+l)1.85 (s+l) s井點(diǎn)系統(tǒng)中心處的水位降低值， s井點(diǎn)管處的水位降低值。注意：注意：1、當(dāng)、當(dāng)H0值超過值超過H時(shí)，取時(shí)，取H0H； 2、計(jì)算、計(jì)算R時(shí)，也應(yīng)以時(shí)，也應(yīng)以H0代入。代入。 （4）承壓完整井Q2.73KMS/(lgRlgX0) （m3/d)M承壓含水層厚度（m）承壓水位承壓水位不透水層不透水層含水層含水層不透水層不透水層hsHMR 5確定井管的數(shù)量與間距確定井管的數(shù)量與間距 （1）單井出水量）單井出水量：q65d l K1/3 （m3/d） d、l濾

9、管直徑、長度（m）； （2）最少井點(diǎn)數(shù)）最少井點(diǎn)數(shù)：n1.1Q / q （根） 1.1備用系數(shù)。 （3）最大井距）最大井距：D L總管 / n （m）； （4）確定井距：）確定井距： 取井距D （5）確定井點(diǎn)數(shù)：）確定井點(diǎn)數(shù)：nL總管 / DD15d符合總管的接頭間距。例題：某基礎(chǔ)施工，基坑寬8米，長12米，深4.5米，挖土邊坡1：0.5，經(jīng)地質(zhì)勘察，天然地面以下為1米厚亞黏土，其下有8米厚的細(xì)砂層，細(xì)砂層的K=8m/d，在細(xì)砂層下為不透水的粉土層，地下水標(biāo)高為-1.5米。擬采用輕型井點(diǎn)法降水，試進(jìn)行井點(diǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。解：采用環(huán)型輕型井點(diǎn)系統(tǒng)。為使總管接近地下水位，表層土先挖除1米，則基坑上口尺

10、寸為：11.5*15.5 m2。則總管長度為：L =（11.5+2）+15.5+2）*2=62m ,取64米。(一）布置1、平面布置如右圖；2、高程布置，如下圖：環(huán)狀井點(diǎn)平面及高程布置環(huán)狀井點(diǎn)平面及高程布置 井點(diǎn)管埋深H埋H1hiL =3.5+0.5+0.1*6.775 =4.675m 采用采用6 m井點(diǎn)管51，露出地面0.2m,濾管取1.0m 長 （二）涌水量計(jì)算： 1、判別井點(diǎn)管類別： 1）井點(diǎn)管+濾管=7米，沒有達(dá)到不透水層， 2）基坑長寬比小于5； 故按無壓非完整井環(huán)型井點(diǎn)系統(tǒng)無壓非完整井環(huán)型井點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算。 2、涌水量計(jì)算： Q1.364K(2H0S)S / (lg(R+x0)lgX0

11、) 1)K=8m/d 2) H0S S=3.5, S =3.5+0.68=4.18m S/s+l = 0.68 查表 取H0=9.27m 實(shí)際H=8+1-1.5=7.5m， 取H0 =H=7.5 3）抽水影響半徑R： R=1.95S(HK)1/2 =52.87m 4）基坑假想半徑 X0： = (F/)1/2 = 8.67m Q555.43 m3 /d3、井點(diǎn)管數(shù)量及間距：1）單根井點(diǎn)管出水量： q65d l K1/3 =20.41 m3 /d2）數(shù)量：最少井點(diǎn)數(shù)：n1.1Q / q 29.9=30（根）3）最大井距：DL總管 / n =2.13 （m）；4）確定井距： 取井距D=2.0或1.6

12、 （m）。取1.6m，則n L總管 / n=40 （根） 練習(xí) 某基坑底面尺寸為30m20m，基坑深4米，地下水位在地面以下1米，不透水層在地面以下10米，地下水為無壓水，土層的滲透系數(shù)為15m/d，基坑邊坡為1：0.5，擬采用輕型井點(diǎn)降水，試進(jìn)行井點(diǎn)系統(tǒng)的布置和計(jì)算。 6井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用 （1）埋設(shè)方法：水沖法：水槍、井管自身（高壓水）鉆孔法：正循環(huán)鉆 、反循環(huán)鉆、沖擊鉆振動(dòng)水沖法： (2)使用要求：開挖前25天開泵降水；連續(xù)抽水不間斷（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。降水施工降水施工 管井井點(diǎn)施工時(shí)，先用小型鉆機(jī)鉆孔或水沖成孔，插入井點(diǎn)管井井點(diǎn)施工時(shí)，先用小型鉆機(jī)鉆

13、孔或水沖成孔，插入井點(diǎn)管后，在管四周填入砂濾料，井內(nèi)放入潛水泵。管后，在管四周填入砂濾料，井內(nèi)放入潛水泵。 管井的井點(diǎn)管管井的井點(diǎn)管 井的四周填入井的四周填入砂濾料砂濾料（3）注意問題：1)真空度0.60.7大氣壓2)死管：檢查、變活3)設(shè)觀測井檢查水位下降情況（4）拔除井管： 基坑回填后；井點(diǎn)管孔要及時(shí)回填； 卷揚(yáng)機(jī)、支架 ； 516.5m上拔力1.21.8t 7、井點(diǎn)降水對(duì)周圍環(huán)境的影響井點(diǎn)降水對(duì)周圍環(huán)境的影響1 1）井點(diǎn)降水的不利影響）井點(diǎn)降水的不利影響 井點(diǎn)管埋設(shè)完成開始抽水時(shí)，井內(nèi)水位開始下降，一井點(diǎn)管埋設(shè)完成開始抽水時(shí)，井內(nèi)水位開始下降，一般情況下，經(jīng)過一段時(shí)間之后，在井點(diǎn)周圍形成

14、漏斗狀的般情況下，經(jīng)過一段時(shí)間之后，在井點(diǎn)周圍形成漏斗狀的彎曲水面，即所謂彎曲水面，即所謂“降水漏斗降水漏斗”，以后逐漸趨于穩(wěn)定。，以后逐漸趨于穩(wěn)定。 降水漏斗范圍內(nèi)的地下水位下降以后，會(huì)造成土體固降水漏斗范圍內(nèi)的地下水位下降以后，會(huì)造成土體固結(jié)沉降，由于漏斗形的降水面不是平面，因而所產(chǎn)生的沉結(jié)沉降，由于漏斗形的降水面不是平面，因而所產(chǎn)生的沉降也是不均勻的。在實(shí)際工程中，還可能把土層中的一些降也是不均勻的。在實(shí)際工程中，還可能把土層中的一些土顆粒連同地下水抽出，這種現(xiàn)象會(huì)使地面產(chǎn)生的不均勻土顆粒連同地下水抽出，這種現(xiàn)象會(huì)使地面產(chǎn)生的不均勻沉降加劇，造成附近建筑物及地下管線的不同程度的損壞。沉降加劇，造成附近建筑物及地下管線的不同程度的損壞。2 2）防范井點(diǎn)降水影響的措施）防范井點(diǎn)降水影響的措施 通常采用的技術(shù)措施有：通常采用的技術(shù)措施有： （1 1）采用合理的井點(diǎn)降水布置，避免過度降水；）采用合理的井點(diǎn)降水布置，避免過度降水； （2 2）在周邊環(huán)境保護(hù)有嚴(yán)格要求的地區(qū)，盡可能采）在周邊環(huán)境保護(hù)有嚴(yán)格要求的地區(qū)，盡可能采取設(shè)置止水帷幕的方法，切斷地下水的滲流，必要時(shí)取設(shè)置止水帷幕的方法，切斷地下水的滲流，必要時(shí)可進(jìn)行坑內(nèi)降水，減少降水影響范圍可進(jìn)行坑內(nèi)降水，減少降水影響范圍 （3 3）降水場地外緣設(shè)置