中铁地下基坑工程渗漏水问题

地下基坑工程

——水问题

水问题目录渗透性渗透力土粒渗流j渗流量1基坑工程水问题围护结构质量稍有不慎，水会引发险情渗漏水突涌承压水引起突涌破坏管涌不打井点或井点失效后，管涌渗水降水不到位，影响施工渗流改变土体参数、应力状态的变化渗流滑坡水土流失孔隙水在水头差作用下渗透：水通过土孔隙流动的现象渗透性：土允许水流透过的性质造成水量损失，影响工程引起土体内部应力状态变化讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，渗透力及渗透变形等问题。2.1渗流中的水头与水力坡降2土的渗透性2.2达西定律2.3渗透系数的测定及影响因素2.4层状地基等效渗透2.5流网碎散性多孔介质三相体系孔隙流体流动能量差土颗粒土中水渗流概述渗流量渗透变形土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流渗水压力渗流量渗透变形透水层不透水层基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流渗流量透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q影响范围降水深度原地下水位渗流时地下水位渠道渗流渗流量ABL透水层不透水层基坑板桩墙2.1渗流中的水头与水力坡降ABLh1h2zAzBΔh00基准旨面水力料坡降唤线总水痕头－单位短重量仓水体书所具闹有的挠能量z：位置副水头，用重力势p/γw：压力毛水头，压力妻势V2/(2府g)：流速水际头≈0，动盼能A点总水息头：B点总不水头凯：总水头贡：水力装坡降瓦：水头病差：测管水控头水力效坡降贿：沿渗透替途径水迁头损失往与相应色渗透途洽径长度糖比值锈。水流菠经过单况位长度鞭渗透路澡径为克叠服摩擦欺力所耗夜失的机极械能。试验们前提岸：Δh↑，Q↑A↑年，Q↑L↑，Q↓断面平凉均流速水力丧坡降试验喜结果试验辰条件:h1，A，L=c围ons太t量测变柱量:h2，V，TΔh抹=h1-h2Q=龄V体/T2.租2达西定艘律LAh1h2Q透水石185括6年法封国学者Da那rc饺y对砂土的渗跪透性苏进行嘱研究达西瓣定律层流达西定绑律：在层流沫状态的制渗流中扒，渗透揉速度v与水力床坡降i的一次摔方成正相比，并步与土的悟性质有骆关渗透系能数k:反映日土的特透水烟性能叔的比爬例系报数，田其物艇理意由义为威水力瞧坡降i＝1时的漆渗流私速度椒，单梅位：cm/监s,禾m/s维,m递/da炸y，(水力标坡降热无因雅次的)渗透速绍度v：土体试闭样全断仗面的平团均渗流泊速度，奇也称假粥想渗流蛾速度其中海，Vs为实找际平铁均流播速，梢孔隙向断面胶的平晕均流傍速？？实际理想蹄模型QQ’模型简才化：同一断静面Q=Q竞’所受怖阻力认相同压力P=雾P’相同PPAAs表观洁流速贡（出准逸流贩速）v=嫂Q/铸A实际流猜速（方店向、大钓小各点纪不同）流速（院渗透流皆速）vsAvv：假玻想渗拜流速看度，液土体抬试样骨全断小面的咬平均橡渗流逃速度vs：实际芳平均渗趟流速度君，孔隙械断面的壮平均渗誉流速度平均爸流速刮与实煮际流税速的设关系Q=技vsAvQ=v愚A达西定道律是描乐述层流驼状态下侨渗透流鼠速与水渐头损失君关系的闸规律，搭即渗流穗速度v与水甩力坡镜降i成线性扒关系只适狱用于层流范围。税在土木优工程中菊，绝大版多数渗肺流，无隔论是发谈生大多掌数砂土弟中或一昂般的粘遗性土中两，均属咳于层流挤范围，款故达西老定律可截适用。v=k竹i适用范羊围紊流胜？？层流！爬！土类渗透系数k(cm/s)渗透性纯砾>10-1高渗透性中、粗砂、砾砂10-3~10-1中渗透性细砂10-5~10-3低渗透性粉土、砂与粘土混合物10-7~10-5极低渗透性粘土<10-7几乎不透水层流雷诺数Re＜1-1腾0层流Re＞10毅0紊流100＞Re＞10过渡区流线咐不相惊交流线相蛮交，旋终涡层流紊流v-平均笑流速d-土平躺均粒削径η-粘滞系状数v=丛ki在粗铸粒土苦孔隙绞中，雨水流烈形态羽可能诞会随省流速蹄增大鸣呈紊用流状售态，千渗流讲不再德服从求达西名定律雷诺数粗粒土挂：砾石类岔土中的疲渗流不攻符合达隐西定律vcrivovcrivoi0两种特办例粘性割土：致密的秤粘土i>毙i0,糠v=谈k(扶i妙-游i0)不适还用范散围紊流室内试魔验测定习方法野外毒试验帮测定唱方法常水竞头试泡验法变水吸头试愧验法井孔抽斗水试验井孔注纺水试验2.3渗透依系数叹的测早定及隐影响财因素渗透系超数的大洁小是直沉接衡量夕土的透懂水性强快弱的重健要力学遵性质指讨标。结果整耀理试验名条件:Δh，A，L=或co述ns岸t量测车变量:V，ti=Δ虎h/LV=Q咳t=v巡寿Atv=岂ki适用壮土类泻：透水性珍较大的剂砂性土hL土样AVQ透水性隔较小的免粘性土?室内试垒验1不变的给水头差模型简铅化：常水度头试深验试验堪装置负：如图试验浪条件:Δh变化，A，L=圾co另ns清t量测变柜量:Δh，t土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关a室内试优验2变水冠头试解验结果整态理:理论依馒据:t时刻：ΔhdtdhdVe=吨-疯ad封hdVo=k战iA缝dt烦=k多(Δh院/L像)A搅dtdVe=d能Vo流入汗量：流出量凯：连续茎性条河件：-a办dh师=毙k军(Δh/秘L)A扎dt选择几鼠组Δh1,Δh2,太t，计滑算相难应的k，取届平均枯值土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关ahdhtt+dt优点教：可究获得芽现场畅较为糟可靠诉的平宜均渗圣透系祥数井抽水量Qrdhdrh不透占水层地下水位≈测压管水面r1r2h1h2观察井A=堡2πrhi=d炭h/d台r缺点嘴：费敏用较恋高，稍耗时荷较长积分野外忘试验井半伯径降水影枝响半径井的水继深Hh0r0公式1R公式2抽/注水粮试验粒径块大小附及级抖配孔隙连比矿物成述分结构饱和娱度（秆含气四量）水的磨动力衫粘滞精系数K影响因潮素是土中洲孔隙直笑径大小疾的主要糖影响因少素；因枪由粗颗扁粒形成陕的大孔刻隙可被摆细颗粒令充填，费故土体貌孔隙的俯大小一弟般由细瓦颗粒所趴控制。是单位采土体中歇孔隙体鸣积的直毛接度量恒；对于纪砂性土倚，渗透混系数k一般都随孔店隙比e增大卸而增肯大。对粘关性土创，影晴响颗酒粒的铸表面寸力；屋不同脏粘土声矿物纯之间信渗透芹系数恩相差呜极大斑，其勾渗透蔬性大纤小的朵次序拣为高摊岭石>伊里石>蒙脱石场；塑性特指数Ip综合反班映土的撇颗粒大姿小和矿残物成份蛛，常是昂渗透系抹数的参缸数。影响应孔隙稼的构合成和绪方向而性，射对粘捞性土侧影响陈更大惑；在妙宏观尝构造题上，权天然哲沉积面层状高粘性然土层钻，常楚使得k水平﹥k垂直；在微规观结构嫁上，当庆孔隙比富相同时况，凝聚较结构将索比分散听结构具巧有更大对的透水擦性。粒径大饺小及级配度结构矿物证成分孔隙比土粒刻特性饱和度sr(%旅)渗透叮系数k(习10-3cm涝/s笑)876543280书90赌1帖00饱和抗度的题影响流体粘渡滞性的司影响温度侮高粘滞性酱低渗透系糠数大封闭灯气泡居对k影响端很大区，可搂减少勉有效欠渗透痒面积帝，还订可以示堵塞到孔隙构的通筋道流体铜特性x不透悠水层条件:等效渗誓透系数:L1122水平渗绿流2.4层状己地基惨等效航渗透xzv承压水条件:等效渗司透系数:vi=ki(Δhi/Hi)竖直政渗流按层厚移加权平奸均，由滴较大值讨控制倒数煌层厚括加权遭平均泥，由净较小巩值控苏制算例井点降峡水原理降水井券原理止水帷膜幕+降水井回灌井杯原理降水餐适用末范围流网及遵其特性流线贪和等拜势线江正交流网中洋每一网老格的边屑长比为常催数，享通常患取为1流网中腥相邻等典势线间遇的势函数（眉水头）伏差不变各流鲜槽的飘渗流灰量相局等在流场劳中，流逐线和等低势线（睬等水头哄线）组揉成的网弓格称为花流网H=H1-H20H1H2不透水层lsabcdefgh2.赠5流网流网问识别H=H1-H20H1H2不透水层f测管浑水头h确定流拘速确定闻流量水力短坡降hhhH1-hH1H1-2hqqqq流道扁数2.5流网流网吵应用典型流绢网分析接近税坝底义，流拆线密冒集，兆水力野梯度御大，嚼渗透锈速度疯大远离丢坝底讲，流闷线稀钩疏，砍水力赖梯度槐小，剥渗透构速度悬小3渗流量水井办是最娇为常溪见的台集水爽（地在下水淋）建碗筑物钱。①根据智井径的宽大小和屡开凿方帝法的不畜同，分灯为筒井旗和管井椅。②按跳含水畜层埋前藏条赔件分拉为：止潜水各井和翼承压拆水井遮。③按水设井进入巧含水层投的深度泡分为完此整井和塔不完整觉井。水井完整拆井不完蚊整井不透水熄层水井186皇3年法国爸水力学苗家裘布反依(Du且pui蛋t)首先应片用直线零渗透定晚律研究西了地下糕水向完止整井的籍稳定运招动规律誓，推导菌出了著建名的裘胃布依(D目up助ui款t)公式。1.督1公式畜推导徐时的妥假定巩条件①地下水捡运动为场稳定流毒，符合勤达西定淡律，即致：Q＝KFI；②含水层坏均质、恢等厚，架各向同刷性；③含水蕉层的盾隔水腰底板回水平则，天欠然水涂力坡确度为球零；④边界条上件为环胀形补给速边界(半径为R)；⑤抽水泉井流果量稳页定不懒变。渗流僻量1潜水完诉整井井抽水万量Qrdhdrh不透水踏层Hh0r0R降水漏垂斗初始水姓位面1.2推导壁过程地下饥水流录向为柱指向棕水井妈中心醉的放俭射状裳直线朽，等罢水位榆线为垄以水恭井为射中心堆的同鄙心圆厚柱面赠，且粱：Qr1=Qr2=…=犬Q=花Av=痒Aki肺=A钓k△h/L，根据喜达西暴（Dar侮cy）定律耐，有：分离虫变量产：积分甚得：rdhdr不透水平层hQrhdr代入巩定解锅条件普：移项派：或写途成常框用对炉数形钱式：1.3商T笔hie沸m(蒂姆)公式两个观艇测孔一个观烫测孔井抽水石量Qrdhdrh不透态水层Hr0RKM2.承压完届整井2.饺2推导立过程①地下水亏流向为榜指向水洲井中心幅的放射滤状直线村，等水罗位线为体以水井就为中心愧的同心秧圆柱面容，且：Qr1=Qr2=…=Q②根据达菌西（Dar优cy）定律淋，式中常，T=K请M写成常父用对数桥形式：2.3挽Th梢iem张(蒂姆)公式两个著观测跃孔一个固观测田孔土类渗透系数k(cm/s)渗透性纯砾>10-1高渗透中、粗砂、砾砂10-3~10-1中渗透细砂10-5~10-3低渗透粉土、砂与粘土混合物10-7~10-5极低渗透性粘土<10-7几乎不透水不同晓土质KQ=v说A=k粪i鲜A单位计时间惭内流吨过某我一段授土体扩的流所体体筋积，m3/s纯砾影：V总=QT非=k胶iA锹T=档0.1×0.穴3×36谣00×24×A(网cm3)=2熄0m3细砂：V总=10-3×20=葱0.0箭2m3密实放粘土多：V总=者2×10-6=率0例：片渗水直绞径1m，水力金坡降0.3，24小时的刺水量？4土的盏渗透替变形4.1渗透力4.2渗透变忙形4.3防治散措施土粒渗博流j定义：单位百土体巴内土挎骨架点所受买到的痕渗透匪水流奴的拖盖曳力岁。j把=γwi大小昼：方向继：与渗腿流方蚁向一古致作用喊对象仔：土骨架4.睡1渗透力土工建疏筑物及旬地基由个于渗流袭作用而附出现的午变形或学破坏。基本既类型流土管涌形成樱条件防治措拴施4.辱2渗透变译形突涌管涌真土非管涌协土在很大诱的水力卖梯度下范也不会辅发生管燃涌在不大磨的水力庆梯度下竿就可以稠发生管毅涌流土型管涌型粘性查土无粘悄性土过渡型黄土只有流律土而无评管涌与土的喉颗粒组益成、级深配和密焦度等因哑素有关与密度怪有关，勺大密度夸流土，滑小密度歪管涌粘性土k1<<k2砂性土k2坝体粘性鸽土基都中，士土颗草粒间光有粘桂结力痰，个辈体不临易被迫冲动载携带示，在奖向上扯的渗偶透作冷用下丈，表层局针部土体颗阵粒整体枯同时发扔生悬浮扇移动的现钞象渗流原因：4.2渗透变闻形流土i夺<樱icr:i=icr:i忙>混icr:土体处渗于稳定倦状态土体分发生练流土虾破坏土体处制于临界启状态任何土悔，包括邀粘性土脊或无粘哈性土,渗透税坡降储大于毕临界私水力驾坡降情这一受个事晨实，扮均要省发生贷流土阿。即i普>icr土粒任何佛土，裂包括扭粘性汽土或教无粘胀性土,渗透崖坡降言大于带临界院水力问坡降欧这一逢个事膝实，漏均要咳发生屑流土肌。即i疼>icr透水抽层基坑板桩墙ΔHLH1不透水捉层基坑ΔHLl1i面<灰icr:i>之icr:土体处程于稳定告状态土体发插生流土澡破坏坝体原因内因厅：土不中粗尤颗粒叉所构撞成的横孔隙刚直径掉必须踪蝶大于龟细颗夕粒的拖直径外因：振渗透力暴足够大渗流过程比演示1.在渗阅透水雷流作淘用下铺，细疮颗粒绢在粗庆颗粒健形成默的孔舱隙中灯移动艘流失2.孔隙不室断扩大旺，渗流版速度不驰断增加歌，较粗猛颗粒也萄相继被乔水带走3.形成档贯穿熔的渗添流通疑道，稠造成列土体程塌陷管涌4.2渗透变绩形在渗流拔作用下陆，一定歪级配的管无粘性棚土中的绿细小颗袜粒，通违过较大照颗粒所港形成的赴孔隙发扑生移动贿，最终但在土中狐形成与键地表贯肠通的管竟道。较均匀缓土（Cu≤乒10）管涌几何困条件水力条屯件必要条篇件级配孔隙及迹细粒判定非管涌定土粗粒省形成淡的孔仪隙通哪道小尸于细仰粒径不均匀土（Cu>阁10）不连驻续连续D0=0王.2守5d20细粒践含量>3哀5%细粒随含量<2和5%细粒含颜量=2榜5-响35祸%D0<d30D0>d50D0=d30-d50管涌土过渡僵型土非管涌疾土非管晋涌土管涌州土过渡型树土(1)几何只条件土中粗供颗粒所土构成的犬孔隙直胶径(D0)必须大炸于细颗拐粒的直教径(ds)，才可求能让芦细颗匙粒在诸其中创移动兴，这巾是管关涌产夸生的必要条堆件。一般税发生旷在无俱粘性也土中扣。(2信)水力巾条件渗透力滑足够大农，能带犹动细颗摄粒在孔免隙间滚铺动或移饶动砂层基坑板桩肉墙ΔHL不透水扣层承压水臂层粘土层流土仍与管屋涌的多比较流土土体局扩部范围钳的颗粒疤同时发忙生移动管涌只发宇生在狸水流逮渗出蛾的表润层只要渗黎透力足唇够大，瞧可发生筝在任何备土中破坏盏过程推短导致都下游捎坡面条产生拨局部戏滑动筒等现象位置土类历时后果土体内侦细颗粒图通过粗戚粒形成近的孔隙握通道移废动可发膊生于爽土体担内部圾和渗怨流溢发出处一般属发生耐在特铅定级团配的羡无粘荷性土抱或分封散性敬粘土破坏滚过程萄相对想较长导致结手构发生遮塌陷或亦溃口突涌4.旋2渗透情变形当基映坑下君有承怨压水潜存在训，开闯挖基跑坑减唤小了融含水当层上京覆不老透水俯层的托厚度嫌，在朴厚度州减小辆到一梳定程毕度时欣，承劫压水吧的的筑水头冤压力养能顶瓣裂或或冲毁董基坑棕底板翼，引谎起基丘坑底汇土体挺隆起脱破坏津并同博时发腐生喷庄水涌胶砂的古现象论。基坑板桩铅墙基坑突篮涌，偏驳保守承压水洁层不透灰水层(粘土成等)不透会水层(粘土听等)Hh规范：4.2渗透变凤形基坑板桩冶墙基坑观突涌承压水敬层不透浩水层(粘土掠等)不透扑水层(粘土等)Hh考虑土叼体剪切继强度理论苦研究远：突涌土的却临界乖水力吗梯度抗渗约强度感：土蛛体抵近抗渗辫透破雹坏的蒸能力巨，通斑常以引濒临鬼渗透垃破坏刘时的娃水力导梯度稍表示胶，一黑般称脊为临界厅水力眼梯度或抗渗梯姿度，此时坚土体结卡构破坏筛，土粒肝处于一商种悬浮烤状态。4.疾3临界床水力敬梯度流土型暑土的临粗界水力和梯度流土的导临界水暮力梯度键决定于悄土的物疫理性质赚，当土状的比重吓和孔隙靠率已知熊时，则帽土的临弹界水力荡梯度是螺一定值剂，一般略在0.8由~1.登2之间根据竖袋向渗流压不考虑呆周围土感体的约揉束作用吸情况下凝推得的蚁，因此底，按此炕式求得凉临界水晶力梯度筛偏小，专一般比股试验值刻要小15％～20％粘性倘土的购临界井水力障梯度粘性杜土由腹于粒套间粘塑结力间的存轰在，附其临共界水吗力梯列度较补大。粘性土该与无粘絮性土的蛾流土破羽坏机理厨不同，辆后者是怜由于渗枪流力的刃作用，笛前者则葵还与土摧体表面哀的水化嘱崩解作售用（水晶稳性）逢以及渗垒流出口裂临空面态的孔径俯有关。链水科院贴建议对趁粘性土逸出梯辽度与渗牲透稳定流土剑一般会发生宽在渗争流逸折出处阴。因植此只换要求趟出渗汇流逸扫出处辛的水迷力梯勤度，爪就可麦判别狗流土闹的可俘能性住。土处中于稳逆定状碧态土处于铸临界状小态土处索于流骡土状油态逸出攀梯度柜与渗雹透稳膊定渗透逸岔出的水纲力梯度峰实际上昌是不可粮求出的考，通常瞧是把渗奴流逸出免处的流谊网网格询的平均郊水力梯榨度作为边逸出梯盏度。在设计坝时，为锯保证建堡筑物的造安全，革通常要自求将逸么出梯度塘限制在拘容许梯掘度之内安全系意数Fs=1贿.5胃~2透水层基坑管涌型袋土的临席界水力沾梯度管涌是识单个土怎粒在土私体中移弃动和带蛛出，水厅科院提地出的管凤涌土临筑界水力欠梯度的烫计算公逢