土方工程降水课件

地下含水构造的种类滞水层不透水层潜水层不透水层承压水层不透水层地下含水构造的种类滞水层不透水层潜水层不透水层承压水层不透水1三、施工排水

基坑开挖时，流入坑内的地下水和地表水如不及时排除，会使施工条件恶化、造成土壁塌方，亦会降低地基的承载力。（一）明排水法：一般采用截、疏、抽

的方法。

截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域；

疏：在施工范围内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；

抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种。第3节基坑工程第4讲三、施工排水基坑开挖时，流入坑内的地下水和地表21．明沟与集水井排水在基坑的一侧或四周设置排水明沟，在四角或每隔20～30m设一集水井，排水沟始终比开挖面低0.4～0.5m，集水井比排水沟低0.5～1m，在集水井内设水泵将水抽排出基坑。适用于土质情况较好、地下水量不大的基坑排水。普通明沟与集水井排水法第3节基坑工程第4讲1．明沟与集水井排水在基坑的一侧或四周设置排水明32～5％排水沟集水井水泵――用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者挖至地下水位时，挖排水沟→设集水井→抽水→再挖土、沟、井二、集水井法（明排水法）2～5％排水沟集水井水泵――用于土质较好、水量不大、基坑4（一）普通明沟排水法（二）分层明沟排水法（一）普通明沟排水法（二）分层明沟排水法52．分层明沟排水

当基坑开挖土层由多种土层组成，中部夹有透水性强的砂类土时，为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡，宜在基坑边坡上分层设置明沟及相应的集水井。适用于深度较大、地下水位较高、上部有透水性强的土层的基坑排水点击动画明沟与集水井排水分层明沟排水法第3节基坑工程第4讲2．分层明沟排水当基坑开挖土层由多种土层组成，中63．深层明沟排水

当地下基坑相连，土层渗水量和排水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂性，可在基坑内的深基础或合适部位设置一条纵、长、深的主沟，其余部位设置

边沟或支沟与主沟连通，通过基础部位用碎石或砂子作盲沟。适用于深度大的大面积地下室、箱基的基坑施工排水深层明沟排水法第3节基坑工程第4讲3．深层明沟排水当地下基坑相连，土7（二）施工降水

在地下水位以下的含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅使基坑无法挖深，还可能造成大量水土流失、边坡失稳、附近地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工。地下室电梯井局部二次降水全基坑轻型井点降水第3节基坑工程第4讲（二）施工降水在地下水位以下的含水丰富的土层中开81.井点降水的作用防止地下水涌入坑内防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了坑底的管涌第3节基坑工程第4讲1.井点降水的作用防止地防止边坡使坑底的土层第3节基坑9降水后，使板桩减少了横向荷载消除了地下水的渗流，也就防止了流砂现象降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力第3节基坑工程第4讲降水后，使消除了地下降低地下水第3节基坑工程第4讲102.井点降水的种类轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。⑴轻型井点适用于渗透系数为0.1～50m/d的土层中。降水深度为：单级井点3～6m，多级井点6～12m第3节基坑工程第4讲2.井点降水的种类轻型井点是沿基坑四周将井点11⑵喷射井点

是在井点管内设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩空气，形成水气射流，将地下水抽出排走。其降水深度可达8～20m。适用于开挖深度较深、降水深度大于8m，土渗透系数为3～50m/d的砂土或渗透系数为0.1～3m/d的粉砂、淤泥质土、粉质粘土。第3节基坑工程第4讲⑵喷射井点是在井点管内设特制的喷射器，用高压水12⑶电渗井点

电渗井点以井点管作负极，打入的钢筋作正极，通入直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。本法常与轻型井点或喷射井点结合使用。适用于渗透系数很小的饱和粘性土、淤泥或淤泥质土中的施工降水第3节基坑工程第4讲⑶电渗井点电渗井点以井点管作负极，13⑷管井井点

管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距10～50m，最大埋深可达10m，管井距基坑边缘距离不小于1.5m(冲击钻成孔)或3m(钻孔法成孔)，适用于降水深度3～5m、渗透系数为20～200m/d的基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。管井填充滤料管井抽排水PVC简易管井第3节基坑工程第4讲⑷管井井点管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组14

如需降水深度较大，可采用深井井点，适用于降水深度＞15m、渗透系数为10～250m/d的基坑。故称为“深井泵法”。管井井点降水第3节基坑工程第4讲如需降水深度较大，可采用深井井点，适用于降水深度153.

轻型井点降水⑴轻型井点的设备：

由管路系统（滤管、井点管、弯联管及总管）和抽水设备（真空泵、离心泵和水气分离器）组成。轻型井点工作原理及滤管构造见图：

第3节基坑工程第4讲3.轻型井点降水⑴轻型井点的设备：由管路系统16⑵轻型井点的平面布置

①单排布置：当基坑(槽)宽度＜6m、降水深度≯5m时可采用单排布置。井点管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度B。

②双排布置：当基坑(槽)宽度＞6m时应采用。第3节基坑工程第4讲⑵轻型井点的平面布置①单排布置：17（一）轻型井点降水1．井点设备井管：φ38、φ51，长5～7m（常用6m），无缝钢管，丝扣连滤管；滤管：φ38、φ51，长1～1.7m，开孔φ12,开孔率20～25％，包滤网；总管：内φ75～100无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口；连接管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门；抽水设备：真空泵（教材）――真空度高，体形大、耗能多、构造复杂射流泵（常用）――简单、轻小、节能隔膜泵（少用）（一）轻型井点降水18

③环型或U型布置：当基坑面积较大时，应采用环型布置（考虑施工机械进出基坑时宜采用U型布置）。

●采用双排、环型或U型布置时，位于地下水上游一排的井点间距应小些，下游井点的间距可大些。●如采用U形布置，则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向。第3节基坑工程第4讲③环型或U型布置：当基坑面积较大时，应采用环19⑶轻型井点的高程布置

轻型井点降水深度一般不大于6m。井点管埋置深度H（不包括滤管），可按下式计算：

●如H值小于降水深度6m时，则可用一级井点；●当H值稍大于6m时，如降低井点管的埋置面可满足降水深度要求时，仍可用一级井点降水；

第3节基坑工程第4讲⑶轻型井点的高程布置轻型井点降水深度一般不大203．轻型井点计算（1）判断井型（图）按照滤管与不透水层的关系：完整井――到不透水层非完整井――未到不透水层.按照是否承压水层：承压井无压井3．轻型井点计算21水井的分类水井的分类22（2）涌水量计算

1）无压完整井群井井点计算（积分解）（2）涌水量计算23无压完整井群井井点计算K――土层渗透系数(m/d)；H――含水层厚度(m)；S――水位降低值(m)；R――抽水影响半径(m)，R=1.95SX0――环状井点系统的假想半径(m)；当长宽比A/B≯5时，X0=，否则分块计算涌水量再累加。F――井点系统所包围的面积。无压完整井群井井点计算24以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。H0的确定方法：2）无压非完整井群井系统涌水量计算（近似解）s’/(s’+l)0.20.30.50.8H01.3(s’+l)1.5(s’+l)1.7(s’+l)1.85(s’+l)注意：1、当H0值超过H时，取H0＝H；

2、计算R时，也应以H0代入。以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。2）无压25无压不完整井群井井点计算s/(s+l)0.20.30.50.8H01.3(s+l)1.5(s+l)1.7(s+l)1.85(s+l)H0――有效影响深度(m)；当H0>H时，取H，见表1-10其中s‘为井点管中水位降落值，l为滤管长度注意：1、当H0值超过H时，取H0＝H；2、计算R时，也应以H0代入。无压不完整井群井井点计算s/(s+l)0.20.30.5263）承压完整井Q＝2.73KMS/(lgR－lgX0)（m3/d)M――承压含水层厚度（m）承压水位不透水层含水层不透水层hsHMR3）承压完整井Q＝2.73KMS/(lgR－lgX0)27承压完整井群井井点计算M——承压含水层厚度（m）K、R、x0、S——同上承压完整井群井井点计算M——承压含水层厚度（m）286．确定井管的数量与间距(1)单井出水量：

(m3/d)d、l――滤管直径、长度(m)；(2)最少井点数：n’＝1.1Q/q(根)1.1－－备用系数。(3)最大井距：D’＝L总管

/n’(m)；(4)确定井距：

15d≤井距D≤D’，且符合总管的接头间距。

(5)确定井点数：n＝L总管/D6．确定井管的数量与间距29渗透力当hl＝h2时，土中水处于静止状态，无渗流发生。贮水器向上提升，使hl＞h2，由于存在水头差．土中产生向上的渗流。水头差h是土体中渗流所损失的能量。能量损失说明土粒对水流给以阻力；反之．渗流必然对每个土颗粒有推动、摩擦和拖曳的作用力，称之为渗透力，可定义为每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力，用j表示。渗透破坏试验渗透力概念渗透力和渗透变形渗透力渗透破坏试验30

外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压力的大小，动水压力GD为：

式中：

I——水力坡度（I=（h1-h2）/L）；

h1－h2——水位差；

γW——水的重度。

当地下水位较高、基坑内排水所形成的水位差较大时，动水压力也愈大，当GD≥γ（土的浮重）时，就会推动土壤失去稳定，形成流砂现象。第3节基坑工程第4讲外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压31三、流砂及其防治

1．动水压力――地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力，使水流对土颗粒产生的一种压力。动水压力的大小与水力坡度成正比，方向同渗流方向

GD＝Iγw=(Δh/L)

γw2．流砂原因3．流砂的防治减小动水压力（板桩等增加L）；平衡动水压力（抛石块、水下开挖、泥浆护壁）；改变动水压力的方向（井点降水）。

Q

F

GD当动水压力大于或等于土的浸水重度（GD≥γ’）时，土粒被水流带到基坑内。主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中。三、流砂及其防治3．流砂的防治QFGD当动水压力大32渗透力

G=wi渗透力是一种体积力，量纲与w相同。渗透力的大小和水力坡降成正比，其方向与渗流方向一致。ic＝’/w它是土体开始发生流土破坏时的水力坡降。临界水力坡降渗透力ic＝’/w临界水力坡降33土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称渗透变形(或称渗透破坏)。如土层剥落，地面隆起，细颗放被水带出以及出现集中渗流通道等。土的渗透变形类型就单一土层来说主要有流土和管涌两种基本型式。1.流土在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象称为流土。只要水力坡降达到一定的大小，都会发生流土破坏。2.管涌在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动．以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透流速不断增加．较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。管涌发生在一定级配的无粘性土中，发生的部位可以在渗流逸出处，也可以在土体内部，故也称之为渗流的潜蚀现象。土的渗透变形(或称渗透破坏)土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或34

土的渗透变形的发生和发展过程有其内因和外因。内因是土的颗粒组成和结构,即几何条件；外因是水力条件，即作用于土体渗透力的大小。1.流土可能性的判别任何土，包括粘性土或无粘性土,在自下而上的渗流逸出处，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一个事实，均要发生流土。可按下列条件，判别流土的可能性：

i<ic土体处于稳定状态

i>

ic土体发中流土破坏

i=ic土体处于临界状态渗流破坏类型的判别

土的渗透变形的发生和发展过程有其内因和外因。内35

产生流砂现象的原因有内因和外因：

内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。（二）产生流砂的原因流砂-基坑满目狼籍流砂支挡强行施工第3节基坑工程第4讲产生流砂现象的原因有内因和外因：（二）产36⑷轻型井点的设计及计算井点系统的设计应掌握施工现场地形图、水文地质勘察资料、基坑的施工图设计等资料。设计内容除进行井点系统的平面布置和高程布置外，尚应进行涌水量的计算，确定井管数量及井距，选择抽水设备等工作。⑸轻型井点的埋设程序排放总管→埋设井点管→用弯联管将井点与总管接通→安装抽水设备。第3节基坑工程第4讲⑷轻型井点的设计及计算井点系统的设计应掌握施工37例：某地层第一层为粉土（5m）,第二层为粘土4m，两层土的天然重度均为18KN/m3，其下为强透水砂层，地下水为承压水，赋存于砂层中，承压水头与地面持平，试求在该场地开挖基坑不发生突涌的临界开挖深度例：某地层第一层为粉土（5m）,第二层为粘土4m，两层土的天38例：某止水帷幕如图所示，上游土中最高水位为0.00m,下游地面-8.0m，土的天然重度γ=18KN/m3,安全系数K=2，试求止水帷幕合理深度。例：某止水帷幕如图所示，上游土中最高水位为0.00m,下游地39例：在均质具有潜水自由面的含水层中进行单孔抽水试验如图，一直水井半径r=0.15m，影响半径R=60m,含水层厚度H=10m，水位降深S=3.0m,渗透系数k=25m/d,试求流量Q例：在均质具有潜水自由面的含水层中进行单孔抽水试验如图，一直40例1-9某工程基坑坑底面积为40×20m，深6.0m，地下水位在地面下2.0m，不透水层在地面下12.3m，渗透系数K＝15m/d，基坑四边放坡，边坡拟为1:0.5，现拟采用轻型井点降水降低地下水位，井点系统最大抽水深度为7.0m，虑管的直径为0.051m,要求：（1）绘制井点系统的平面和高程布置

例1-9某工程基坑坑底面积为40×20m，深641解：

（1）高程布置

基坑面积较大，所以采用环形布置，因最大抽水深度为7.0m，故采用7m井点管。基坑底宽20m。i=0.1（环形）h≥h1+△h+iLh=7m,h1=6m,iL=0.1×(10+6×0.5+0.7)=1.37mh1+△h+iL=6+0.5+1.37=7.87m(大于井点抽水深度7m)由于基坑较深，故基坑边开挖1m以降低总管埋设面h=7m,h1=5m,iL=0.1×(10+5×0.5+0.7)=1.32m△h=7-5-1.32＝0.68m,满足要求属于无压不完整井解：

（1）高程布置

基坑面积较大，所以采用环形布置，因42（2）涌水量计算F=（40+2×5×0.5+2×0.7）×（20+2×5×0.5+2×0.7）=46.4×26.4＝1224.96m2m

采用的滤管长度为1.5mS/(S+l)=6/(6+1.5)=0.8H0=1.84(S+l)=1.84×(6+1.5)=13.8m>H＝10.3m取H0

=H=10.3m=（2）涌水量计算=43（3）平面布置总管长度：C=（46.4+26.4）×2=145.6mW6型干式真空泵有效负荷长度为80m，所以采用两套抽水设备

(m3/d)n′=Q/q=1943/25.68=75.7n=1.1n′=1.1×75.7＝83.3（根）取n为83根井点管间距145.6/83=1.75井点管间距取1.6m（3）平面布置44冲孔埋管填砂封口施工工艺冲孔埋管填砂封口施工工艺454．轻型井点施工（1）埋设方法：水冲法：水枪、井管自身（高压水）钻孔法：正循环钻、反循环钻、冲击钻振动水冲法：(2)使用要求：开挖前2～5天开泵降水；连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。降水施工4．轻型井点施工(2)使用要求：降水施工46土方工程降水课件47

●在确定井点管埋置深度时，还应考虑井点管露出地面0.2～0.3m，滤管必须埋在透水层内。●当一级井点达不到降水深度要求时，则可采用二级井点（见右图）。地下室三级井点降水第3节基坑工程第4讲●在确定井点管埋置深度时，还应考虑井点管露出地48二级轻型井点降水二级轻型井点降水49潜水泵潜水泵50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0.1~20m/d3～6m1.6~2m地上真空泵或喷射嘴真空吸水多级轻型井点6～20喷射井点0.1~208～202～3m地下喷射嘴真空吸水电渗井点<0.15～6极距1m钢筋阳极加速渗流管井井点20~2003～520~50单井真空泵、离心泵深管井井点10~25025～3030~50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，引至下一存水层四、井点降水法特点效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工；可能引起周围地面和建筑物沉降。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0.1~51

利用压实机械碾压地基土壤，使地基压实排水固结。也可采用预压固结法，即先在地基范围的地面上，堆置重物预压一段时间,使地基压密，以提高承载力，减少沉降量。

2.2.3预压法—排水固结法

排水固结法水平排水体竖向排水体塑料排水带排水系统加压系统降低地下水法真空法堆载法砂垫层袋装砂井普通砂井电渗法第3节基坑工程第7讲利用压实机械碾压地基土壤，使地基压实52⑴堆载预压法

在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形，土体的密实度和强度提高。

加载预压

堆载预压法包括加压系统和排水系统。

按堆载材料分为自重预压、加载预压和加水预压。按加压程序可分为单级加荷和多级加荷。

加水预压第3节基坑工程第7讲⑴堆载预压法在饱和软53是在软土地基表面先铺设砂垫层、埋设垂直排水竖井，再用不透气的封闭膜使之与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过埋设的排水竖井，用真空装置进行抽气。抽气使地表砂垫层及排水竖井内形成负压，使土体内部与排水竖井之间形成压力差。压差作用下土体中的孔隙水不断由排水竖井排出，从而使土体固结。⑵真空预压法

第3节基坑工程第7讲原水位o原水位o是在软土地基表面先铺设砂垫层、埋设垂直排水竖井，54真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，又称为负压固结。按照竖向排水体的不同，真空预压法又可分为普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。袋装砂井施工袋装砂井施工机械袋装砂井埋设完毕袋装砂井第3节基坑工程第7讲真空预压和降水预压是在负超静水压力下55袋装砂井施工第3节基坑工程第7讲袋装砂井施工第3节基坑工程第7讲56袋装砂井施工第3节基坑工程第7讲袋装砂井施工第3节基坑工程第7讲57袋装砂井埋设完毕第3节基坑工程第7讲袋装砂井埋设完毕第3节基坑工程第7讲58袋装砂井与排水横管连接袋装砂井与排水横管连接59插板机在进行塑料排水带施工插板机在进行塑料排水带施工60塑料排水带埋设完毕第3节基坑工程第7讲塑料排水带埋设完毕第3节基坑工程第7讲61真空预压法—覆盖封闭膜真空预压法—覆盖封闭膜62真空预压法—排气进行时真空预压法—排气进行时63松土坑（填土、墓穴、淤泥）的处理土层置换大范围的坑局部加宽三、地基的局部处理松土坑（填土、墓穴、淤泥）的处理三、地基的局部处理64地下含水构造的种类滞水层不透水层潜水层不透水层承压水层不透水层地下含水构造的种类滞水层不透水层潜水层不透水层承压水层不透水65三、施工排水

基坑开挖时，流入坑内的地下水和地表水如不及时排除，会使施工条件恶化、造成土壁塌方，亦会降低地基的承载力。（一）明排水法：一般采用截、疏、抽

的方法。

截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域；

疏：在施工范围内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；

抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种。第3节基坑工程第4讲三、施工排水基坑开挖时，流入坑内的地下水和地表661．明沟与集水井排水在基坑的一侧或四周设置排水明沟，在四角或每隔20～30m设一集水井，排水沟始终比开挖面低0.4～0.5m，集水井比排水沟低0.5～1m，在集水井内设水泵将水抽排出基坑。适用于土质情况较好、地下水量不大的基坑排水。普通明沟与集水井排水法第3节基坑工程第4讲1．明沟与集水井排水在基坑的一侧或四周设置排水明672～5％排水沟集水井水泵――用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者挖至地下水位时，挖排水沟→设集水井→抽水→再挖土、沟、井二、集水井法（明排水法）2～5％排水沟集水井水泵――用于土质较好、水量不大、基坑68（一）普通明沟排水法（二）分层明沟排水法（一）普通明沟排水法（二）分层明沟排水法692．分层明沟排水

当基坑开挖土层由多种土层组成，中部夹有透水性强的砂类土时，为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡，宜在基坑边坡上分层设置明沟及相应的集水井。适用于深度较大、地下水位较高、上部有透水性强的土层的基坑排水点击动画明沟与集水井排水分层明沟排水法第3节基坑工程第4讲2．分层明沟排水当基坑开挖土层由多种土层组成，中703．深层明沟排水

当地下基坑相连，土层渗水量和排水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂性，可在基坑内的深基础或合适部位设置一条纵、长、深的主沟，其余部位设置

边沟或支沟与主沟连通，通过基础部位用碎石或砂子作盲沟。适用于深度大的大面积地下室、箱基的基坑施工排水深层明沟排水法第3节基坑工程第4讲3．深层明沟排水当地下基坑相连，土71（二）施工降水

在地下水位以下的含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅使基坑无法挖深，还可能造成大量水土流失、边坡失稳、附近地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工。地下室电梯井局部二次降水全基坑轻型井点降水第3节基坑工程第4讲（二）施工降水在地下水位以下的含水丰富的土层中开721.井点降水的作用防止地下水涌入坑内防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了坑底的管涌第3节基坑工程第4讲1.井点降水的作用防止地防止边坡使坑底的土层第3节基坑73降水后，使板桩减少了横向荷载消除了地下水的渗流，也就防止了流砂现象降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力第3节基坑工程第4讲降水后，使消除了地下降低地下水第3节基坑工程第4讲742.井点降水的种类轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。⑴轻型井点适用于渗透系数为0.1～50m/d的土层中。降水深度为：单级井点3～6m，多级井点6～12m第3节基坑工程第4讲2.井点降水的种类轻型井点是沿基坑四周将井点75⑵喷射井点

是在井点管内设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩空气，形成水气射流，将地下水抽出排走。其降水深度可达8～20m。适用于开挖深度较深、降水深度大于8m，土渗透系数为3～50m/d的砂土或渗透系数为0.1～3m/d的粉砂、淤泥质土、粉质粘土。第3节基坑工程第4讲⑵喷射井点是在井点管内设特制的喷射器，用高压水76⑶电渗井点

电渗井点以井点管作负极，打入的钢筋作正极，通入直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。本法常与轻型井点或喷射井点结合使用。适用于渗透系数很小的饱和粘性土、淤泥或淤泥质土中的施工降水第3节基坑工程第4讲⑶电渗井点电渗井点以井点管作负极，77⑷管井井点

管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距10～50m，最大埋深可达10m，管井距基坑边缘距离不小于1.5m(冲击钻成孔)或3m(钻孔法成孔)，适用于降水深度3～5m、渗透系数为20～200m/d的基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。管井填充滤料管井抽排水PVC简易管井第3节基坑工程第4讲⑷管井井点管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组78

如需降水深度较大，可采用深井井点，适用于降水深度＞15m、渗透系数为10～250m/d的基坑。故称为“深井泵法”。管井井点降水第3节基坑工程第4讲如需降水深度较大，可采用深井井点，适用于降水深度793.

轻型井点降水⑴轻型井点的设备：

由管路系统（滤管、井点管、弯联管及总管）和抽水设备（真空泵、离心泵和水气分离器）组成。轻型井点工作原理及滤管构造见图：

第3节基坑工程第4讲3.轻型井点降水⑴轻型井点的设备：由管路系统80⑵轻型井点的平面布置

①单排布置：当基坑(槽)宽度＜6m、降水深度≯5m时可采用单排布置。井点管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度B。

②双排布置：当基坑(槽)宽度＞6m时应采用。第3节基坑工程第4讲⑵轻型井点的平面布置①单排布置：81（一）轻型井点降水1．井点设备井管：φ38、φ51，长5～7m（常用6m），无缝钢管，丝扣连滤管；滤管：φ38、φ51，长1～1.7m，开孔φ12,开孔率20～25％，包滤网；总管：内φ75～100无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口；连接管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门；抽水设备：真空泵（教材）――真空度高，体形大、耗能多、构造复杂射流泵（常用）――简单、轻小、节能隔膜泵（少用）（一）轻型井点降水82

③环型或U型布置：当基坑面积较大时，应采用环型布置（考虑施工机械进出基坑时宜采用U型布置）。

●采用双排、环型或U型布置时，位于地下水上游一排的井点间距应小些，下游井点的间距可大些。●如采用U形布置，则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向。第3节基坑工程第4讲③环型或U型布置：当基坑面积较大时，应采用环83⑶轻型井点的高程布置

轻型井点降水深度一般不大于6m。井点管埋置深度H（不包括滤管），可按下式计算：

●如H值小于降水深度6m时，则可用一级井点；●当H值稍大于6m时，如降低井点管的埋置面可满足降水深度要求时，仍可用一级井点降水；

第3节基坑工程第4讲⑶轻型井点的高程布置轻型井点降水深度一般不大843．轻型井点计算（1）判断井型（图）按照滤管与不透水层的关系：完整井――到不透水层非完整井――未到不透水层.按照是否承压水层：承压井无压井3．轻型井点计算85水井的分类水井的分类86（2）涌水量计算

1）无压完整井群井井点计算（积分解）（2）涌水量计算87无压完整井群井井点计算K――土层渗透系数(m/d)；H――含水层厚度(m)；S――水位降低值(m)；R――抽水影响半径(m)，R=1.95SX0――环状井点系统的假想半径(m)；当长宽比A/B≯5时，X0=，否则分块计算涌水量再累加。F――井点系统所包围的面积。无压完整井群井井点计算88以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。H0的确定方法：2）无压非完整井群井系统涌水量计算（近似解）s’/(s’+l)0.20.30.50.8H01.3(s’+l)1.5(s’+l)1.7(s’+l)1.85(s’+l)注意：1、当H0值超过H时，取H0＝H；

2、计算R时，也应以H0代入。以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。2）无压89无压不完整井群井井点计算s/(s+l)0.20.30.50.8H01.3(s+l)1.5(s+l)1.7(s+l)1.85(s+l)H0――有效影响深度(m)；当H0>H时，取H，见表1-10其中s‘为井点管中水位降落值，l为滤管长度注意：1、当H0值超过H时，取H0＝H；2、计算R时，也应以H0代入。无压不完整井群井井点计算s/(s+l)0.20.30.5903）承压完整井Q＝2.73KMS/(lgR－lgX0)（m3/d)M――承压含水层厚度（m）承压水位不透水层含水层不透水层hsHMR3）承压完整井Q＝2.73KMS/(lgR－lgX0)91承压完整井群井井点计算M——承压含水层厚度（m）K、R、x0、S——同上承压完整井群井井点计算M——承压含水层厚度（m）926．确定井管的数量与间距(1)单井出水量：

(m3/d)d、l――滤管直径、长度(m)；(2)最少井点数：n’＝1.1Q/q(根)1.1－－备用系数。(3)最大井距：D’＝L总管

/n’(m)；(4)确定井距：

15d≤井距D≤D’，且符合总管的接头间距。

(5)确定井点数：n＝L总管/D6．确定井管的数量与间距93渗透力当hl＝h2时，土中水处于静止状态，无渗流发生。贮水器向上提升，使hl＞h2，由于存在水头差．土中产生向上的渗流。水头差h是土体中渗流所损失的能量。能量损失说明土粒对水流给以阻力；反之．渗流必然对每个土颗粒有推动、摩擦和拖曳的作用力，称之为渗透力，可定义为每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力，用j表示。渗透破坏试验渗透力概念渗透力和渗透变形渗透力渗透破坏试验94

外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压力的大小，动水压力GD为：

式中：

I——水力坡度（I=（h1-h2）/L）；

h1－h2——水位差；

γW——水的重度。

当地下水位较高、基坑内排水所形成的水位差较大时，动水压力也愈大，当GD≥γ（土的浮重）时，就会推动土壤失去稳定，形成流砂现象。第3节基坑工程第4讲外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压95三、流砂及其防治

1．动水压力――地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力，使水流对土颗粒产生的一种压力。动水压力的大小与水力坡度成正比，方向同渗流方向

GD＝Iγw=(Δh/L)

γw2．流砂原因3．流砂的防治减小动水压力（板桩等增加L）；平衡动水压力（抛石块、水下开挖、泥浆护壁）；改变动水压力的方向（井点降水）。

Q

F

GD当动水压力大于或等于土的浸水重度（GD≥γ’）时，土粒被水流带到基坑内。主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中。三、流砂及其防治3．流砂的防治QFGD当动水压力大96渗透力

G=wi渗透力是一种体积力，量纲与w相同。渗透力的大小和水力坡降成正比，其方向与渗流方向一致。ic＝’/w它是土体开始发生流土破坏时的水力坡降。临界水力坡降渗透力ic＝’/w临界水力坡降97土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称渗透变形(或称渗透破坏)。如土层剥落，地面隆起，细颗放被水带出以及出现集中渗流通道等。土的渗透变形类型就单一土层来说主要有流土和管涌两种基本型式。1.流土在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象称为流土。只要水力坡降达到一定的大小，都会发生流土破坏。2.管涌在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动．以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透流速不断增加．较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。管涌发生在一定级配的无粘性土中，发生的部位可以在渗流逸出处，也可以在土体内部，故也称之为渗流的潜蚀现象。土的渗透变形(或称渗透破坏)土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或98

土的渗透变形的发生和发展过程有其内因和外因。内因是土的颗粒组成和结构,即几何条件；外因是水力条件，即作用于土体渗透力的大小。1.流土可能性的判别任何土，包括粘性土或无粘性土,在自下而上的渗流逸出处，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一个事实，均要发生流土。可按下列条件，判别流土的可能性：

i<ic土体处于稳定状态

i>

ic土体发中流土破坏

i=ic土体处于临界状态渗流破坏类型的判别

土的渗透变形的发生和发展过程有其内因和外因。内99

产生流砂现象的原因有内因和外因：

内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。（二）产生流砂的原因流砂-基坑满目狼籍流砂支挡强行施工第3节基坑工程第4讲产生流砂现象的原因有内因和外因：（二）产100⑷轻型井点的设计及计算井点系统的设计应掌握施工现场地形图、水文地质勘察资料、基坑的施工图设计等资料。设计内容除进行井点系统的平面布置和高程布置外，尚应进行涌水量的计算，确定井管数量及井距，选择抽水设备等工作。⑸轻型井点的埋设程序排放总管→埋设井点管→用弯联管将井点与总管接通→安装抽水设备。第3节基坑工程第4讲⑷轻型井点的设计及计算井点系统的设计应掌握施工101例：某地层第一层为粉土（5m）,第二层为粘土4m，两层土的天然重度均为18KN/m3，其下为强透水砂层，地下水为承压水，赋存于砂层中，承压水头与地面持平，试求在该场地开挖基坑不发生突涌的临界开挖深度例：某地层第一层为粉土（5m）,第二层为粘土4m，两层土的天102例：某止水帷幕如图所示，上游土中最高水位为0.00m,下游地面-8.0m，土的天然重度γ=18KN/m3,安全系数K=2，试求止水帷幕合理深度。例：某止水帷幕如图所示，上游土中最高水位为0.00m,下游地103例：在均质具有潜水自由面的含水层中进行单孔抽水试验如图，一直水井半径r=0.15m，影响半径R=60m,含水层厚度H=10m，水位降深S=3.0m,渗透系数k=25m/d,试求流量Q例：在均质具有潜水自由面的含水层中进行单孔抽水试验如图，一直104例1-9某工程基坑坑底面积为40×20m，深6.0m，地下水位在地面下2.0m，不透水层在地面下12.3m，渗透系数K＝15m/d，基坑四边放坡，边坡拟为1:0.5，现拟采用轻型井点降水降低地下水位，井点系统最大抽水深度为7.0m，虑管的直径为0.051m,要求：（1）绘制井点系统的平面和高程布置

例1-9某工程基坑坑底面积为40×20m，深6105解：

（1）高程布置

基坑面积较大，所以采用环形布置，因最大抽水深度为7.0m，故采用7m井点管。基坑底宽20m。i=0.1（环形）h≥h1+△h+iLh=7m,h1=6m,iL=0.1×(10+6×0.5+0.7)=1.37mh1+△h+iL=6+0.5+1.37=7.87m(大于井点抽水深度7m)由于基坑较深，故基坑边开挖1m以降低总管埋设面h=7m,h1=5m,iL=0.1×(10+5×0.5+0.7)=1.32m△h=7-5-1.32＝0.68m,满足要求属于无压不完整井解：

（1）高程布置

基坑面积较大，所以采用环形布置，因106（2）涌水量计算F=（40+2×5×0.5+2×0.7）×（20+2×5×0.5+2×0.7）=46.4×26.4＝1224.96m2m

采用的滤管长度为1.5mS/(S+l)=6/(6+1.5)=0.8H0=1.84(S+l)=1.84×(6+1.5)=13.8m>H＝10.3m取H0

=H=10.3m=（2）涌水量计算=107（3）平面布置总管长度：C=（46.4+26.4）×2=145.6mW6型干式真空泵有效负荷长度为80m，所以采用两套抽水设备