3基坑开挖-降水

1.3.3基坑降水一、概括一）降水目的1、防范涌水、冒砂，保证在较干燥的状态下施工；2、防范滑坡、塌方、坑底隆起；3、减少坑壁支护结构的水平荷载。地下含水结构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二）流砂现象1．动水压力――地下水在渗流过程中遇到土颗粒的阻力，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

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、轻亚黏土、淤泥中。用抽水机在基坑底明排水粉细沙随处下水流入基坑，产生流沙在基坑开挖和地下结构施工中，一定防范流沙，免得支护无效发生重要基坑坍塌事故。上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地下水充足，基坑土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成支护结构无效坍塌事故。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3．流砂的防治减小动水压力（板桩等增加L）；均衡动水压力（抛石块、水下开挖、泥浆护壁）；改改动水压力的方向（井点降水）。2～5％排水沟集水井水泵二、集水井法1．概括――用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者挖至地下水位时，挖排沟渠→设集水井→抽水→再挖土、沟、井2、要求：（1）排沟渠：沿基坑底四周设置，底宽≮300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1％。（2）集水井：沿基坑底边角设置，间距20～40m，直径0.6~0.8m，井底低于坑底1~2m。长远用，有护壁和碎石压底。（3）水泵：离心泵、潜水泵、污水泵……（一）普通明沟排水法（二）分层明沟排水法离心泵工作简图三、井点降水法（一）特点成效明显，使土壁稳固、防止流砂、防范隆起、方便施工；可能惹起四周地面和建筑物沉降。（二）井点种类及合用范围在地下水丰富地区，当土的浸透系数为0.1～1m/d时，常采用轻型井点降水。轻型井点降水全貌图二级轻型井点降水发射井点井点管电极<60V的直流电源电渗井点示意图管井井点构造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，相对措施花费不高；弊端是周边场所要空阔，开挖和回填土方量大。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管井井点的滤管管井井点降水是一种常用的降水方法，合用在降水深度要求大，土质的浸透系数在20～200m/d。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。管井的井点管井的四周填入砂滤料钢管深管井井点井孔粘土封口φ50出水管电缆砾石滤水层φ375钢井管潜水电泵滤水管滤网导向段开孔底板中粗砂φ75总管钢板井盖φ50出水管无砂混凝土管深管井井点井孔潜水电泵砾石滤水层沉砂管无砂混凝土滤水管沉砂管粘土封口（三）轻型井点降水1．降水原理2．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；连结收：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门；抽水设备：真空泵――真空度高，体形大、耗能多、结构复杂射流泵（常用）――简单、轻小、节能隔膜泵（少用）轻型井点降水系统构成总管井点管弯连管真空泵轻型井点降水发射混凝土坡面保护滤管构造真空泵井点设备工作原理图(b)射流器构造射流泵井点设备工作原理图(a)工作简图3．井点部署（1）平面部署单排：在沟槽上游一侧部署，每侧高出沟槽≮B。用于沟槽宽度B≤6m，降水深度≤5m。双排：在沟槽双侧部署，每侧高出沟槽≮B。用于沟槽宽度B>6m，或土质不良。环状或U形：在坑槽四周部署。用于面积较大的基坑。如采用U形部署，则井点管不封闭的一段应在地下水下游方向。a）单排部署；b）双排部署；c）环形部署；d）U形部署单排井点平面及高程布置（2）高程部署（图）单排部署：H=H1＋h＋iL+l环状井点平面及高程布置双排或环状部署：H=H1＋h＋iL+l井管埋深：H埋≥H1＋h＋iL。H1――埋设面至坑底距离；h――降水后水位线至坑底最小距离（一般可取0.5～1m）；i――地下水下降坡度，环状1/10，线状1/5；L――井管至基坑中心（环状）或另侧（线状）距离。当H埋>6m时：降低埋设面；采用二级井点；改用其余井点。4．计算涌水量Q：（环状井点系统）（1）判断井型（图）依照滤管与不透水层的关系：完好井――到不透水层非完好井――未到不透水层.依照能否承压水层：承压井无压井水井的分类（2）无压完好井群井井点计算Q＝1.366K(2H－S)S/(lg(R+X0)－lgX0)（m3/d）K――土层浸透系数（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=2S(HK)1/2；X0――环状井点系统的假想半径（m）；当长宽比A/B≯5时，X0=(F/π)1/2，不然分块计算涌水量再累加。F――井点系统所包围的面积。s（3）无压非完好井群井系统涌水量计算（近似解）以有效影响深度H0取代含水层厚度H用上式计算Q。H0的确定方法：s——井点系统中心处的水位降低值，s’——井点管处的水位降低值。注意：1、当H0值超出H时，取H0＝H；2、计算R时，也应以H0代入。（4）承压完好井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hsHMR5．确定井管的数目与间距（1）单井出水量：q＝65πdlK1/3（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：取井距D（5）确定井点数：n＝L总管/D≤D’≥15d符合总管的接头间距。例题：某基础施工，基坑宽8米，长12米，深4.5米，挖土边坡1：0.5，经地质勘探，天然地面以下为1米厚亚黏土，其下有8米厚的细砂层，细砂层的K=8m/d，在细砂层下为不透水的粉土层，地下水标高为-1.5米。拟采用轻型井点法降水，试进行井点系统的设计。

解：采用环型轻型井点系统。

为使总管凑近地下水位，表层土先挖除1米，则基坑上口尺寸为：11.5*15.5m2。

则总管长度为：

L=（（11.5+2）+15.5+2））*2

=62m,取64米。

(一）部署

1、平面部署如右图；

2、高程部署，以以下图：环状井点平面及高程布置井点管埋深H埋≥H1＋h＋iL=3.5+0.5+0.1*6.775=4.675m采用6m井点管φ51，露出地面0.2m,滤管取1.0m长（二）涌水量计算：1、鉴别井点管类型：1）井点管+滤管=7米，没有达到不透水层，2）基坑长宽比小于5；故按无压非完好井环型井点系统计算。2、涌水量计算：Q＝1.364K(2H0－S)S/(lg(R+x0)－lgX0)1)K=8m/d2)H0~SS=3.5,S'=3.5+0.68=4.18mS/s'+l=0.68查表取H0=9.27m实质H=8+1-1.5=7.5m，取H0=H=7.53）抽水影响半径R：R=1.95S(HK)1/2=52.87m4）基坑假想半径X0：=(F/π)1/2=8.67mQ＝555.43m3/d3、井点管数目及间距：1）单根井点管出水量：q＝65πdlK1/3=20.41m3/d2）数目：最少井点数：n’＝1.1Q/q＝29.9=30（根）3）最大井距：D’＝L总管/n’=2.13（m）；4）确定井距：取井距D=2.0或1.6（m）。取1.6m，则n＝L总管/n=40（根）练习某基坑底面尺寸为30m×20m，基坑深4米，地下水位在地面以下1米，不透水层在地面以下10米，地下水为无压水，土层的浸透系数为15m/d，基坑边坡为1：0.5，拟采用轻型井点降水，试进行井点系统的部署和计算。6．井点管的埋设与使用（1）埋设方法：水冲法：水枪、井管自己（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；连续抽水不中断（水量先大后小，先混后清），防范拥堵。降水施工管井井点施工时，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。管井的井点管井的四周填入砂滤料3）注意问题：1)真空度0.6~0.7大气压2)死管：检查、变活3)设观察井检查水位下降状况4）拔掉井管：基坑回填后；井点管孔要及时回填；卷扬机、支架；51×6.5m上拔力1.2~1.8t7、井点降水对四周环境的影响1）井点降水的不利影响井点管埋设达成开始抽水时，井内水位开始下降，一般状况下，经过一段时间以后，在井点四周形成漏斗状的曲折水面，即所谓“降水漏斗”，此后逐渐趋于稳固。降水漏斗范围内的地下水位下降此后，会造成土体固结沉降，因为漏斗形的降水面不是平面，因此所产生的沉降也是不均匀的。在实质工程中，还可能把土层中的一些土颗粒连同地下水抽出，这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧，造成周边建筑物及地下管线的不同程度的破坏。2）防范井点降水影响的措施平时采用的技术措施有：（1）采用合理的井点降水部署，防止过分降水；（2）在周边环境保护有严格要求的地区，尽可能采纳设置止水帷幕的方法，切断地下水的渗流，必需时可进行坑内降水，减少降水影响范围（3）降水场所外缘设置回灌