基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院趙志峰擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

第二部分基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑開挖施工中降水的作用為：防止基坑坡面和基底的滲水，保持坑底干燥，方便施工增加邊坡和坑底的穩(wěn)定性，防止邊坡上或基底的土層顆粒流失。減少土體含水量，有效提高土體物理力學(xué)指標(biāo)提高土體固結(jié)程度，增加地基抗剪強(qiáng)度防止基坑的隆起和破壞基坑控制地下水位的方法基坑控制地下 水位的方法隔離地下水基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

重力式降水

降低地下水位

強(qiáng)制式降水水泥土攪拌樁 地下連續(xù)墻 化學(xué)灌漿

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程ShRH原地下水位

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)水井理論與水井涌水量計(jì)算

水井的分類

2r降低后水面不透水層

潛水完整井S原地下水位

R不透水層

潛水非完整井

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程不透水層2rH l含水層不透水層

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)水井的分類R承壓完整井M

R

不透水層

2rS

含水層 不透水層承壓非完整井

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程水井理論的基本假設(shè)井點(diǎn)系統(tǒng)的理論計(jì)算，是以法國水力學(xué)家裘布依1857年提出的水井理論為基礎(chǔ)，該水井的基本假定是：?含水層為均質(zhì)和各向同性；?水流為層流；?流動(dòng)條件為穩(wěn)定流；?水井出水量不隨時(shí)間變化?；咏邓c基坑監(jiān)測(cè)水井涌水量完整潛水井當(dāng)在完整潛水井內(nèi)抽水時(shí)，周圍潛水流向水位降低之處。經(jīng)過一段時(shí)間抽水后，井周圍原有水面就由水平面變成彎曲液面，成為向井傾斜的水位降落漏斗。當(dāng)含水層為均質(zhì)土層，原地下水位為水平時(shí)，其水位降落漏斗為規(guī)則的旋轉(zhuǎn)面，其軸線與水井軸線重合。

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程流線Q=Fv=Fki=FkQ=2πxyky2=lnx+cy2?y1=(lnx21)=?lnxπkπkx1基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)RH2r

y1x1

yx x2y2

S

l

不透水層流線等勢(shì)線

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程取鉛直的圓柱面作為水流斷面，其面積為：F=2πxydydx該斷面上的水力坡度為：

i=dy/dx裘布依微分方程：

dy dx積分后得：Q

πk對(duì)任意兩點(diǎn)：2QQx

ln2y?y=(lnx21)=?lnxQQx2πkπkx1流線H2?l2=πkrQ=πk=1.366k基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)RH2r

y1x1

yx x2y2

S

l

不透水層流線2221ln若欲求一個(gè)水井的涌水量，可將水井作用范圍最遠(yuǎn)處點(diǎn)的坐標(biāo)作為x2、y2，即取x2=R，y2=H，再將最近點(diǎn)處的坐標(biāo)作為x1、y1，即x1=r，y1=l，則：

QR

ln

H2?l2

即：

R

ln

r

將l=H-S代入，并用常用對(duì)數(shù)代替自然 對(duì)數(shù)：H2?l2(2H?S)S RR

lglg

rr

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

Q=1.366k等勢(shì)線基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑涌水量的計(jì)算根據(jù)水井理論可求得單井的涌水量，但是基坑周圍往往布置多個(gè)井點(diǎn)，使得各個(gè)單井的水位降落漏斗互相干擾，應(yīng)考慮群井的相互作用?；佑克康挠?jì)算，可把由各井點(diǎn)組成的群井系統(tǒng)，視為一口大的單井，設(shè)該井為圓形，可推導(dǎo)出潛水完整井群井的涌水量計(jì)算公式。擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)基坑涌水量的計(jì)算基坑等效圓井R’Rr0Q=1.366k(2H?S)SlgR′?lgr0r0—由井點(diǎn)管圍成的基坑

等效半徑

R′—群井降水影響半徑，

=R+r0

R—單井降水影響 半徑

SH

l’基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程Q=1.366k(2H?S)SlgR′?lgr0基坑涌水量的計(jì)算幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)1.滲透系數(shù)的確定

滲入系數(shù)的確定可通過室內(nèi)試驗(yàn)或室外現(xiàn)場(chǎng)滲入試驗(yàn)求得。一般 勘察報(bào)告提供的滲透系數(shù)多半是室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果，可作為計(jì)算依 據(jù)。如無試驗(yàn)資料，可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。2.降水影響半徑R

降落曲線穩(wěn)定后的半徑即為降水影響半徑R。計(jì)算降水影響半徑R

的應(yīng)用公式很多，一般當(dāng)基坑安全等級(jí)為二、三級(jí)時(shí)，可采用下 式計(jì)算：（1）潛水含水層（2）承壓含水層R=2SkH R=10Sk

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)2.降水影響半徑R

降水影響半徑R也可通過現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。通過抽水試驗(yàn)測(cè) 得Q與S的數(shù)值，可反求出R值。Q=1.366k(2H?S)S

lgR?lgr(2H?S)S QlgR=1.366k+lgr3.基坑的等效半徑r0

對(duì)于圓形基坑，基坑等效半徑即為井點(diǎn)系統(tǒng)的半徑。當(dāng)基坑的平 面形狀不是圓形時(shí)，其等效半徑可按規(guī)程進(jìn)行試算： （1）矩形基坑等效半徑

r0=0.29(a+b)

（2）不規(guī)則塊狀基坑等效半徑

r0=A/π

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程S=H?H???lgR?nlg(r12r??rn)???lgR?nlg(r12r??rn)?2?1

Q1.366k′??

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

降水水位預(yù)測(cè)

管井降水水位預(yù)測(cè)可按以下公式進(jìn)行計(jì)算：1.面狀基坑—潛水完整井2.面狀基坑—承壓水完整井S=0.366Q?1

Mk′??H——潛水含水層厚度；M——承壓含水層厚度；ri——r1、r2……rn降水井至任意計(jì)算點(diǎn)的距離

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程降水方法及其選用重力式降水排水溝及集水井屬重力式降水，是普遍應(yīng)用的一種人工降低地下水位、排除明水、保障施工的方法。它具有施工方便、設(shè)備簡(jiǎn)單，并可應(yīng)用于除細(xì)砂外各種土質(zhì)的施工場(chǎng)合。集水明排法集水明排法是在基坑開挖過程及基礎(chǔ)施工中，在基坑四周開挖集水溝匯集坑壁及坑底滲水，并引向集水井。

當(dāng)基坑深度不大，降水深度小于5m，地基土為粘性土、粉土、砂土等，地下水為水量不大的潛水時(shí)，可考慮集水明排。集水井排水溝

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑外緣

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)集水明排法

在坑底四周距擬建建筑物基礎(chǔ)0.4m以外設(shè)排水溝，排水溝比挖土面低

0.3-0.4m。在基坑四角或每隔30-40m設(shè)一個(gè)集水井，集水井底面比溝底 面低0.5m。設(shè)計(jì)排水量應(yīng)大于基坑總涌水量1.5倍。抽水設(shè)備可以是離心 泵和潛水泵。 在開挖基坑周圍設(shè)置排 水溝，每隔30-40m設(shè)置一集 水井，使地下水匯集于集水 溝內(nèi)，再用水泵將水排出基坑外。 排水溝應(yīng)設(shè)置反濾層，以防流土和管涌的發(fā)生。集水井四周應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單支護(hù)，斷面不小于80cm×80cm。基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程降水方法及其選用強(qiáng)制式降水通過對(duì)地下水施加作用力來促使地下水的排出，從而達(dá)到降低地下水位的作用。井點(diǎn)降水法

井點(diǎn)降水法主要是將帶有濾管的降水工具埋設(shè)到基坑四周的土中，利用抽水工具，在不擾動(dòng)土結(jié)構(gòu)的條件下，將地下水抽出。按工作原理不同，可分為輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)等?；咏邓c基坑監(jiān)測(cè)

輕型井點(diǎn)系統(tǒng)由濾管、集水總管、連接管和抽水設(shè)備組成。抽水時(shí)，先打開真空泵抽出管路中的空氣，使之形成真空，這時(shí)地下水和土中空氣在真空吸力作用下被吸入集水箱，空氣經(jīng)真空泵排出；當(dāng)集水點(diǎn)管存水較多時(shí)，開動(dòng)離心泵抽水。輕型井點(diǎn)1723568

41—集水總管；2—連接管；3—井點(diǎn)管；4—濾管；5—水泵房；6—基坑；7—原地下水位；8—降后的水位

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程1—井點(diǎn)管；2—濾管；3—進(jìn)水總管；4—排水總管；5—高壓離心泵；6—循環(huán)水池；7—低壓離心泵

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

噴射井點(diǎn)

噴射井點(diǎn)的管路布置與輕型井點(diǎn)的相同，但其井點(diǎn)管分為內(nèi)管和外管，下端裝有噴嘴。用高壓水泵將高壓水自上向下經(jīng)噴嘴進(jìn)入內(nèi)管，由于噴嘴斷面突然縮小，水流速度加快，從而產(chǎn)生負(fù)壓，并卷吸地下水同工作水一起沿內(nèi)管上升，排出坑外。 噴射井點(diǎn)能量消耗大，工作效率一般只有30%，且設(shè)計(jì)復(fù)雜，噴嘴等設(shè)備需要經(jīng)常檢查和調(diào)換。

1—外管；

2—內(nèi)管；

3—噴射器；

4—擴(kuò)散管；

13—逆止球閥；

14—逆止閥座噴射井點(diǎn)管構(gòu)造

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

噴射井點(diǎn)

用噴射井點(diǎn)降水，為防止產(chǎn)生工作水反灌現(xiàn)象，在濾管下端最好增設(shè)逆止球閥。 噴射井點(diǎn)用作深層降水，應(yīng)用在粉土、細(xì)砂和粉砂中較為合適。在較粗的砂粒中，由于出水量較大，循環(huán)水流不經(jīng)濟(jì)，此時(shí)宜采用深井泵。一般一級(jí)噴射井點(diǎn)可減低地下水位8-20m。井點(diǎn)管本身作為陰極，用金屬管作為陽極，埋在井點(diǎn)管內(nèi)側(cè)，間距0.8m-1m。陰極與陽極數(shù)量應(yīng)相等，分別接在直流發(fā)電機(jī)的相應(yīng)電極上?；咏邓c基坑監(jiān)測(cè)

電滲井點(diǎn)

電滲井點(diǎn)其原理是利用231基坑21

1—井點(diǎn)管；2—金屬棒；3—地下水降落曲線

通入直流電后，帶有負(fù)電荷的土粒向陽極移動(dòng)，而帶有正電荷的水向陰極方向移動(dòng)集中，使地下水從內(nèi)向外流入井點(diǎn)管（電滲），從井點(diǎn)管連續(xù)抽水，地下水位就逐漸下降。

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程黏性土、淤泥、淤泥質(zhì)土。此時(shí)一般單純利用井點(diǎn)系統(tǒng)的真空產(chǎn)生的抽吸作用較難將水從土體中排出，利用粘土的電滲現(xiàn)象，一方面可以加速土體固結(jié)，另一方面也可以達(dá)到較好的降水效果。

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

電滲井點(diǎn)

電滲井點(diǎn)降水適宜于滲透系數(shù)很小(<0.1m/d)的飽和1—井點(diǎn)管；2—金屬棒；3—地下水降落曲線

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程231基坑21擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

管井井點(diǎn)

沿基坑外圍每隔一定距離設(shè)置一個(gè)井點(diǎn)，每眼井單獨(dú)用一臺(tái)水泵不斷抽水而使地下水位降低。管井井點(diǎn)的吸水管采用直徑為50-100mm的橡膠管或鋼管，其下端沉入管井抽水時(shí)的最低水位以下。管井間距為10-50m，其降水深度一般大于5m。

1—水泵；2—管身；3—濾網(wǎng)；

4—濾料；5—吸水管；6—鋼筋骨架；7—沉砂管；8—降落水位線基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)沿基坑外圍每隔一定距離設(shè)置一個(gè)井點(diǎn)，每眼井單獨(dú)用一臺(tái)水泵不斷抽水而使地下水位降低。水泵放在井管中，依靠水泵的揚(yáng)程把深處的地下水送到地面上，因此降低水位可達(dá)30-40m或更深些。深井井點(diǎn)1—濾井；2—濾水管；3—電動(dòng)機(jī)；4—傳動(dòng)軸；5—揚(yáng)水管；6—立式多級(jí)離心泵；7—吸水管；8—濾管頭

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程真空深井降水降水方法適用條件集水井碎石土、粗粒砂、滲水量不大的土，開挖深度較淺輕型井點(diǎn)粉砂、粘質(zhì)粉土，滲透系數(shù)為0.1-5m/d、地下水位較高，一級(jí)輕型井點(diǎn)降水深度3-6m噴射井點(diǎn)滲透系數(shù)為0.1-50m/d的砂土，基坑開挖深度大于6m，降水深度可達(dá)20m電滲井點(diǎn)飽和粘性土，尤其是淤泥和淤泥質(zhì)土，滲透系數(shù)小于0.1m/d管井井點(diǎn)含水層土顆粒較粗的粗砂卵石層，滲透系數(shù)較大，降水深度大于5m深井井點(diǎn)滲透系數(shù)較大，含水層水量豐富的土層，降水深度大于15m基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程降水方法適用條件

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)降水對(duì)周圍環(huán)境的影響及防范措施井點(diǎn)降水影響范圍

降水對(duì)周圍環(huán)境的影響范圍即降水漏斗曲線的平面內(nèi)半徑，也就 是井點(diǎn)抽水的影響半徑。（1）潛水含水層（2）承壓含水層R=2SkH R=10Sk由于土層一般成層分布，縱橫向滲透系數(shù)差別較大，影響范圍受土層的影響顯著。因此對(duì)重要工程應(yīng)先進(jìn)行抽水試驗(yàn)來確定影響半徑。

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程s=∑s=Es1?2

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)降水造成的地面沉降

在井點(diǎn)降水無大量細(xì)顆粒隨地下水被帶走的情況下，周圍地面所 產(chǎn)生的沉降量可用分層總和法進(jìn)行計(jì)算：

ni=1ΔpiΔhi

ai(1?2)1+e0i各土層的厚度

在降水期間，降水面下的土層通常 不會(huì)產(chǎn)生較明顯的固結(jié)沉降。所以 通常降水所引起的沉降主要以降水 面至原地下水位面之間的土層為主。此時(shí)可用簡(jiǎn)易方法ΔpΔh估算沉降量

各土層因降水產(chǎn)生 的附加應(yīng)力 降水深度，為降水面和 原水面的深度差降水產(chǎn)生的自重附加應(yīng)力

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程防范井點(diǎn)降水不利影響的措施在降水前認(rèn)真做好對(duì)周圍環(huán)境的調(diào)研工作合理使用井點(diǎn)降水，盡可能減少對(duì)周圍環(huán)境的影響?防范抽水帶走土層中的細(xì)顆粒。?適當(dāng)放緩降水漏斗線的坡度。?井點(diǎn)應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量避免間歇和反復(fù)抽水。?防范開挖基坑時(shí)，基底以下承壓水形成流砂，致使坑周產(chǎn)生大量地面沉陷。?對(duì)不適宜采用井點(diǎn)降水的土層，不要盲目使用井點(diǎn)降水。?如果降水場(chǎng)地周圍有湖、河等導(dǎo)、貯水體時(shí)，應(yīng)考慮在井點(diǎn)與貯水體間設(shè)置擋水帷幕，以防范井點(diǎn)與貯水體貫通。

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)防范井點(diǎn)降水不利影響的措施

降水場(chǎng)地外側(cè)設(shè)置擋土帷幕，減小降水影響范圍截水基礎(chǔ)樁水平防滲懸掛式豎 向防滲除了在基坑外圍采用封堵、導(dǎo)流等措施控制地下水外，還可采用垂直防滲和坑底水平防滲措施以防止地下水涌入基坑或引起地基土滲透變形。 用于基坑工程的垂直防滲措施主要包括各類防滲墻和灌漿帷幕。防滲墻和灌漿帷幕一般應(yīng)插入下臥的相對(duì)不透水巖層一定深度，但當(dāng)透水層厚度較大時(shí)，可以采用懸掛式垂直防滲和坑內(nèi)水平防滲相結(jié)合的方案。

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程回灌范圍內(nèi)的地基土?xí)驗(yàn)橛行?yīng)力增加而沉降，導(dǎo)致建筑物或地下設(shè)施、管線等受到損害。這時(shí)除了隔基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)

降水場(chǎng)地外緣設(shè)置回灌水系統(tǒng)

基坑降水時(shí)，在周圍會(huì)形成降水漏斗，在降水漏斗

水之外，還應(yīng)采取回灌措施減少降水的不利影響?；毓嗑c(diǎn)就是在降水井點(diǎn)和要保護(hù)的地區(qū)之間打一排回灌井點(diǎn)，在利用降水井點(diǎn)降水的同時(shí)，用回灌井點(diǎn)向土層內(nèi)貫入一定數(shù)量的水，從而減少降水區(qū)域外的地下水流失。采用回灌技術(shù)時(shí)，要防止降水和回灌兩井相通，因此一般回灌井與降水井相距不小于6m?；毓嗨擞们逅毓嗨靠赏ㄟ^水位觀測(cè)孔進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑工程的監(jiān)測(cè)與控制

1.基坑工程監(jiān)測(cè)的作用

根據(jù)開挖過程中的監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)獲得巖土體的變形等信息，及時(shí)將監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)和施工方，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，并判斷現(xiàn)有施工方案的合理性。可以比較客觀的反映基坑土體、擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近建筑物與地下管線當(dāng)前所處的狀態(tài)。通過反分析方法計(jì)算和修正巖土力學(xué)參數(shù)，對(duì)后續(xù)的開挖方案與開挖步驟提出建議。對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情進(jìn)行及時(shí)的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)，防患于未然，確保工程安全。

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)2.基坑工程監(jiān)測(cè)對(duì)象與內(nèi)容

擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)和邊坡土體的豎向和側(cè)向位移基坑周圍地表的沉降和裂縫基坑底部回彈和隆起擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的裂縫

基坑平面和高程監(jiān)控點(diǎn) 巖土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形支護(hù)結(jié)構(gòu)和邊坡土體的應(yīng)力

鄰近建筑物與地下管線的變形基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響

振動(dòng)、噪音等對(duì)環(huán)境的影響地下水動(dòng)態(tài)地下水位的變化支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外孔隙水壓力抽排水量的測(cè)量

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)坑底隆起變形

坑外深層 土體變形 孔隙水壓力擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

坑外深層 土體變形降水漏斗曲線

基坑開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下將發(fā)生變形 由于基坑施工時(shí)必須降水，所以將造成降水漏斗曲線 為防止基坑失穩(wěn)，經(jīng)常在基坑內(nèi)設(shè)置支撐承受軸力周邊土體沉降 臨時(shí)立柱沉降監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的 水平變形坑外和坑內(nèi)水位 監(jiān)測(cè)軸力變化 周邊土體沉降

基坑側(cè)壁安全等級(jí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一級(jí)二級(jí)三級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移應(yīng)測(cè)應(yīng)測(cè)應(yīng)測(cè)周圍建筑物、地下管線變形應(yīng)測(cè)應(yīng)測(cè)宜測(cè)地下水位應(yīng)測(cè)宜測(cè)宜測(cè)樁、墻內(nèi)力應(yīng)測(cè)宜測(cè)可測(cè)錨桿拉力應(yīng)測(cè)宜測(cè)可測(cè)支撐軸力應(yīng)測(cè)宜測(cè)可測(cè)立柱變形應(yīng)測(cè)宜測(cè)可測(cè)土體分層豎向位移應(yīng)測(cè)宜測(cè)可測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)界面上側(cè)向壓力應(yīng)測(cè)可測(cè)可測(cè)基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程基坑工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表可靠性原則

基坑降水與基坑監(jiān)測(cè)3.基坑工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

在監(jiān)