深基坑工程——基坑降水设计

1、第十章 基坑降水设计 1 主 要 内 容 u 第一节 概述 u 第二节 地下水的不良作用及防范 措施 u 第三节 降低地下水的方法 u 第四节 降水设计计算 u 第五节 降水施工 u 第六节 降水对环境影响及其防范 措施 u 第七节 工程实例 2 3 第一节第一节 概述概述 p 保证地下结构的安全施工（干槽作业）保证地下结构的安全施工（干槽作业） p 防止工程事故：流砂、管涌、坑底失稳防止工程事故：流砂、管涌、坑底失稳 p 提高边坡的稳定性提高边坡的稳定性 p 减少板桩和支撑的压力减少板桩和支撑的压力 p 改善基坑和填土的砂土特性改善基坑和填土的砂土特性 p 工程降水不当引起的工程事故的比例很

2、大工程降水不当引起的工程事故的比例很大 基坑降水的目的及意义基坑降水的目的及意义 4 基坑渗透力基坑渗透力 5 降水加固原理降水加固原理 6 有关降水的基本概念有关降水的基本概念 渗透力渗透力 渗透力与水力坡度成正比渗透力与水力坡度成正比 当当 时，产生流砂现象时，产生流砂现象 ww L h ij w i 7 有关降水的基本概念有关降水的基本概念 l渗透系数渗透系数 渗透系数是水力坡度等于渗透系数是水力坡度等于1 1时的渗流速度时的渗流速度 渗透系数单位：渗透系数单位：m/sm/s、m/dm/d 渗透系数大小与土的形成条件、颗粒级配、结构有关渗透系数大小与土的形成条件、颗粒级配、结构有关 渗透

3、系数的取值对降水工程设计具有重要意义渗透系数的取值对降水工程设计具有重要意义 kiv 8 土层渗透系数参考值土层渗透系数参考值 9 10 第二节第二节 地下水的不良作用与防范措施地下水的不良作用与防范措施 地下水的不良作用与防范措施地下水的不良作用与防范措施 不良作用不良作用 潜蚀潜蚀 流砂流砂 管涌管涌 基坑突涌基坑突涌 11 潜蚀潜蚀 分类分类 机械潜蚀：动水作用下，土粒受到冲刷、冲走，导致土体结构机械潜蚀：动水作用下，土粒受到冲刷、冲走，导致土体结构 破坏破坏 化学潜蚀：水的溶解作用导致土颗粒之间胶结作用的破坏，结化学潜蚀：水的溶解作用导致土颗粒之间胶结作用的破坏，结 合力减弱合力减弱

4、产生的条件产生的条件适宜土层和足够的水动力条件适宜土层和足够的水动力条件 土层的不均匀系数（土层的不均匀系数（d d60 60/d /d10 10） ）愈大，愈易产生潜蚀；当愈大，愈易产生潜蚀；当d d60 60/d /d10 10 大于大于1010时，易产生潜蚀时，易产生潜蚀 两种相互接触的土层，当二者的渗透系数之比两种相互接触的土层，当二者的渗透系数之比k k1 1/k/k2 2大于大于2 2时，时， 易产生潜蚀易产生潜蚀 当渗流水流的水力坡度大于当渗流水流的水力坡度大于5 5时，水呈紊流，易产生潜蚀时，水呈紊流，易产生潜蚀. . 12 潜蚀潜蚀 l潜蚀的预防措施潜蚀的预防措施 加固土体加

5、固土体 人工降低地下水的水力坡度人工降低地下水的水力坡度 设置反滤层设置反滤层 13 反滤层构造反滤层构造 14 l定义定义 指土的松散颗粒被地下水饱和后，在渗透力即水头差的作用下，产生指土的松散颗粒被地下水饱和后，在渗透力即水头差的作用下，产生 的悬浮流动现象的悬浮流动现象 l发生地层发生地层 粉细砂地层粉细砂地层 l工程意义工程意义 突发性、工程危害大突发性、工程危害大 流砂流砂 15 用抽水机在基坑 底明排水 粉细沙随地下水流 入基坑，产生流沙 在基坑开挖和地下结构施工中，必须防止流沙，在基坑开挖和地下结构施工中，必须防止流沙， 以免支护失效发生重大基坑坍塌事故。以免支护失效发生重大基坑

6、坍塌事故。 16 上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地 下水充沛，基坑土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成下水充沛，基坑土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成 支护结构失效坍塌事故。支护结构失效坍塌事故。 基坑支护结构 外侧因泥沙随水渗 流进入基坑，造成 局部沉陷坍塌事故 17 l流砂的形成原因流砂的形成原因 水力坡度大，流速大冲动细颗粒使之悬浮水力坡度大，流速大冲动细颗粒使之悬浮 饱和时胶体颗粒吸水膨胀，土颗粒密度下降，能悬浮流动饱和时胶体颗粒吸水膨胀，土颗粒密度下降，能悬浮流动 砂土在振动作用下结构破坏，体积缩小，土颗粒悬浮于水

7、而流动砂土在振动作用下结构破坏，体积缩小，土颗粒悬浮于水而流动 l流砂形成的条件流砂形成的条件 水力坡度大，渗透力超过土颗粒重量使之悬浮时，达到临界水力坡度水力坡度大，渗透力超过土颗粒重量使之悬浮时，达到临界水力坡度 流砂流砂 18 砂土孔隙度大砂土孔隙度大 砂土渗透系数愈小排水性能差，愈易形成流砂砂土渗透系数愈小排水性能差，愈易形成流砂 砂土中含有较多的片状矿物，易形成流砂砂土中含有较多的片状矿物，易形成流砂 l流砂的防止措施流砂的防止措施 人工降低地下水位人工降低地下水位 采用地下连续墙截水采用地下连续墙截水 设置帷幕设置帷幕 水下开挖水下开挖 其他方法：冻结法、化学加固等其他方法：冻结法

8、、化学加固等 流砂流砂 19 井点降水防止流砂井点降水防止流砂 20 l定义定义 指疏松的砂土层时，地基土在具有一定渗透速度（水力坡度）的水流指疏松的砂土层时，地基土在具有一定渗透速度（水力坡度）的水流 作用，其细小颗粒被冲走，土中孔隙逐渐增大，形成细管状渗流通道，作用，其细小颗粒被冲走，土中孔隙逐渐增大，形成细管状渗流通道， 从而掏空地基或坝体，使之变形、失稳，此现象为管涌。从而掏空地基或坝体，使之变形、失稳，此现象为管涌。 l产生条件产生条件 n土中粗、细颗粒粒径比土中粗、细颗粒粒径比D/dD/d大于大于1010 n土的不均匀系数土的不均匀系数d d60 60/d /d10 10大于 大于

9、1010 n两种相互接触土层渗透系数比两种相互接触土层渗透系数比k k1 1/k/k2 2大于大于2 2 n渗透的水力坡度大于临界水力坡度渗透的水力坡度大于临界水力坡度 管涌管涌 21 管涌破坏示意图管涌破坏示意图 l管涌的防治措施管涌的防治措施 增加支护桩的入土深度，使渗流路线增加增加支护桩的入土深度，使渗流路线增加 人工降低地下水位，改变地下水的渗流方向人工降低地下水位，改变地下水的渗流方向 22 23 水库副坝产生管涌 l突涌形式突涌形式 基底顶裂，出现网状或树枝状裂缝，地下水涌入，带出下部土颗粒基底顶裂，出现网状或树枝状裂缝，地下水涌入，带出下部土颗粒 基底发生流砂现象，边坡失稳，地基

10、悬浮流动基底发生流砂现象，边坡失稳，地基悬浮流动 基底发生类似于基底发生类似于“沸腾沸腾”的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动 突涌产生条件与防治措施突涌产生条件与防治措施 承压水层顶板厚度：承压水层顶板厚度： 减压井减压井 基坑突涌基坑突涌 hH w l含义含义 当基坑开挖，基底有承压水，承压水顶板厚度小时，水头压力能顶穿当基坑开挖，基底有承压水，承压水顶板厚度小时，水头压力能顶穿 基坑底板的现象，称为基坑突涌基坑底板的现象，称为基坑突涌 24 基坑突涌基坑突涌 25 26 第三节第三节 降低地下水的方法降低地下水的方法 降水方法的分类降水方法的分类 明排法明

11、排法 井点法井点法 轻型井点轻型井点 喷射井点喷射井点 电渗井点电渗井点 27 引渗法引渗法 管井法管井法 大口井法大口井法 辐射井法辐射井法 降水技术的发展降水技术的发展 降水技术有一百多年的历史降水技术有一百多年的历史 最早采用明排或竖井降水最早采用明排或竖井降水 18961896年，柏林地铁施工第一次用深井降水年，柏林地铁施工第一次用深井降水 1925192519301930年，真空泵井点年，真空泵井点 19391939年，德国在年，德国在Salzg-itterSalzg-itter铁路一段长距离挖方铁路一段长距离挖方 中采用电渗稳定边坡中采用电渗稳定边坡 19501950年以来：多级井

12、点、喷射井点、辐射井点年以来：多级井点、喷射井点、辐射井点 28 井点类型及适用范围 井点类型渗透系数降水深度 最大井距主要原理 单级轻型井点 0.120 m/d 36 m 1.62 m 地上真空泵或喷 射嘴真空吸水 多级轻型井点 620 喷射井点 0.12082023m 地下喷射嘴真空吸水 电渗井点 0.156 极距1m 钢筋阳极加速渗流 管井井点 20200352050 单井真空泵、离心泵 深管井井点 1025025303050 单井潜水泵排水 水平辐射井点大面积降水平管引水至大口井排出 引渗井点 不透水层下有渗存水层打穿不透水层，引至下一存水层 29 降水方法降水方法明排法明排法 原理原

13、理 30 降水方法降水方法明排法明排法 l适用条件适用条件 l不易产生流砂、流土、管涌和塌陷等现象的粘性土、砂土和碎石土不易产生流砂、流土、管涌和塌陷等现象的粘性土、砂土和碎石土 l基坑地下水位超过基础底板标高不大于基坑地下水位超过基础底板标高不大于2.0m l渗透系数小于渗透系数小于0.5m/d，降水深度小于降水深度小于2.0m l单独使用或联合使用单独使用或联合使用 31 降水方法降水方法明排法明排法 l排水沟和集水井的设置排水沟和集水井的设置 l布置在距拟建建筑物基础边净距布置在距拟建建筑物基础边净距0.4m以外，排水沟离开坡脚不小于以外，排水沟离开坡脚不小于 0.3m，在基坑四角或每隔

14、在基坑四角或每隔3040m设置设置1个集水井（坑）个集水井（坑） l排水沟底面应比挖土面低排水沟底面应比挖土面低0.30.4m，集水井（坑）集水井（坑） 比沟底低比沟底低0.5m l沟、井截面根据排量确定：沟、井截面根据排量确定： l基础较深或地下水位较高时，应分层明排或导排法基础较深或地下水位较高时，应分层明排或导排法 32 1-排水明沟；2-集水井；3-离心式水泵； 4-设备基础或建筑物基础边线； 5-原地下水位线；6-降低后地下水位线 当基坑侧壁出现分层渗水时，可按不同高程设置导水管、导水沟等构成明排系统； 当基坑侧壁渗水量较大或不能分层明排时，宜采用导流降水方法。降水井的深度 应根据设

15、计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。 1-底层排水沟；2-底层集水井；3-二层排水沟； 4-二层集水井；5-水泵；6-原地下水位线；7-降低后地下水位线 基坑明排适用于土层比较密实，坑壁比较稳定（细 粒土边坡不易被渗流冲刷而产生塌方），基础埋深 较浅，降水深度不大，不易发生流砂、管涌的工程。 井点法降水根据井型的不同进行分类： 1.轻型井点 2.喷射井点 3.电渗井点 降水方法降水方法井点法降水井点法降水 36 降水方法降水方法轻型井点轻型井点 l原理原理 l适用条件适用条件 lk=0.120m/d l单级降深：小于单级降深：小于6m l二级降深：二级降深： 612m 37 在

16、地下水丰富地区，当土的渗透系数为在地下水丰富地区，当土的渗透系数为0.11m/d时，常采用时，常采用 轻型井点降水。轻型井点降水。 38 39 轻型井点全貌图轻型井点全貌图 40 二级轻型井点二级轻型井点 41 降水方法降水方法轻型井点轻型井点 l井点设置井点设置 l沿基坑周围布置，线状或封闭状，距边坡线不小于沿基坑周围布置，线状或封闭状，距边坡线不小于0.71.2m l井点间距井点间距0.82.40m l主要设备：主要设备： l井点管：直径井点管：直径38 55mm，长度长度5 7m，下端下端1 1.7m为滤管，孔眼为滤管，孔眼 直径直径12 18mm，包滤包滤 l连接管：胶皮管、钢管、塑料

17、管，直径连接管：胶皮管、钢管、塑料管，直径38 55mm 42 线状布置线状布置 43 封闭状布置封闭状布置 44 45 轻型井点降水一般适用于粉、细砂，粉土，粘质粉 土和粉质粘土等渗透系数较小（0.120m/d）的弱 含水层中降水，降水深度单层不大于6m，双层不大 于12m。 降水方法降水方法轻型井点轻型井点 l主要设备：主要设备： l集水管：直径集水管：直径100 127mm，分节连接，长度分节连接，长度5 m，法兰盘连接，每隔法兰盘连接，每隔0.8 1.6m设一连接井点设一连接井点 管的接头管的接头 l抽水设备：抽水设备： l真空泵真空泵 l射流泵射流泵 46 轻型井点降水系统构成 总管

18、 井点管 弯连管 47 真空泵 48 轻型井点降水 喷射混凝土坡面保护 49 滤管构造滤管构造 50 真空泵原理真空泵原理 51 射流泵原理射流泵原理 集水总管集水总管 射流器射流器 离心泵离心泵 压力表压力表 循循 环环 水水 箱箱 真空表真空表 52 53 喷射井点喷射井点 适用条件适用条件 土层渗透系数土层渗透系数K=0.1K=0.120m/d20m/d 降水深度大于降水深度大于6m6m，最大可达，最大可达20m20m 井点布置井点布置 基本同轻型井点基本同轻型井点 井距井距1.51.53m3m 成孔直径成孔直径400400600mm600mm 54 电渗井点电渗井点 原理原理 55 电

19、渗井点电渗井点 适用条件适用条件 饱和粘土，特别是淤泥、淤泥质粘土饱和粘土，特别是淤泥、淤泥质粘土 配合轻型井点和喷射井点配合轻型井点和喷射井点 渗透系数渗透系数K K小于小于0.1m/d0.1m/d 布置布置 同轻型井点和喷射井点同轻型井点和喷射井点 极距极距: :轻型井点轻型井点0.8-1.0m0.8-1.0m；喷射井点；喷射井点1.2-1.5m1.2-1.5m 间歇通电：间歇通电：24h24h停停2-3h2-3h 56 引渗井点引渗井点 适用条件适用条件 当含水层的下层水位低于上层水位，上层含水层当含水层的下层水位低于上层水位，上层含水层 的重力水可通过钻孔渗入到下部含水层，起混合的重力

20、水可通过钻孔渗入到下部含水层，起混合 水位满足降水要求时，可采用引渗自降水位满足降水要求时，可采用引渗自降 通过井孔抽水，使上层含水层的重力水通过井孔通过井孔抽水，使上层含水层的重力水通过井孔 引导渗入下部含水层，使其混合水位满足降水要引导渗入下部含水层，使其混合水位满足降水要 求时，可采用引渗抽降求时，可采用引渗抽降 当采用引渗井降水时，应注意防止有害水质污染当采用引渗井降水时，应注意防止有害水质污染 下部含水层下部含水层 57 引渗井点引渗井点 布置布置 引渗井点可布置在基坑内外引渗井点可布置在基坑内外 井距根据引渗实验确定，一般井距根据引渗实验确定，一般210m 引渗深度宜揭穿被渗层，当

21、深度大时，揭进厚度不小于引渗深度宜揭穿被渗层，当深度大时，揭进厚度不小于3m 井径井径400600mm 58 管井法管井法 适用范围适用范围 井点不易解决的含水层颗粒较粗的粗砂井点不易解决的含水层颗粒较粗的粗砂卵石层，卵石层， 渗透系数大、水量大，降深渗透系数大、水量大，降深8 820m20m，潜水或承压，潜水或承压 水水 含水层厚度大于含水层厚度大于5m5m 基岩裂隙和溶洞含水层，厚度可小于基岩裂隙和溶洞含水层，厚度可小于5m5m 渗透系数大于渗透系数大于1.0m/d1.0m/d 布置原则布置原则 基坑开挖上口线基坑开挖上口线1.0m1.0m外外 设置观测井设置观测井 井径井径6006008

22、00mm800mm，井管外径，井管外径400400600mm600mm 抽水设备为潜水泵抽水设备为潜水泵 59 管井井点构造管井井点构造 60 粘土 沉砂管 钢筋焊接管架 吸水管 滤网 小砾石 管身 吸水管 水泵 管井井点由两部分组成， 一是井壁管，一是滤水管。 井壁管可用直径200 350mm的铸铁管、无砂混 凝土管、塑料管。滤水管 可用钢筋焊接骨架，外包 滤网（孔眼为12mm）， 长23m（如图），也可 用铸铁管打孔，外缠镀锌 铅丝。 管井井点构造管井井点构造 61 粘土 沉砂管 钢筋焊接管架 吸水管 滤网 小砾石 管身 吸水管 水泵 降水井宜在基坑外缘采用 封闭式布置，井间距应大 于15

23、倍井管直径，在地 下水补给方向应适当加密； 当基坑面积较大、开挖较 深时，也可在基坑内设置 降水井。 管井井点构造管井井点构造 62 粘土 沉砂管 钢筋焊接管架 吸水管 滤网 小砾石 管身 吸水管 水泵 降水井的深度应根据设计 降水深度、含水层的埋藏 分布和降水井的出水能力 确定。设计降水深度在基 坑范围内不宜小于基坑底 面以下0.5m。 基坑放坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施基坑放坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施 工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开 挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。挖

24、和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。 大型基坑放坡 开挖，坡面喷混凝 土保护 管井井点降水 63 管井井点管 管井井点降水是一种常用的降水方法，适用在降水深度要求管井井点降水是一种常用的降水方法，适用在降水深度要求 大，土质的渗透系数在大，土质的渗透系数在20200m/d。 64 管井井点施工时，先用小型钻机钻孔或水冲成孔，插入井点管井井点施工时，先用小型钻机钻孔或水冲成孔，插入井点 管后，在管四周填入砂滤料，井内放入潜水泵。管后，在管四周填入砂滤料，井内放入潜水泵。 管井的井点管 井的四周填入 砂滤料 65 钢管深管井井点钢管深管井井点 井孔井孔 粘土封口粘土封口 50出水管出水管

25、 电缆电缆 砾石滤砾石滤水层水层 375钢井管钢井管 潜水电泵潜水电泵 滤水管滤水管 滤网滤网 导向段导向段 开孔底板开孔底板 中粗砂中粗砂 75总管总管 钢板井盖钢板井盖 50出水管出水管 无砂混凝土管深管井井点无砂混凝土管深管井井点 井孔井孔 潜水电泵潜水电泵 砾石滤水层砾石滤水层 沉砂管沉砂管 无砂混凝土滤无砂混凝土滤 水管水管 沉砂管沉砂管 粘土封口粘土封口 66 67-164 68 69 大口径井降水大口径井降水 适用条件适用条件 第四纪含水层，地下水补给丰富、渗透系数大的砂土和碎石土第四纪含水层，地下水补给丰富、渗透系数大的砂土和碎石土 地下水埋藏在地下水埋藏在15m15m以内，含

26、水层厚度大于以内，含水层厚度大于3m3m，施工条件允许可大于，施工条件允许可大于15m15m 布置布置 基坑外侧基坑外侧1.0m1.0m，特殊可布置在基坑内，特殊可布置在基坑内 配合其他降水配合其他降水 井径井径0.8m0.8m4.0m4.0m 70 大口径井构造大口径井构造 71 辐射井降水辐射井降水 适用条件适用条件 粘性土、砂土和碎石土粘性土、砂土和碎石土 降水范围大或地面施工困难降水范围大或地面施工困难 降水深度大于降水深度大于4m4m20m20m 布置布置 尽量使辐射井最大限度控制基坑降水范围尽量使辐射井最大限度控制基坑降水范围 含水层薄时，单层，每层含水层薄时，单层，每层6-86-

27、8根；否则多层根；否则多层 最下层辐射管应大于最下层辐射管应大于1.0m1.0m 辐射管长度宜为辐射管长度宜为202050m50m，直径，直径5050150mm150mm 72 73 第四节第四节 降水的设计计算降水的设计计算 有关降水的基本概念有关降水的基本概念 l地下水的种类地下水的种类 p 按埋藏条件分：上层滞水、潜水、层间水按埋藏条件分：上层滞水、潜水、层间水 p 上层滞水：局部性、多层、在潜水之上上层滞水：局部性、多层、在潜水之上 p 潜水：第一个连续分布隔水层上部的水，受雨水和地表水影响，潜水潜水：第一个连续分布隔水层上部的水，受雨水和地表水影响，潜水 层面标高即为水位标高层面标高

28、即为水位标高 p 层间水：埋藏于两个隔水层之间的水，包括层间水：埋藏于两个隔水层之间的水，包括承压水和非承压水承压水和非承压水 74 各种地下水的垂直分布各种地下水的垂直分布 75 降水的基本概念降水的基本概念 l降水井的类型降水井的类型 76 按照滤管与不透水层的关系： p完整井到不透水层 p非完整井未到不透水层 按照是否承压水层： p承压井 p无压井 潜水完整井潜水完整井 潜水非完整井潜水非完整井 承压完整井承压完整井 承压非完整井承压非完整井 水井的分类水井的分类 77 地下水向井的运动特征地下水向井的运动特征 (1)水位降深：从井中抽水时，井周围含水层中的地 下水向井中运动，井中和井附

29、近的水位降低。设某点 （x,y）的初始水头为H0(x,y,0)，抽水t时间后的水头 为H(x,y,t)，则该点的水头降低值为s，s= H0(x,y,0)- H(x,y,t),将 S称为水位降深，简称降深。 (2)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，离井越远，降深越小，抽水井 周围总体上形成的漏斗状水头下降区； (3)影响半径是从抽水井到实际观测不到水位降深处 的径向距离。 降水工程设计降水工程设计 降水设计的资料降水设计的资料 水文地质资料水文地质资料 含水层的性质、厚度、渗透系数、地下水补给条件、水流方向及水含水层的性质、厚度、渗透系数、地下水补给条件、水流方向

30、及水 力坡度、地下水埋藏深度、水位高度和动态水位变化资料、井的类型力坡度、地下水埋藏深度、水位高度和动态水位变化资料、井的类型 等等 建筑工程对降水的要求建筑工程对降水的要求 建筑平面布置、范围及周边建筑物分布和结构；基础埋深、设计要建筑平面布置、范围及周边建筑物分布和结构；基础埋深、设计要 求的水位降深；抽水引起土层压缩变形的允许范围和大小；支护形式求的水位降深；抽水引起土层压缩变形的允许范围和大小；支护形式 和开挖方式；相关工程经验资料和开挖方式；相关工程经验资料 79 降水工程设计降水工程设计 l降水设计的内容降水设计的内容 降水方法的选择降水方法的选择 基坑涌水量计算基坑涌水量计算 单

31、井涌水量计算单井涌水量计算 井距、井数和井深井距、井数和井深 井的布置井的布置 井身结构设计井身结构设计 成井工艺成井工艺 抽排水方案抽排水方案 沉降预测沉降预测 80 某基坑及井群平面布置图某基坑及井群平面布置图 81 降水工程设计降水工程设计降水方法选择降水方法选择 l降水方法选择应考虑的因素降水方法选择应考虑的因素 含水层渗透系数含水层渗透系数K、降深降深h、含水层厚度等含水层厚度等 降水目的含水层与相关含水层的水力关系降水目的含水层与相关含水层的水力关系 周边工程或地下构筑物、管线对降水的敏感性周边工程或地下构筑物、管线对降水的敏感性 降水面积降水面积 多种方法相结合多种方法相结合 支

32、护方案支护方案 82 常规降水方法适用条件常规降水方法适用条件 83 Dupuit假设 （1）地下水流向水井处于稳定流动状态； （2）地下水呈层流运动，运动规律遵循达西定律； （3）地下水为缓变流，可将空间流简化为平面流； （4）假定静水位是水平的，降落漏斗的供水边界是圆柱形； （5）含水层为均质等厚，分布是无限的，隔水层顶、底板是水平的； （6）水井为完整井。 降水工程设计降水工程设计基坑涌水量计算基坑涌水量计算 完整潜水井 取不透水层顶面为x轴， 井轴为y轴，则降落漏斗 任意横剖面的面积表达式 为： )(2ayxA 在该剖面上的水头梯度为： dx dy i 由达西公式即可得出裘布依微分方程

33、： dx dy kAAikQ Q井的涌水量；k渗透系数 dx dy kyxQ2 将（a）式代入可得： 积分得： )(ln 2 bCx k Q y 当x=R时，y=H，其中R为影响半径，H为潜水层厚度，可求得： 2 lnHkRQC 代入（b）式，经整理得： xR yH kQ lglg 366. 1 22 当x=r时，y=h（r为水井半径，h为井内水位距不透水层距离）。 令水位降低值S=H-h，则得： rR SSH kQ lglg )2( 366. 1 降水工程设计降水工程设计基坑涌水量计算基坑涌水量计算 l均质含水层潜水完整井均质含水层潜水完整井 Q基坑涌水量基坑涌水量 K渗透系数渗透系数 S水

34、位降深水位降深 H含水层厚度含水层厚度 R降水影响半径降水影响半径 r0基坑等效半径基坑等效半径 0 r R 1lg SSH2 K366. 1Q 88 完整承压井 取井底不透水层顶面为x轴，井轴为y轴， 可得出流向井的水流任意圆柱剖面的断 面面积A的表达式为： MxA2 在该剖面上的水头梯度为： dx dy i 由达西公式即可得出裘布依微分方程： dx dy kMxAikQ2 积分后得： cxQykMln2 当x=R时（R为影响半径），y=H，代入上式整理得： x R yHMk Q ln )(2 将式中的自然对数以常用对数代替，则： x R yH MkQ lg 73. 2 当x=r（r为井的半

35、径），y=h，令水位降低值S=H-h，则得： rR SM kQ lglg 73. 2 降水工程设计降水工程设计基坑涌水量计算基坑涌水量计算 l基坑等效半径基坑等效半径 l圆形基坑：圆形基坑： l非圆形基坑：非圆形基坑： l矩形：矩形： l不规则：不规则： ba29. 0r 0 A r 0 0 r 92 降水工程设计降水工程设计基坑涌水量计算基坑涌水量计算 l降水影响半径降水影响半径 l潜水层潜水层 l承压水层承压水层 HKS2R KS10R 93 降水工程设计降水工程设计单井涌水量计算单井涌水量计算 l轻型井点出水能力轻型井点出水能力 l规范推荐值：规范推荐值：1.52.5m3/h l计算公式

36、：计算公式： 3 Kld65q 单井单井出水能力（出水能力（m m3 3/h/h） 滤管直径（滤管直径（m m） 滤管长度（滤管长度（m m） 渗透系数（渗透系数（m/dm/d） q d l K 94 降水工程设计降水工程设计单井涌水量计算单井涌水量计算 l喷射井点出水能力喷射井点出水能力 l规范推荐值：规范推荐值：4.2230.0m3/h l计算公式：计算公式： l管井出水能力管井出水能力 3 Kld65q 24 dl q 单井单井出水能力（出水能力（m m3 3/h/h） 滤管直径（滤管直径（m m） 滤管长度（滤管长度（m m） 滤管淹没长度（滤管淹没长度（m m） 渗透系数（渗透系数（

37、m/dm/d） 与渗透系数有关经验系数与渗透系数有关经验系数 q d l l K 95 经验系数经验系数 取值取值 96 降水工程设计降水工程设计井距、井数、井深井距、井数、井深 l井数井数 l井距井距 q Q 1 . 1n 1n D L 97 降水工程设计降水工程设计井距、井数、井深井距、井数、井深 98 L l1 Sh1l2il1 i 211 lilShL 降水工程设计降水工程设计井距、井数、井深井距、井数、井深 99 211 lilShL 式中 S基坑水位降深，m； h1地下水位至集水总管的距离，m； i水力梯度，一般可取0.1； l1管井中心至基坑中心的距离l1=r0；m； l2滤管长

38、度，m，通常取1.21.5m。 100 连续墙入土深度与降水井深度连续墙入土深度与降水井深度 工程项目 连续墙入 土深度 （m） 降水井 布设 降水井 深度 （m） 井中水 位深度 （m） 基坑内地 下水位深 度（m） 1外环越江隧道浦西岸 边段连接井与风井降水工 程 4446 坑内 降水 5045 31.00 33.00 2上海复兴东路高压电 缆隧道工程工作井降水工 程 44.30 坑内 降水 605034.39 3上海吴、闵污水外排 工程 3.1标工作井降水工程 47.80 坑内 降水 625236.00 案例案例 降水工程设计降水工程设计降低水位预测降低水位预测 l潜水完整井稳定流潜水完

39、整井稳定流 l承压完整井稳定流承压完整井稳定流 n210 2 rrrlg n 1 Rlg K366. 1 Q HHS n210 rrrlg n 1 Rlg KM Q366. 0 S 含水层厚度（含水层厚度（m m） H 各井距基坑中心的距离（各井距基坑中心的距离（m m） n rrr 21、 101 102 第五节第五节 降水施工降水施工 降水施工降水施工 l井点井点 成孔方法：射水法、钻孔法、冲击法成孔方法：射水法、钻孔法、冲击法 洗井：压水、压气洗井：压水、压气 l管井管井 成孔：正反循环、冲击法成孔：正反循环、冲击法 洗井：抽水法、气举法洗井：抽水法、气举法 103 降水施工降水施工 1

40、04 降水施工降水施工 105 降水施工降水施工 106 107 第六节第六节 工程降水对环境影响及其防范措施工程降水对环境影响及其防范措施 工程降水对环境影响及其防范措施工程降水对环境影响及其防范措施 l分层总合法分层总合法 l简易算法简易算法 ii n 1ii0 2 . 01 . 0i hP e1 S 地面最终沉降量地面最终沉降量 各土层压缩系数各土层压缩系数 各土层起始孔隙比各土层起始孔隙比 降水产生附加压力降水产生附加压力 土层厚度土层厚度 S 2 . 01 . 0 i i e0 i P i h 2 . 01 . 0 E HP S 降水产生自重附加压力降水产生自重附加压力 降水深度降水

41、深度 P H 各降水范围土层压缩模量各降水范围土层压缩模量2 . 01 . 0 E 2 H P w 水的重度水的重度w 108 降水引起地面沉降防范措施降水引起地面沉降防范措施 l降水前认真做好调查降水前认真做好调查 l合理使用井点合理使用井点 减少细颗粒流失减少细颗粒流失 减缓降水漏斗坡度减缓降水漏斗坡度 合理控制井点运行合理控制井点运行 l设置回灌系统设置回灌系统 l设置隔水帷幕设置隔水帷幕 l冻结法的应用冻结法的应用 109 回灌系统布置回灌系统布置 110 回灌井点水位图回灌井点水位图 111 112 第七节第七节 工程实例工程实例 工程降水设计计算实例工程降水设计计算实例 工程条件：

42、工程条件： 某工程基坑开挖下口线尺寸为某工程基坑开挖下口线尺寸为1919m m10m10m，基坑开挖深度为基坑开挖深度为4.14.1m m，采用采用 1:0.51:0.5放坡开挖。工程放坡开挖。工程0.000.00为自然地面标高，地下水位为为自然地面标高，地下水位为-0.6-0.6m m。根据岩根据岩 土工程勘察报告，场地地面下土工程勘察报告，场地地面下0.70.7m m为杂填土，以下为为杂填土，以下为6.66.6m m的细砂层，其渗的细砂层，其渗 透系数透系数K=5m/dK=5m/d，再往下为不透水的粘土层。试用单级轻型完整井点对该工再往下为不透水的粘土层。试用单级轻型完整井点对该工 程进行

43、降水设计。程进行降水设计。 113 工程降水设计计算实例工程降水设计计算实例过程过程 l降水方法的选择降水方法的选择单级轻型井点单级轻型井点 l含水层渗透系数含水层渗透系数K=5m/dK=5m/d l降水深度：降水深度：S=4.1-0.6+0.5=4.0mS=4.1-0.6+0.5=4.0m l相关参数的确定相关参数的确定 l井点轴线：距基坑开挖上口线井点轴线：距基坑开挖上口线0.80.8m m l基坑开挖上口线尺寸：按基坑开挖上口线尺寸：按1:0.51:0.5放坡计，放坡计，2323m m14m14m l基坑降水面积：基坑降水面积：24.624.6m m15.6m15.6m l井点深度：按完

44、整井考虑，取井点深度：按完整井考虑，取7.37.3m m 114 工程降水设计计算实例工程降水设计计算实例过程过程 l绘制计算图绘制计算图 115 工程降水设计计算实例工程降水设计计算实例过程过程 l基坑涌水量计算基坑涌水量计算 l含水层厚度含水层厚度：H=7.3-0.6=6.7mH=7.3-0.6=6.7m l降水深度：降水深度：S=4.1-0.6+0.5=4.0mS=4.1-0.6+0.5=4.0m l基坑等效半径：基坑等效半径： l抽水影响半径：抽水影响半径： l基坑总涌水量：基坑总涌水量： m65.116 .156 .2429. 0ba29. 0r 0 m457 . 650 . 42H

45、KS2R d/m419 65.11 45 1lg 0 . 40 . 47 . 62 5366. 1 r R 1lg SSH2 K366. 1Q 3 0 116 工程降水设计计算实例工程降水设计计算实例过程过程 l计算单井出水量、井点数和井点距计算单井出水量、井点数和井点距 l单井出水量：单井出水量： l井点管数：井点管数： 考虑边角加密，增加考虑边角加密，增加8 8根，共根，共3030根根 l井点距：井点距： l实际井点数实际井点数 d/m9 .2052 . 105. 014. 365Kld65q 333 根根22 9 .20 419 1 . 1 q Q 1 . 1n m4 . 2m77. 2

46、 130 6 .156 .242 1n D L，实际取，实际取 根根，实际取，实际取345 .33 4 . 2 6 .156 .242 L D n 117 工程降水设计计算实例工程降水设计计算实例过程过程 l绘制井点分布图绘制井点分布图 118 工程降水设计计算实例工程降水设计计算实例过程过程 l降低水位预测降低水位预测 m0 . 4 rrrlg 34 1 45lg 5366. 1 419 7 . 67 . 6 rrrlg n 1 Rlg K366. 1 Q HHS 3421 2 n210 2 119 工程实例设计工程实例设计降水设计计算降水设计计算 l工程条件：工程条件： 某工程基坑开挖下口线尺寸为某工程基坑开挖下口线尺寸为32m18m，基基 坑开挖深度为坑开挖深度为8.0m，采用采用1:0.5放坡开挖。工程放坡开挖。工程 0.00为自然地面标高，地下水位为为自然地面标高，地下水位为-2.6m。根据根据 岩土工程勘察报告，场地地面下岩土工程勘察报告，场地地面下1.