基坑降水完整課件

基坑降水建筑與土木工程學(xué)院.基坑降水建筑與土木工程學(xué)院.1

第一節(jié)概述第二節(jié)地下水的不良作用第三節(jié)基坑降水方法第四節(jié)降水設(shè)計計算第五節(jié)降水施工第六節(jié)降水對環(huán)境影響及其防治措施主要內(nèi)容.第一節(jié)概述主要內(nèi)容.2基坑降水目的為什么進(jìn)行基坑降水？保證地下結(jié)構(gòu)的安全施工（干作業(yè)）防止工程事故：流砂、管涌、坑底失穩(wěn)提高邊坡的穩(wěn)定性減少板樁和支撐的壓力改善基坑和填土的砂土特性工程降水不當(dāng)引起的工程事故的比例很大第一節(jié)概述.基坑降水目的為什么進(jìn)行基坑降水？保證地下結(jié)構(gòu)的安全施工（干作3第二節(jié)地下水的不良作用1.流土2.管涌3.接觸沖刷與接觸流失4.基坑突涌.第二節(jié)地下水的不良作用1.流土.4定義在向上滲流作用下局部土體表面的隆起、頂穿或粗顆粒群同時浮動而流失的現(xiàn)象。發(fā)生地層流土：表層由黏性土與其他細(xì)粒土組成的土體或較均勻的粉細(xì)砂地層。流砂：顆粒級配均勻而細(xì)的粉、細(xì)砂，粉土。工程意義突發(fā)性、工程危害大1.流土（砂）.定義1.流土（砂）.5形成原因水力坡度大，流速大沖動細(xì)顆粒使之懸浮飽和時膠體顆粒吸水膨脹，土顆粒密度下降，能懸浮流動砂土在振動作用下結(jié)構(gòu)破壞，體積縮小，土顆粒懸浮于水而流動形成條件水力坡度大，滲透力超過土顆粒重量使之懸浮時，達(dá)到臨界水力坡度1.流土（砂）.形成原因1.流土（砂）.6防止措施人工降低地下水位采用地下連續(xù)墻截水設(shè)置帷幕水下開挖其他方法：凍結(jié)法、化學(xué)加固等井點降水防治流砂現(xiàn)象.防止措施井點降水防治流砂現(xiàn)象.7定義指疏松的砂土層時，地基土在具有一定滲透速度（水力坡度）的水流作用，其細(xì)小顆粒被沖走，土中孔隙逐漸增大，形成細(xì)管狀滲流通道，從而掏空地基或壩體，使之變形、失穩(wěn)，此現(xiàn)象為管涌。產(chǎn)生條件土中粗、細(xì)顆粒粒徑比D/d大于10土的不均勻系數(shù)d60/d10大于10兩種相互接觸土層滲透系數(shù)比k1/k2大于2～3滲透的水力坡度大于臨界水力坡度2.管涌.定義2.管涌.8管涌破壞示意圖管涌的防治措施增加支護(hù)樁的入土深度，使?jié)B流路線增加人工降低地下水位，改變地下水的滲流方向斜坡條件時；b.地基條件時1—管涌堆積顆粒；2—地下水位；3—管涌通道；4—滲流方向.管涌破壞示意圖管涌的防治措施斜坡條件時；b.地基條件時.9管涌.管涌.103.接觸沖刷與接觸流失接觸沖刷：對雙層結(jié)構(gòu)的地基，當(dāng)兩層土的不均勻系數(shù)均小于等于10，且符合，不會發(fā)生接觸沖刷。接觸流失：對雙層結(jié)構(gòu)的地基，當(dāng)兩層土的不均勻系數(shù)均小于等于5，且，不會產(chǎn)生接觸流失；對雙層結(jié)構(gòu)的地基，當(dāng)兩層土的不均勻系數(shù)均小于等于10，且，不會產(chǎn)生接觸流失；D10，d10分別代表較粗和較細(xì)一層土的顆粒粒徑，小于該粒徑的土中占總土重的10%.3.接觸沖刷與接觸流失接觸沖刷：接觸流失：D10，d10分別11突涌形式基底頂裂，出現(xiàn)網(wǎng)狀或樹枝狀裂縫，地下水涌入，帶出下部土顆粒基底發(fā)生流砂現(xiàn)象，邊坡失穩(wěn)，地基懸浮流動基底發(fā)生類似于“沸騰”的噴水現(xiàn)象，使基坑積水，地基土擾動4.基坑突涌含義當(dāng)基坑開挖，基底有承壓水，承壓水頂板厚度小時，水頭壓力能頂穿基坑底板的現(xiàn)象，稱為基坑突涌.突涌形式4.基坑突涌含義.12產(chǎn)生條件4.基坑突涌設(shè)置減壓井，降低承壓水水位。當(dāng)時，基坑不產(chǎn)生突涌。防治措施.產(chǎn)生條件4.基坑突涌設(shè)置減壓井，降低承壓水水位。當(dāng)13第三節(jié)基坑降水方法降水方法的分類明排法井點法輕型井點噴射井點電滲井點引滲法管井法大口井法輻射井法.第三節(jié)基坑降水方法降水方法的分類明排法引滲法.14井點類型及適用范圍井點類型滲透系數(shù)降水深度最大井距主要原理單級輕型井點0.005~20m/d3～6m1.6~2m地上真空泵或噴射嘴真空吸水多級輕型井點6～20噴射井點0.005~208～202～3m地下噴射嘴真空吸水電滲井點<0.15～6極距1m鋼筋陽極加速滲流管井井點0.1~2003～520~50單井真空泵、離心泵大口徑井點10~25025～3030~50單井潛水泵排水水平輻射井點大面積降水平管引水至大口井排出引滲井點不透水層下有滲存水層打穿不透水層，引至下一存水層.井點類型及適用范圍井點類型滲透系數(shù)降水深度最大井距主要原理單15降水方法——明排法原理.降水方法——明排法原理.16降水方法——明排法適用條件不易產(chǎn)生流砂、流土、管涌和塌陷等現(xiàn)象的粘性土、砂土和碎石土基坑地下水位超過基礎(chǔ)底板標(biāo)高不大于2.0m滲透系數(shù)小于0.5m/d，降水深度小于2.0m單獨(dú)使用或聯(lián)合使用.降水方法——明排法適用條件.17降水方法——明排法排水溝和集水井的設(shè)置布置在距擬建建筑物基礎(chǔ)邊凈距0.4m以外，排水溝離開坡腳不小于0.3m，在基坑四角或每隔30～40m設(shè)置1個集水井（坑）排水溝底面應(yīng)比挖土面低0.3～0.4m，集水井（坑）

比溝底低0.5m溝、井截面根據(jù)排量確定：基礎(chǔ)較深或地下水位較高時，應(yīng)分層明排或?qū)欧?降水方法——明排法排水溝和集水井的設(shè)置.18當(dāng)基坑側(cè)壁出現(xiàn)分層滲水時，可按不同高程設(shè)置導(dǎo)水管、導(dǎo)水溝等構(gòu)成明排系統(tǒng)；當(dāng)基坑側(cè)壁滲水量較大或不能分層明排時，宜采用導(dǎo)流降水方法。降水井的深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計降水深度、含水層的埋藏分布和降水井的出水能力確定。1-底層排水溝；2-底層集水井；3-二層排水溝；4-二層集水井；5-水泵；6-原地下水位線；7-降低后地下水位線.當(dāng)基坑側(cè)壁出現(xiàn)分層滲水時，可按不同高程設(shè)置導(dǎo)水管、導(dǎo)水溝等構(gòu)19基坑明排適用于土層比較密實，坑壁比較穩(wěn)定（細(xì)粒土邊坡不易被滲流沖刷而產(chǎn)生塌方），基礎(chǔ)埋深較淺，降水深度不大，不易發(fā)生流砂、管涌的工程。.基坑明排適用于土層比較密實，坑壁比較穩(wěn)定（細(xì)粒土邊坡不易被滲20井點法降水根據(jù)井型的不同進(jìn)行分類：輕型井點噴射井點電滲井點降水方法——井點法降水.井點法降水根據(jù)井型的不同進(jìn)行分類：降水方法——井點法降水.21降水方法——輕型井點原理適用條件k=0.005～20m/d單級降深：小于6m二級降深：6～12m.降水方法——輕型井點原理.22

在地下水豐富地區(qū)，當(dāng)土的滲透系數(shù)為0.005～1m/d時，常采用輕型井點降水。.在地下水豐富地區(qū)，當(dāng)土的滲透系數(shù)為0.005～123..24輕型井點全貌圖.輕型井點全貌圖.25二級輕型井點.二級輕型井點.26降水方法——輕型井點井點設(shè)置沿基坑周圍布置，線狀或封閉狀，距邊坡線不小于0.7~1.2m，井點間距0.8～2.40m單排布置雙排布置環(huán)狀布置C形布置.降水方法——輕型井點井點設(shè)置單排布置雙排布置環(huán)狀布置C形布置27降水方法——輕型井點主要設(shè)備：井點管：直徑38～55mm，長度5～7m，下端1～1.7m為濾管，孔眼直徑12～18mm，包濾連接管：膠皮管、鋼管、塑料管，直徑38～55mm集水管：直徑100～127mm，分節(jié)連接，長度5m，法蘭盤連接，每隔0.8～1.6m設(shè)一連接井點管的接頭抽水設(shè)備：真空泵射流泵主要設(shè)備：

.降水方法——輕型井點主要設(shè)備：主要設(shè)備：.28

輕型井點降水系統(tǒng)構(gòu)成

總管

井點管

彎連管.輕型井點降水系統(tǒng)構(gòu)成總管井點管彎連管.29

真空泵.真空泵.30輕型井點降水

噴射混凝土坡面保護(hù).輕型井點降水噴射混凝土坡面保護(hù).31濾管構(gòu)造.濾管構(gòu)造.32真空泵原理.真空泵原理.33射流泵原理集水總管射流器離心泵壓力表循環(huán)水箱真空表.射流泵原理集水總管射流器離心泵壓力表循環(huán)水箱真空表.34..35噴射井點適用條件土層滲透系數(shù)K=0.005～20m/d降水深度大于6m，最大可達(dá)20m井點布置基本同輕型井點井距1.5～3m成孔直徑400～600mm.噴射井點適用條件.36電滲井點原理.電滲井點原理.37電滲井點適用條件飽和粘土，特別是淤泥、淤泥質(zhì)粘土配合輕型井點和噴射井點滲透系數(shù)K小于0.005m/d布置同輕型井點和噴射井點極距:輕型井點0.8-1.0m；噴射井點1.2-1.5m間歇通電：24h停2-3h.電滲井點適用條件.38引滲井點適用條件當(dāng)含水層的下層水位低于上層水位，上層含水層的重力水可通過鉆孔滲入到下部含水層，起混合水位滿足降水要求時，可采用引滲自降通過井孔抽水，使上層含水層的重力水通過井孔引導(dǎo)滲入下部含水層，使其混合水位滿足降水要求時，可采用引滲抽降當(dāng)采用引滲井降水時，應(yīng)注意防止有害水質(zhì)污染下部含水層.引滲井點適用條件.39引滲井點布置引滲井點可布置在基坑內(nèi)外井距根據(jù)引滲實驗確定，一般2—10m引滲深度宜揭穿被滲層，當(dāng)深度大時，揭進(jìn)厚度不小于3m井徑400—600mm.引滲井點布置.40管井法適用范圍井點不易解決的含水層顆粒較粗的粗砂—卵石層，滲透系數(shù)大、水量大，降深8—20m，潛水或承壓水含水層厚度大于5m基巖裂隙和溶洞含水層，厚度可小于5m滲透系數(shù)大于0.1m/d布置原則基坑開挖上口線1.0m外設(shè)置觀測井井徑600—800mm，井管外徑400—600mm抽水設(shè)備為潛水泵.管井法適用范圍.41管井井點構(gòu)造管井井點由兩部分組成，一是井壁管，一是濾水管。井壁管可用直徑200～350mm的鑄鐵管、無砂混凝土管、塑料管。濾水管可用鋼筋焊接骨架，外包濾網(wǎng)（孔眼為1～2mm），長2～3m（如圖），也可用鑄鐵管打孔，外纏鍍鋅鉛絲。.管井井點構(gòu)造管井井點由兩部分組成，一是井壁管，一是濾水管。井42管井井點構(gòu)造降水井宜在基坑外緣采用封閉式布置，井間距應(yīng)大于15倍井管直徑，在地下水補(bǔ)給方向應(yīng)適當(dāng)加密；當(dāng)基坑面積較大、開挖較深時，也可在基坑內(nèi)設(shè)置降水井。.管井井點構(gòu)造降水井宜在基坑外緣采用封閉式布置，井間距應(yīng)大于143管井井點構(gòu)造降水井的深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計降水深度、含水層的埋藏分布和降水井的出水能力確定。設(shè)計降水深度在基坑范圍內(nèi)不宜小于基坑底面以下0.5m。.管井井點構(gòu)造降水井的深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計降水深度、含水層的埋藏分布44

基坑放坡大開挖是一種最簡單的基坑施工方法，優(yōu)點是施工速度快，相對措施費(fèi)用不高；缺點是周邊場地要空曠，開挖和回填土方量大。放坡坡度的大小與地區(qū)土質(zhì)有關(guān)。大型基坑放坡開挖，坡面噴混凝土保護(hù)管井井點降水.基坑放坡大開挖是一種最簡單的基坑施工方法，優(yōu)點是施工速度快45管井井點管

管井井點降水是一種常用的降水方法，適用在降水深度要求大，土質(zhì)的滲透系數(shù)在0.1～200m/d。.管井井點管管井井點降水是一種常用的降水方法，適用在降水深46

管井井點施工時，先用小型鉆機(jī)鉆孔或水沖成孔，插入井點管后，在管四周填入砂濾料，井內(nèi)放入潛水泵。管井的井點管井的四周填入砂濾料.管井井點施工時，先用小型鉆機(jī)鉆孔或水沖成孔，插入井點管后，47..48..49..50大口徑井降水適用條件第四紀(jì)含水層，地下水補(bǔ)給豐富、滲透系數(shù)大的砂土和碎石土地下水埋藏在15m以內(nèi)，含水層厚度大于3m，施工條件允許可大于15m布置基坑外側(cè)1.0m，特殊可布置在基坑內(nèi)配合其他降水井徑0.8m—4.0m.大口徑井降水適用條件.51輻射井降水水平輻射井是由大口徑豎井和以其為中心，分層設(shè)置并向四周輻射水平濾水管組成的降水系統(tǒng)。水平濾水管埋置于地下含水層內(nèi)以截斷基坑的外來水和坑底涌水。地下水以重力形式分層滲入水平濾水管集于豎井，用泵將水抽出達(dá)到降水目的。原理.輻射井降水水平輻射井是由大口徑豎井和以其為中心，分層設(shè)置并向52輻射井降水適用條件粘性土、砂土和碎石土降水范圍大或地面施工困難降水深度大于4m—20m布置盡量使輻射井最大限度控制基坑降水范圍含水層薄時，單層，每層6-8根；否則多層最下層輻射管應(yīng)大于1.0m輻射管長度宜為20—50m，直徑50—150mm.輻射井降水適用條件.53降水井的類型按照濾管與不透水層的關(guān)系：完整井――到不透水層非完整井――未到不透水層按照是否承壓水層：承壓井無壓井潛水非完整井承壓完整井承壓非完整井潛水完整井第四節(jié)降水的設(shè)計計算.降水井的類型按照濾管與不透水層的關(guān)系：潛水非完整井第四節(jié)54水井的分類.水井的分類.55基本概念：水位降深：從井中抽水時，井周圍含水層中的地下水向井中運(yùn)動，井中和井附近的水位降低。設(shè)某點（x,y）的初始水頭為H0(x,y,0)，抽水t時間后的水頭為H(x,y,t)，則該點的水頭降低值為s，s=H0(x,y,0)-H(x,y,t),將S稱為水位降深，簡稱降深。水位降落漏斗：水位降深S在不同的位置上是不同的，井中心降深最大，離井越遠(yuǎn)，降深越小，抽水井周圍總體上形成的漏斗狀水頭下降區(qū)；影響半徑：從抽水井到實際觀測不到水位降深處的徑向距離。.基本概念：.56降水工程設(shè)計降水設(shè)計的內(nèi)容降水方法的選擇基坑涌水量計算單井涌水量計算井距、井?dāng)?shù)和井深井的布置井身結(jié)構(gòu)設(shè)計成井工藝抽排水方案沉降預(yù)測.降水工程設(shè)計降水設(shè)計的內(nèi)容.57降水工程設(shè)計—降水方法選擇降水方法選擇應(yīng)考慮的因素含水層滲透系數(shù)K、降深h、含水層厚度等降水目的含水層與相關(guān)含水層的水力關(guān)系周邊工程或地下構(gòu)筑物、管線對降水的敏感性降水面積多種方法相結(jié)合支護(hù)方案.降水工程設(shè)計—降水方法選擇降水方法選擇應(yīng)考慮的因素.58常規(guī)降水方法適用條件.常規(guī)降水方法適用條件.59Dupuit假設(shè)（1）地下水流向水井處于穩(wěn)定流動狀態(tài)；（2）地下水呈層流運(yùn)動，運(yùn)動規(guī)律遵循達(dá)西定律；（3）地下水為緩變流，可將空間流簡化為平面流；（4）假定靜水位是水平的，降落漏斗的供水邊界是圓柱形；（5）含水層為均質(zhì)等厚，分布是無限的，隔水層頂、底板是水平的；（6）水井為完整井。降水工程設(shè)計—基坑涌水量計算.Dupuit假設(shè)（1）地下水流向水井處于穩(wěn)定流動狀態(tài)；降水工60完整潛水井取不透水層頂面為x軸，井軸為y軸，則降落漏斗任意橫剖面的面積表達(dá)式為：在該剖面上的水頭梯度為：由達(dá)西公式即可得出裘布依微分方程：Q—井的涌水量；k—滲透系數(shù).完整潛水井在該剖面上的水頭梯度為：由達(dá)西公式即可得出裘布依微61將（a）式代入可得：積分得：當(dāng)x=R時，y=H，其中R為影響半徑，H為潛水層厚度，可求得：代入（b）式，經(jīng)整理得：.將（a）式代入可得：積分得：當(dāng)x=R時，y=H，其中R為影響62當(dāng)x=r時，y=h（r為水井半徑，h為井內(nèi)水位距不透水層距離）。令水位降低值S=H-h，則得：.當(dāng)x=r時，y=h（r為水井半徑，h為井內(nèi)水位距不透水層距離63完整承壓井取井底不透水層頂面為x軸，井軸為y軸，可得出流向井的水流任意圓柱剖面的斷面面積A的表達(dá)式為：.完整承壓井.64在該剖面上的水頭梯度為：由達(dá)西公式即可得出裘布依微分方程：積分后得：當(dāng)x=R時（R為影響半徑），y=H，代入上式整理得：.在該剖面上的水頭梯度為：由達(dá)西公式即可得出裘布依微分方程：積65將式中的自然對數(shù)以常用對數(shù)代替，則：當(dāng)x=r（r為井的半徑），y=h，令水位降低值S=H-h，則得：.將式中的自然對數(shù)以常用對數(shù)代替，則：當(dāng)x=r（r為井的半徑）66群井涌水量計算各井點在基坑周圍同時抽水時，各單井的水位降落漏斗相互干擾，為此要考慮群井的相互作用，其總涌水量不等于各個單井涌水量之和。1A2345x2x1x3x5x4第一個單井的水位降落漏斗方程：第i個單井的水位降落漏斗方程：.群井涌水量計算各井點在基坑周圍同時抽水時，各單井的水位降落漏67同時抽水假定各單井的半徑相等，涌水量相近似；.同時抽水假定各單井的半徑相等，涌水量相近似；.68基坑涌水量計算1.均質(zhì)含水層潛水完整井3.均質(zhì)含水層潛水非完整井2.均質(zhì)含水層承壓水完整井5.承壓水—潛水完整井4.均質(zhì)含水層承壓水非完整井.基坑涌水量計算1.均質(zhì)含水層潛水完整井3.均質(zhì)含水層潛水非完69降水工程設(shè)計—基坑涌水量計算基坑等效半徑降水影響半徑潛水層承壓水層.降水工程設(shè)計—基坑涌水量計算基坑等效半徑降水影響半徑.70降水工程設(shè)計—單井涌水量計算輕型井點出水能力規(guī)范推薦值：1.5～2.5m3/h計算公式：—單井出水能力（m3/h）—濾管直徑（m）—濾管長度（m）—滲透系數(shù)（m/d）.降水工程設(shè)計—單井涌水量計算輕型井點出水能力—單井出水能力（71降水工程設(shè)計—井距、井?dāng)?shù)、井深井?dāng)?shù)井距.降水工程設(shè)計—井距、井?dāng)?shù)、井深井?dāng)?shù).72降水工程設(shè)計—井距、井?dāng)?shù)、井深S——基坑水位降深，m；

h1——地下水位至集水總管的距離，m；i——水力梯度，一般可取0.1；l1——管井中心至基坑中心的距離l1=r0；m；l2——濾管長度，m，通常取1.2~1.5m。.降水工程設(shè)計—井距、井?dāng)?shù)、井深S——基坑水位降深，m；.73降水工程設(shè)計—降低水位預(yù)測潛水完整井穩(wěn)定流承壓完整井穩(wěn)定流—含水層厚度（m）—各井距基坑中心的距離（m）.降水工程設(shè)計—降低水位預(yù)測潛水完整井穩(wěn)定流—含水層厚度（m）74第五節(jié)降水施工井點成孔方法：射水法、鉆孔法、沖擊法洗井：壓水、壓氣管井成孔：正反循環(huán)、沖擊法洗井：抽水法、氣舉法.第五節(jié)降水施工井點.75第五節(jié)降水施工.第五節(jié)降水施工.76第五節(jié)降水施工.第五節(jié)降水施工.77第五節(jié)降水施工.第五節(jié)降水施工.78第六節(jié)工程降水對環(huán)境影響及其防范措施分層總和法簡易算法—地面最終沉降量—各土層壓縮系數(shù)—各土層起始孔隙比—降水產(chǎn)生附加壓力—土層厚度—降水產(chǎn)生自重附加壓力—降水深度—各降水范圍土層壓縮模量—水的重度.第六節(jié)工程降水對環(huán)境影響及其防范措施分層總和法—地面最終79回灌系統(tǒng)布置.回灌系統(tǒng)布置.80回灌井點水位圖.回灌井點水位圖.81例題【2011年下午23題】某基坑開挖深度10m，地面以下2m為人工填土，填土以下18m厚為中、細(xì)砂，含水層平均滲透系數(shù)k=1.0m/d；砂層以下為黏土層，地下水位在地表以下2m。已知基坑的等效半徑r0=10m，降水影響半徑R=76m，要求地下水位降到基坑地面以下0.5m，井點深為20m，基坑遠(yuǎn)離邊界，不考慮周邊水體的影響。計算該基坑降水的涌水量.例題【2011年下午23題】某基坑開挖深度10m，地面以下282該基坑降水屬于潛水完整井：Sd=10+0.5-2=8.5m，H=18m，R=76m，r0=10m，k=1.0m/d;涌水量：.該基坑降水屬于潛水完整井：.