基坑降水設(shè)計(jì)

1、基坑降水設(shè)計(jì)第一部分：井點(diǎn)降水計(jì)算的前提1、所需水文地質(zhì)資料(1).水層性質(zhì)承壓水、潛水；(2).含水層厚度；(3).含水層的滲透系數(shù)和影響半徑；(4).含水層的補(bǔ)給條件，地下水流動(dòng)方向，水力梯度；(5).原有地下水埋藏深度，水位高度和水位動(dòng)態(tài)變化資料；(6).井點(diǎn)系統(tǒng)的性質(zhì)完整井、非完整井。2、了解建筑工程對降低地下水位的要求(1).建筑工程的平面布置、范圍大小，周圍建筑物的分布和結(jié)構(gòu)情況；(2).建筑物基礎(chǔ)埋設(shè)深度、設(shè)計(jì)要求的水位下降深度；(3).由于井點(diǎn)排水引起土層壓縮變形的允許范圍和大小。第二部分：基坑降水方法一、明溝排水(一)、明溝排水的適用條件明溝排水是指在基坑內(nèi)設(shè)置排水明溝或滲渠

2、和集水井，然后用水泵將水抽出基坑外的降水方法。明溝排水(簡稱明排)一般適用于土層比較密實(shí)，坑壁較穩(wěn)定，基坑較淺，降水深度不大，坑底不會(huì)產(chǎn)生流砂和管涌等的降水工程。當(dāng)具備下列條件時(shí)，一般可以采用明溝排水方案。 (1)地質(zhì)條件。場地為較密實(shí)的、分選好的土層，特別是帶有一定膠結(jié)度或粘稠度的土層時(shí)，由于其滲透性低，滲流量較少，在地下水流出時(shí)，邊坡仍穩(wěn)定，即使在挖土方時(shí)，底部可能會(huì)出現(xiàn)短期翻漿或輕微變動(dòng)，但對地基無損害，所以適宜明排；當(dāng)?shù)貙油临|(zhì)為硬質(zhì)粘土夾無水源補(bǔ)給的砂土透鏡體或薄層時(shí)，由于在基坑開挖過程中，其所儲存的少量水會(huì)很快流出而被疏干，有利于明誹；在巖石土質(zhì)中施工時(shí)，一般均可以進(jìn)行明排。 (2)

3、水文條件。場地含水層為上層滯水或潛水，其補(bǔ)給水源較遠(yuǎn)，滲透性較弱，漏水量不大時(shí)，一般可以考慮采用明排隨水。(3)挖土方法。當(dāng)采用拉鏟挖斗機(jī)、反向鏟和抓斗挖土機(jī)等機(jī)械挖土，為避免由于挖土過程中出現(xiàn)的臨時(shí)浸泡而影響施工時(shí)，對含水層的砂、卵石涌水量較大、具有一定陣水深度的降水工程，也可以采用明排降水。(4)其他條件。當(dāng)基坑邊坡為緩坡或采用堵截隔水后的基坑時(shí)；建筑場地寬敞，鄰近無建筑物時(shí)；基坑開挖面積大，有足夠場地和施工時(shí)間時(shí)：建筑物為輕型地基荷載等條件下，采用明排降水的適用條件可以擴(kuò)大。明溝排水的抽水設(shè)備常用離心泵、潛水泵和污水泵等，以污水泵為好。(二)、明溝排水工程的布置隨著基坑的開挖，當(dāng)基坑深度

4、接近地下水位時(shí)，沿基坑四周(基礎(chǔ)輪廓線以外，基坑邊緣坡腳0.3m內(nèi))設(shè)置排水溝或滲渠，在基坑四角或每隔3040m設(shè)一直徑為0.70.8m的集水井，溝底寬大于0.3m，坡度為0.51.0，溝底比基坑底低0.30.5m，集水井底比排水溝底低0.51.0m。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(shè)置與加深，直到坑底達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止?；娱_挖至預(yù)定深度后，應(yīng)對排水溝和集水井進(jìn)行修整完善，溝壁不穩(wěn)時(shí)還須利用磚石干砌或用透水的砂袋進(jìn)行支護(hù)。二、輕型井點(diǎn)降水(一)、輕型井點(diǎn)的降水原理及適用條件輕型井點(diǎn)抽水系真空

5、作用抽水，如圖1所示。輕型井點(diǎn)由井點(diǎn)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(shè)備啟動(dòng)，在井點(diǎn)系統(tǒng)中形成真空，并在井點(diǎn)周圍一定范圍形成一個(gè)真空區(qū)，真空區(qū)通過砂并擴(kuò)展到一定范圍。圖1輕型井點(diǎn)系統(tǒng) (a)輕型井點(diǎn)系統(tǒng)總體布置圖； (b)單井點(diǎn)布置圖1、井點(diǎn)管；2、過濾管；3、沉淀管；4、集水總管；5、連接管；6、水泵房；7、靜水位；8、動(dòng)水位；9、彎頭；10、由任；11、閥門，12、粘土；13、礫科(二)、輕型井點(diǎn)工程的布置 輕型井點(diǎn)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，一般沿基坑外緣1.O1.5m布置。當(dāng)降水基坑為

6、矩形、圓形、三角形成不規(guī)則形狀時(shí)，常采用環(huán)形封閉式或U形井點(diǎn)布置。當(dāng)降水深度在6m以內(nèi)時(shí)，采用單級井點(diǎn)降水。當(dāng)降水深度較大時(shí)，可采用下臥降水設(shè)備或多級井點(diǎn)降水(圖2)。 圖3 二級輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的布置 1. 地下水靜止水位；2.從第二級抽水時(shí)地下水位的降落曲線；3.從第一級抽水時(shí)地下 水位的降落曲線三、噴射井點(diǎn)降水(一)、噴射井點(diǎn)降水原理及適用條件噴射井點(diǎn)系統(tǒng)由高壓水泵、供水總管、井點(diǎn)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(diǎn)主要適用于滲透系數(shù)較小的含水層和降水深度較大(82m)的降水工程。其主要優(yōu)點(diǎn)是降水深度大，但由于需要雙層井點(diǎn)管，噴射器設(shè)在井孔底部，有二根總管與各井點(diǎn)管相連，

7、地面管網(wǎng)敷設(shè)復(fù)雜，工作效率低，成本高，管理困難。四、電滲井點(diǎn)降水電滲降水一般只適用于含水層滲透系數(shù)較小(0.1m/d)的飽和粘土，特別是在淤泥和淤泥質(zhì)粘土之中的降水。由于粘性上的顆粒較小，地下水流動(dòng)十分困難，其中僅自由水在孔隙中流動(dòng)，其它部分地下水則處于被毛細(xì)管吸附的約束狀態(tài)，不能在壓力水頭作用下參與流動(dòng)，當(dāng)向土中通以直流電流后，不僅自由水、而且被毛細(xì)管約束的枯滯水也能參與流動(dòng)，增加孔隙水流動(dòng)的有效斷面，其滲透性提高數(shù)十倍，從而縮短降水時(shí)間，提高降水效果。一、 管井降水(一)、管井降水原理及適用條件管井降水方法即利用鉆孔成井，多采用單井單泵(潛水泵或深井泵)抽取地下水的降水方法。當(dāng)管井深度大于

8、15m時(shí)，也稱為深井井點(diǎn)降水。管井井點(diǎn)直徑較大，出水量大，適用于中、強(qiáng)透水含水層，如砂礫、砂卵石、基巖裂隙等含水層，可滿足大降深、大面積降水要求。(二)、管井防水工程的布置抽降管井一般沿墓坑周圍距基境外緣1.2m布置，如場地寬敞或采用垂直邊坡或有錨仟和土釘護(hù)坡等條件下，應(yīng)盡量距離基坑邊緣遠(yuǎn)些，可用35m；當(dāng)基坑邊部設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕的條件下，可在墓坑內(nèi)布置管井，采用坑內(nèi)降水方法。管井的間距和深度應(yīng)根據(jù)場地水文地質(zhì)條件、降水范圍和降水深度確定。井間距一般為1020m。當(dāng)降水層為弱透水層或降水深度超過含水層底板時(shí)，井間距應(yīng)縮小，可用68m；當(dāng)降水層為中等送水層或降水深接近含水層底板時(shí)，井間距可

9、為812；當(dāng)降水層為中等到強(qiáng)透水層，含水層厚度大于降水深度時(shí)，可用1220m；當(dāng)降水深度較淺，含水層為中等以上透水層具有一定厚度時(shí)，井間距可大于20m。井點(diǎn)深度要大于設(shè)計(jì)井中的降水深度或進(jìn)入非含水層中35m，井中的降水深度由基坑降水深度、降水范圍等計(jì)算確定。六、輻射井點(diǎn)降水(一)、輻射井點(diǎn)降水的原理及適用條件輻射井降水是在降水場地設(shè)置集水豎井，于豎井中的不同深度和方向上打水平井點(diǎn)，使地下水通過水平井點(diǎn)流入集水豎井中，再用水泵將水抽出，以達(dá)到降低地下水位的目的。該降水方法一般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，可以滿足不同深度，特別是大面積的降水要求。(二)、輻射井點(diǎn)降

10、水工程的布置輻射井降水的豎井和水平井點(diǎn)設(shè)置，應(yīng)根據(jù)場地水文地質(zhì)條件、降水深度和降水面積等綜合考慮確定。集水豎井一般設(shè)置在基坑的角點(diǎn)外23m，豎井直徑35m，深度超過基坑底35m。對于長方形基坑，可在對角設(shè)置兩個(gè)集水豎井；當(dāng)基坑長度較大時(shí)，可在一長邊的兩個(gè)角和另一邊中部各設(shè)置一個(gè)集水豎井；基坑長度大于100m時(shí)，可按5080m間距設(shè)置一個(gè)豎井。對于正方形基坑，其邊長大于40m，可在基坑的四個(gè)角設(shè)置豎井。當(dāng)降水面積特別大時(shí)，除在周邊按508hn間距布設(shè)豎井外，還可以在基坑中部設(shè)置臨時(shí)降水井點(diǎn)。水平井點(diǎn)在集水豎井內(nèi)施工，其平面位置一般沿基坑四周布設(shè)，形成封閉狀。當(dāng)面積較大或降水時(shí)間要求緊時(shí)，可在基坑

11、中部打入水平井點(diǎn)，形成扇形狀。七、自滲井點(diǎn)降水自滲井點(diǎn)降水法適用于下列條件： (1)在降水范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)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)。下層含水層的埋深以距離基坑底520m為宜。 (2)下層含水層的水位(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)下層滲透系數(shù)大于上層含水層的滲透系數(shù)，且具有一定厚度(一般大于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，符合引入下層地下水的要求。這種降水方法是近年來發(fā)展起來的一類新型井點(diǎn)降水方法，具有施工簡單、快速，不用抽水設(shè)備，不排水，

12、不耗能，不占用場地，便于管理，成本低等優(yōu)點(diǎn)。八、綜合井點(diǎn)降水對于一些特定的水文地質(zhì)條件和工程有特殊要求，采用某一種井點(diǎn)降水難以取得滿意的降水效果時(shí)，可以同時(shí)采用兩種或多種降水方法，如管井與輕型井點(diǎn)降水相結(jié)合噴射井點(diǎn)和電滲井點(diǎn)降水相結(jié)合，管井與引滲砂礫井相結(jié)合，輕型井點(diǎn)與噴射井點(diǎn)降水相結(jié)合等。下面介紹滲抽結(jié)合的陣水方法。 在具備一定自滲條件，但自滲后的水位降深不能滿足降水要求，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(shí)間滿足設(shè)計(jì)、施工要求時(shí)，可以采用砂礫井或管井引滲配合輕型井點(diǎn)或管井抽水來達(dá)到降水目的。 當(dāng)場地具備淺層自滲條件，但自滲后的水位埋深高于降水深度或降水面積大時(shí)沿基坑

13、四周或中部布置砂礫引滲井，以降低上層滯水水位，并于基坑四周邊沿適當(dāng)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(dá)到設(shè)計(jì)降水深度和保證降水工期的要求。兩種井的間距和深度應(yīng)根據(jù)場地水文地質(zhì)條件和降水要求確定，可參照以上相同井點(diǎn)布置。 當(dāng)場地具備深層自滲條件，但降水深度很大，或降水面積很大時(shí)，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，再選用部分管井作為抽水井，抽取下部承壓(潛水)含水層中的地下水以滿足降水要求。此方法可以將地下水位降至20m以下。當(dāng)上層滯水或潛水含水層埋藏較淺，其含水層為粉、細(xì)砂，基坑深度進(jìn)入第二含水層或以下時(shí)，雖然具備深層自滲條件，但只

14、有引滲管井難以有效地疏干含水層，常常引起邊坡或樁間土的坍塌。因此，采用引滲管井降低地下水位，再用輕型井點(diǎn)疏干上層滯水或潛水的殘留水、以保證降水效果和邊坡穩(wěn)定。第三部分：井點(diǎn)降水方案設(shè)計(jì)一、井點(diǎn)降水方法的選擇及降水工程的布置 (一)降水方法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(wù)要求的基礎(chǔ)上，參考表1選表1 各類井點(diǎn)適用范圍擇合適的降水方法。由于各種降排水方法具有一定程度的通用性，在具體選擇時(shí)應(yīng)作方案比較，以期得到經(jīng)濟(jì)合理的降水效果。 (二)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(diǎn)布置基本上可分為兩種形式：塊狀形的基坑采用環(huán)形封閉式，條形狀的基坑采用直線形式的布置方法。 (

15、1)環(huán)形封閉式平面布置。凡基坑成塊狀的均宜采用封閉式井點(diǎn)布置。當(dāng)遇有降水面積大。封閉式井點(diǎn)布置因跨度大不能滿足降水要求時(shí)，可分塊進(jìn)行抽水。 (2)線型平面布置。當(dāng)降水工程基坑為條形狀圖形時(shí)，如管溝、電纜溝、運(yùn)河、水渠等工程，均采用線形式布置井點(diǎn)。究竟采用單排或采用雙排(坑二側(cè))井點(diǎn)布置，需視工程特點(diǎn)而定。當(dāng)基坑寬度不大于5m及地下水位降低又不超過4m時(shí)，一般均采用單排井點(diǎn)布置。 降水工程，根據(jù)井點(diǎn)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(jié)合降水。 (1)坑外降水。即將井點(diǎn)布設(shè)在基坑以外，適用于以下條件：當(dāng)坑壁不設(shè)維護(hù)結(jié)構(gòu)，地下水將向境內(nèi)滲流在坡趾附近易產(chǎn)生滲流破壞

16、，宜采用坑外井點(diǎn)降水方案；基坑底部以下有承壓含水層，需降水深度較大時(shí)，宜采用坑外降水；當(dāng)基坑周圍環(huán)境容許降水，或坑外降水對鄰近地面無大影響者，可在坑外降水。當(dāng)含水層分布均勻時(shí)、可沿基坑邊緣外側(cè)平均等距離布置；當(dāng)含水層分布不均勻時(shí)，在主要富水地段加密布設(shè)。在基巖裂隙水場地，重點(diǎn)布置在補(bǔ)給與排泄兩端。 (2)坑內(nèi)降水。即將井點(diǎn)布置在基坑內(nèi)部。在基坑邊部設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帳幕的條件下，采用坑內(nèi)降水方案，可減少降水的總出水量，縮小降水的影響范圍，減小坑外的水位下降及相應(yīng)的地面沉降，井點(diǎn)布置多呈網(wǎng)格狀或梅花狀。 (3)坑內(nèi)與坑外相結(jié)合降水。采用坑外降水時(shí)，若基坑寬度較大，也可以在基坑內(nèi)布置少量降水井點(diǎn)。

17、 (三)井點(diǎn)管埋設(shè)深度計(jì)算 井點(diǎn)管的埋深(Hm)主要取決于基坑深度、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變化幅度、過濾器工作部分長度和沉砂管長度，如圖2所示。井點(diǎn)管埋設(shè)深度可按下式確定：H1基坑深度；h井點(diǎn)外露高度；I 降水區(qū)內(nèi)水力坡度；L井點(diǎn)管至基坑中心的距離；Z降水期間地下水位的變化幅度；Y過濾器工作部分長度；T沉砂管長度。 圖2 井點(diǎn)埋設(shè)深度圖二、井點(diǎn)降水方案設(shè)計(jì) (一)基坑總排水量計(jì)算 1.環(huán)形布置井點(diǎn) 降水井點(diǎn)按環(huán)形封閉式布置時(shí)，若干擾井群中各井流量相等，井結(jié)構(gòu)一致，則可近似把基坑周圍的井群當(dāng)成一個(gè)以基坑為“中心”的大井，根據(jù)實(shí)際情況，選擇相應(yīng)規(guī)范

18、中的有關(guān)單井涌水量計(jì)算公式進(jìn)行近似計(jì)算，如：對于潛水完整井對于承壓完整井式中 Q總基坑總排水量； K含水層滲透系數(shù)； H0含水層靜止水位標(biāo)高； m承壓含水層厚度；SW設(shè)計(jì)基坑水位降深；R0引用影響半徑(R0=R+ r0)R影響半徑；r0引用半徑。對于不同排列的降水井群，其引用半徑(r0)的計(jì)算公式如表3所示。2.線型布置井點(diǎn)降水井點(diǎn)按線型布置時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)規(guī)范中的涌水量計(jì)算公式近似計(jì)算。如： 對于潛水完整水平集水建筑物對于承壓完整水平集水建筑物式中各符號意義同前。 (二)單井最大允許出水量的計(jì)算 單井出水量決定于含水層的允許滲透速度、過濾器長度及直徑等，其理論計(jì)算最大允許出水量為：

19、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影響，設(shè)計(jì)的單井出水量一般小于上式的計(jì)算值。實(shí)際工作中常利用現(xiàn)場抽水試驗(yàn)資料求得的單井涌水量值，與上述公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比后確定。表3 引用半徑計(jì)算公式(三)井點(diǎn)數(shù)量的確定布設(shè)井點(diǎn)的數(shù)量是根據(jù)基坑總排水量與單井出水量進(jìn)行試算而確定的。(1)首先根據(jù)基坑總排水量及設(shè)計(jì)出水量確定初步布設(shè)井?dāng)?shù)(n)，計(jì)算公式如下：式中各符號意義同前。(2)在抽水設(shè)備及水位降深確定的情況下，根據(jù)實(shí)際情況選擇干擾井群公式計(jì)算單井的出水量。如： 對于潛水完整井群對于承壓完整井群式中各符號意義同前。 單井出水量也可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算式中

20、D過濾器直徑； HS過濾器有效長度； 其他符號意義同前。(3)驗(yàn)算井群總出水量是否滿足要求。若nqQ總，則認(rèn)為所布設(shè)井點(diǎn)數(shù)合理；若nqQ總則需增加布設(shè)井?dāng)?shù)。(4)重復(fù)(2)、(3)步計(jì)算，直到計(jì)算出的井群總出水量大于基坑總排水量時(shí)井?dāng)?shù)便是需要的井?dāng)?shù)。(四)井點(diǎn)間距的計(jì)算井點(diǎn)間距按下式計(jì)算：式中 a井點(diǎn)布設(shè)間距； L基坑長度；n布設(shè)井點(diǎn)數(shù)。當(dāng)含水層分布不均勻時(shí)，在主要富水地段井點(diǎn)間距可適當(dāng)小些。(五)水位降低檢驗(yàn)井點(diǎn)數(shù)量、井點(diǎn)間距及排列方式確定之后使可選擇相應(yīng)規(guī)范中列出的干擾井群水位降深預(yù)測公式計(jì)算基坑的水位降深，主要計(jì)算基坑內(nèi)抽水影響最小處的水位降深值，檢查其是否滿足設(shè)計(jì)水位降深的要求。經(jīng)過降

21、深場的水位計(jì)算如果達(dá)不到設(shè)計(jì)水位降的要求(過小或過大)，則須重新調(diào)整井點(diǎn)數(shù)與井點(diǎn)間距，再進(jìn)行降深場的水位計(jì)算。第四部分：降水工程設(shè)計(jì)書的編寫降水工程設(shè)計(jì)書是降水工程施工的依據(jù)和總體調(diào)度方案，故編制好設(shè)計(jì)書是完成降水工作的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，應(yīng)予以充分重視。 1、設(shè)計(jì)書的內(nèi)容 (1)降水工程的任務(wù)。包括任務(wù)來源、降水范圍、降水深度和工期要求等；(2)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；(3)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。包括地層分布、巖性、結(jié)構(gòu)、含水層類型、富水性、地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件和動(dòng)態(tài)特征等； (4)降水方案設(shè)計(jì)。降水方法的選擇，降水設(shè)計(jì)方案的計(jì)

22、算與優(yōu)化； (5)降水施工技術(shù)要求。鉆探施工技術(shù)要求，并點(diǎn)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，下管、填礫、洗井要求，設(shè)備安裝與管理要求，降水場地的供排水部署和要求；(6)降水監(jiān)測與管理。降水期間的水位、流量觀測要求，觀測資料的整理與分析。2、常編制的附圖(1) 降水區(qū)的平面圖。包括基坑、井點(diǎn)、觀測孔、泵組設(shè)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；(3) 降水井點(diǎn)與觀測孔結(jié)構(gòu)圖等。第五部分：工程實(shí)例一、 太原鋼鐵公司某氧化鐵皮坑工程噴射井點(diǎn)降水(一)工程概況及降水要術(shù) 太原鋼鐵廠某氧化鐵皮坑工程為18m圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，深度15.8m(圖1)。設(shè)計(jì)要求降水深度為10m(自然地面設(shè)為±0.00)，即實(shí)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)的土層主要由亞粘土所組成，但在不同深度的亞鉆土層內(nèi)夾有薄層亞砂土和砂層以及粘土層；地面以下3.26m為靜止地下水位，土的滲透系數(shù)k=5.7md，含水層厚度m13.3m。圖1 井點(diǎn)平面布置圖(三)降水方案設(shè)計(jì)依據(jù)水文地質(zhì)的特點(diǎn)及工程要求降水深度，選用2.5型噴射井點(diǎn)