岩土工程设计-6降水工程

第六章降水工程

2023/2/21岩土工程设计-降水工程本章内容6.1概述6.2降水技术方法的选择6.3降水设计原理6.4工程降水设计6.5工程降水案例2023/2/22岩土工程设计-降水工程6.1概述一、工程降水的含义应用水文地质学原理，通过降水设计和降水施工，排除地表水体和降低地层中滞水、潜水、承压水、基岩水、岩溶水等地下水的水位，满足建设工程的降水深度和时间要求，并对工程环境无危害性影响。东北沉积土时间长，沉降影响小。南方、上海、天津属近代沉降土层，沉降大。降水深度开挖深度总深度降水时间总时间分段时间2023/2/23岩土工程设计-降水工程6.1概述二、工程降水的目的（1）增强边坡的稳定性。（2）改善工作环境，大大降低了工作强度，可利用机械施工。（3）缩短工期，降低了造价。（4）有利于岩土工程的施工，特别是人工挖孔桩，锚杆。人工挖孔桩可降水也可不降水，视具体的情况而定。2023/2/24岩土工程设计-降水工程6.1概述三、工程降水分类地下水人工处理方法：A.止水法——基坑侧面和基坑底面：（1）沉箱法（2）冻结法（3）灌浆法（4）地下连续墙（5）板桩法B.排水法——明排水；人工降低地下水法。工程降水分类（1）按基坑几何形状，点状降水、线状降水、块状降水。（2）按降水深度，浅降水（小于6米）、中降水（6到22米）、深降水（大于22米）。（3）按地层渗透性，弱渗透，中渗透，强渗透。（4）按降水复杂程度分，简单，中等，复杂。2023/2/25岩土工程设计-降水工程6.2降水技术方法的选择一、工程降水方法与施工要求1.明排降水法适用于（1）不易产生流沙塌陷的地层；（2）地下水的降深要小于2米；（3）排降残留水时。2023/2/26岩土工程设计-降水工程6.2降水技术方法的选择明沟排水示意图2023/2/27岩土工程设计-降水工程6.2降水技术方法的选择2.点井降水的方法也称轻型井点，口径小于100mm，单级降水小于10m，动力是真空泵，多级称为多级点井。点井适用于：（1）基坑地层易发生管涌或边坡不稳定的地层。（2）地层的渗透性比较弱如沙土、粘性土。（3）单级降深小于7米，大于7米用多级或喷射井。施工中注意不要漏气。3.无管的裸井—渗井无泵井，一般井径大于200mm。（1）引渗自降：含水层下层水位低于上层水位。（2）引渗抽降：含水层下层水位高于上层水位。可布在基坑内外。2023/2/28岩土工程设计-降水工程6.2降水技术方法的选择注意含水层的条件，井距2—10m，深5m.。施工时注意（1）洗井；（2）滤料。采用有管的井时注意含水层的水质，含水层水多时要注意这一点，管井与渗井相结合。4.管井指口径在200—500mm的各种材料材质的井。与供水井比较其滤水管较长，渗透系数从0.3到几百米每日，降深从几米到几百米。施工中注意的问题：（1）成井工艺中花管及其包网；（2）洗井注意。2023/2/29岩土工程设计-降水工程

5.大口径井方法指井的口径在1—8m，井深在数十米到数百米。适用于渗透系数大施工场地比较差的场地的砂砾石层。多数降深小于15m。

6.辐射井方法指在大口径的井中加水平角度的辐射井。辐射井径在50—150mm，长度20—50m。可以是多层辐射管。6.2降水技术方法的选择2023/2/210岩土工程设计-降水工程6.2降水技术方法的选择二、人工降水技术选择方法根据（1）场地水文地质条件；（2）开挖深度与技术条件；（3）场地的施工条件与技术要求；（4）经济技术合理性；（5）可以选择单一方法也可以选择多种方法的组合。长春市黏性土降水方法：用点井法或管井法。多用管井，每米造价70元。用水泥管每米15到18元。井深是开挖深度的两倍。不能平面布井。2023/2/211岩土工程设计-降水工程一、地下水动力方法（以裘布依理论为基础）（1）将降水基坑视为是一个大井；（2）确定含水层的性质及其井的性质与边界条件；（3）计算涌水量：Q—总的涌水量，q—单井的涌水量；（4）计算降水井个数：h=Q/q；（5）计算井距；（6）计算井深。6.3降水设计原理2023/2/212岩土工程设计-降水工程6.3降水设计原理承压完整井承压非完整井各种井的布置示意图2023/2/213岩土工程设计-降水工程根据地下水类型和井的性质选择涌水量计算公式（1）潜水完整井涌水量公式式中：K—渗透系数；H—潜水含水层厚度；S—抽水井的降深；Ro—基坑抽水影响半径，从基坑中心算起（Ro

=R+X0）；Xo—基坑的引用半径。6.3降水设计原理2023/2/214岩土工程设计-降水工程（2）承压水完整井涌水量公式式中M—承压水层厚度。（3）潜水非完整井的涌水量公式式中

L——过滤器长度；

h0——过滤器顶到隔水层底板距离。6.3降水设计原理2023/2/215岩土工程设计-降水工程6.3降水设计原理（4）承压水非完整井涌水量公式式中l——过滤器长度。（5）透水边界潜水完整井涌水量计算公式。（6）透水边界潜水非完整井涌水量计算公式。（7）隔水潜水完整井涌水量计算公式。（8）隔水潜水非完整井涌水量计算公式。（9）透水边界承压水完整井涌水量计算公式。（10）透水边界承压水非完整井涌水量计算公式。（11）隔水边界承压水完整井涌水量计算公式。（12）隔水边界承压水非完整井涌水量计算公式。2023/2/216岩土工程设计-降水工程6.3降水设计原理二、水文地质比拟法1.水文地质条件相同或相似——天然条件；2.开挖的深度和开挖的形式及开挖时间相同或相似；3.基坑形状和开挖面积相同或相似。三、有效半径法——不太成熟的方法1.根据有不同深度不同时间的抽水降深的曲线有单井或多井；2.根据开挖深度时间选有效半径。有3m、5m、7m、8m等；3.通过计算机进行优化。2023/2/217岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计一、概述（一）降水设计依据资料1.场地测量资料。2.场地及其周围管线。3.场地的轮廓，轴线，外墙线，边坡开挖线，允许降水井布置的线。4.基坑开完深度，施工顺序。5.降水时间。6.排水位置。7.周围建筑物的基础，与对环境的影响。2023/2/218岩土工程设计-降水工程（二）工程降水的设计依据1.根据基坑的形状深度与技术要求。有没有护坡桩，长方形布井较好，主要是在角点上布井不利。不同形状设计的个数和间距将不同。2.水文气象资料。去最大降水的资料，距离江河近时要考虑江河的最大水位时间。3.水文地质条件。地下水类型，地下水流向，各类土的毛细上身高度。4.水文地质参数的确定。目前除了上海、天津外各地基本不做降水的水文地质试验。5.岩土工程地基勘察资料。6.附近工程降水资料。6.4工程降水设计2023/2/219岩土工程设计-降水工程二、工程降水设计要有平面图，剖面图。考虑天然因素，人为因素。（一）工程降水的水文地质参数K—渗透系数R0—降水漏斗半径μ—给水度a—压力系数1.在岩性已知的情况下，用经验数据黏土的渗透系数是0.1—0.5m/d。2.利用经验公式，潜水承压水3.利用已有的工程降水资料来估计参数。4.利用抽水实验。（二）降水方案设计——地下水动力方法1.根据地下水类型和井的性质选择涌水量计算公式6.4工程降水设计2023/2/220岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计2.降水出水量的计算（1）基坑总的涌水量计算X0的求法：F——基坑面积①②矩形基坑化为圆型u—系数；l、B—基坑长度、宽度③X0的平方根算法2023/2/221岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计3.单井的涌水量设计的单井出水量应小于单井出水能力，单井出水能力可按下列方法确认：（1）真空井点出水量可按1.5-2.5m3/h选用；（2）喷射井点出水量可按下表选用；（3）降水管井的出水能力应选择群井抽水中水位干扰影响最大的井，按下式确定：2023/2/222岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计式中q——管井出水量；

d——过滤器外井；2023/2/223岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计

α′——与含水层渗透系数有关的经验系数；

l′——过滤器淹没段长度；

（4）含水层的经验系数α′可按下表确定2023/2/224岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计式中：r—抽水井半径；n—抽水井个数。4.求井数、井距（1）井数n=Q/qn=(6～8)+1.15Q/q(2)井距b=L/nA.均布井b=L/nB.非均布井长方形场地长边布置Xi=aiLXi—相邻两眼井距ai—系数L—长边的边长例：X1=a1L=0.1945*96.9=18.9；X2=a2L=0.18*96.9=17.4X3=a3L=0.1452*96.9=14.1；X4=a4L=0.077*96.9=7.52023/2/225岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计降水井平面布置2023/2/226岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计井形布置原则①井角必须有井；②从井角向内由密变疏5.井深经验公式：井的深度*2h=H+c+2X0+L1+L2

式中：h—井深；H—基坑开挖深度；c—基坑底向下土层毛细上升高度；I—水力坡度；X0—基坑引用半径；L1—水位控制器控制长度；

L2—沉淀长度。2023/2/227岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计三、单井设计（一）内容1.单井成孔采用机械。2.单井的井径，井管直径，填料直径，测绘平面剖面图。3.滤水管的结构和包裹。（二）成井工艺（三）单井设计说明四、计算水位降深井点数量、间距及排列方式确定后，可以根据以下公式计算水位降深，主要计算基坑内抽水影响最小处的水位降深值，检查是否满足水位降深的要求2023/2/228岩土工程设计-降水工程6.4工程降水设计对于潜水含水层对于承压含水层式中h——在井点抽水影响范围内某点（Z）的水头值，即h=H-S（m）

x1、x2、….xn——从某点（Z）到井点中心的距离；

S——在井点抽水范围内某点（Z）的水位下降值。经过降深场的水位计算，如果达不到设计水位降深的要求（过小或过大），则须重新调整井点数与井点间距，再进行降深场的水位计算。2023/2/229岩土工程设计-降水工程6.5工程降水案例（北方大厦降水工程）

6.5.1概况本工程的地下水位较高，距地面只有1.4～1.7m，高于基坑开挖面9.5～9.8m。基坑工程施工时，必须采取适当的降水和排水措施，以使基坑内保持干燥的施工环境。对于采用土钉墙支护的基坑工程，降、排水措施是否有效，显得尤其重要。从以往的工程经验来看，土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用，水使土钉墙产生软化，引起局部或整体破坏，从而导致基坑工程事故的发生。因此，必须在基坑工程开挖之前，进行降水工程施工，使地下水位降至基坑开挖面以下0.5～1.0m,以保证基坑工程和地下结构工程的顺利进行。2023/2/230岩土工程设计-降水工程本工程基坑形状呈三角形，周围三面临街，基坑上边缘距人行道边的距离东侧与北侧为2.0m,南侧为4.0m，附近没有十分重要的建筑物和其它地下设施的存在。根据长春地区以往的工程经验，基坑降水不会给周围环境带来不良影响。本工程基坑支护结构采用土钉墙，土方开挖采用履带式正铲挖土机，配合人工切削边坡。基坑工程及地下结构部分施工工期为80d。场地地下水属于上层滞水，主要埋藏在②～④层粉质粘土中，第⑦层粘土可视为不透水层，含水层平均厚度为14.0m。基坑工程要求降水深度达到基坑底面以下0.5m，水位降低值S=10.2m。降水范围为基坑范围以内，降水面积约为2133m2，降水时间从基坑开挖至土方工程全部回填之后约80d。根据岩土工程勘察资料，含水层内平均渗透系数K=0.8m/d。6.5工程降水案例（北方大厦降水工程）2023/2/231岩土工程设计-降水工程对于潜水完整井环状井点系统，可以把整个井群看成一口大井，按下式计算涌水量：式中Q—基坑总涌水量（m3/d）；K—潜水层渗透系数（m/d）；H—潜水含水层厚度（m）；s—水位降低值（m）；R0——群井抽水影响半径（m）；X0——基坑范围的引用半径。（m）6.5工程降水案例（北方大厦降水工程）2023/2/232岩土工程设计-降水工程6.5.2工程降水设计计算1．确定井点管埋置深度为了保证使地下水位降至基坑底面以下0.5～1.0m，井点管埋置深度应满足下列要求：HW≥Hw1+Hw2+HW3+Hw4+HW5式中Hw1——基坑开挖深度（m）；Hw2——降水水位距基坑底要求的深度（m）,取Hw2=0.5m；Hw3——iX0,i为水力坡度，可取i=1/10；X0为降水排距的1/2，取X0=26.0m；Hw4——降深水位以下滤管长度，取HW4=0.6m。HW5——沉砂管长度，取HW5=0.6m6.5工程降水案例（北方大厦降水工程）2023/2/233岩土工程设计-降水工程隔水层距地面高度为15.5m，此井为潜水完整井。2．确定井点系统引用半径X0,在计算井点系统的总涌水量时，可把整个井群视为一口大井，X0则为井点系统的引用半径。对于长宽比不大于5的不规则形状基坑，可按下式确定其引用半X06.5工程降水案例（北方大厦降水工程）2023/2/234岩土工程设计-降水工程3．确定抽水影响半径R及井点系统引用影响半径X0抽水影响半径是指水位降落漏斗曲线稳定时的影响半径，一般在水泵出水量稳定后，再经1～5d就能达到稳定。确定井的抽水影响半径，最可靠的方法是进行抽水试验，将各个观测井的水位值，用平滑曲线连接起来，并延长至地下水位相交（相切），即可得到影响半径，也可通过抽水试验测得涌水量Q和水位降低值s，反求R值。当基坑安全等级为二～三级时，可采用下式计算R,对潜水含水层：6.5工程降水案例（北方大厦降水工程）2023/2/235岩土工程设计-降水工程井点系统引用影响半径：R0=R+X0=94.4m

4．计算基坑总涌水量Q本工程在基坑周围距基坑边缘1.0m处，均匀布置深井井点，可按潜水完整井环状井点系统计算其涌水量。

5.计算单井出水能力在降水设计中，单井出水量应小于单井出水能力，降水管井的出水能力应选择群井中水位干扰影响最大的井按下式确定：6.5工程降水案例（北方大厦降水工程）2023/2/236岩土工程设计-降水工程

式中q—管井出水能力（m3/d）；d—过滤器外径（mm），本工程取d=300mm；α′—与含水层渗透系数有关的经验系数，本工程取α′=180；l′—过滤器淹没长度（m）。6．确定井点数及井距初步确定井点数在井管布置时，要考虑基坑三角形处的加密，需增加3个井，再考虑到施工时可能会出现死井等因素，应增加10%。6.5工程降水案例（北方大厦降水工程）2023/2/237岩土工程设计-降水工程

井距D=L/n=202/19.28=10.5m取D=10.0mn=206.5.3井点系统设计1.井点系统平面及高程布置本工程井