第7章 降排水工程

1、第七章 降排水工程,,,,第一節(jié) 概述第二節(jié) 降排水的分類及適用條件第三節(jié) 排水工程 第四節(jié) 降水工程,,,,,1. 2003年10月中旬（雨季）東區(qū)CBD，發(fā)生基坑塌方。 2. 2005年10月（近期雨季） 某5m基坑，懸臂樁支護(hù)發(fā)生部分傾覆。 3. 紫荊山路，某高層建筑10m深基坑，止水帷幕發(fā)生滲漏而導(dǎo)致邊坡變形，引起周圍樓房沉降。,地下水作用引起的工程事故,第一節(jié)

2、概述,降排水工程概述,基坑開(kāi)挖施工時(shí)，應(yīng)具備的三個(gè)條件： ⑴基坑在開(kāi)挖期間保持干燥狀態(tài)； ⑵保證基坑邊坡的穩(wěn)定和基坑底板的穩(wěn)定； ⑶不影響鄰近建筑物及地下管線的正常使用。,,,1. 含水層被揭穿，在壓差作用下，地下水必然會(huì)大量滲入基坑，造成基坑浸水，使現(xiàn)場(chǎng)施工條件變差，地基承載力降低； 2. 在動(dòng)水壓力作用下，可能引起流砂、管涌和邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象； 3. 當(dāng)基坑下存在承壓含

3、水層，若不降低壓力水頭，很容易導(dǎo)致基坑底部破壞。,地下水作用可能導(dǎo)致的問(wèn)題,降排水用于地下水位以下的基坑（槽）開(kāi)挖、基礎(chǔ)施工和地基處理，常用的方法如下：一、明溝排水 明溝排水是在基坑(槽)內(nèi)設(shè)置排(截)水溝和集水井，用抽水設(shè)備將地下水從集水井(坑)內(nèi)排走，以達(dá)到疏干基坑內(nèi)地下水的目的。 當(dāng)基坑開(kāi)挖不深，地下水位高出基坑底面不多，且坑壁土層不易產(chǎn)生流砂、管涌或坍塌時(shí)，采用此方法。,第二節(jié) 降排水的分類及適用

4、條件,二、井點(diǎn)降水 井點(diǎn)降水是利用井(孔)在基坑周圍同時(shí)抽水，把地下水位降低到基坑底面以下的降水方法。 井點(diǎn)降水在基坑開(kāi)挖前，沿開(kāi)挖基坑的四周、或某側(cè)埋設(shè)一定數(shù)量深于坑底的井點(diǎn)濾水管或管井，與總管連接或直接與抽水設(shè)備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下，以便在無(wú)水干燥的條件下開(kāi)挖土方和進(jìn)行基礎(chǔ)施工 。,井點(diǎn)降水方法的種類： 單層輕型井點(diǎn)、多層輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井

5、點(diǎn)、深井井點(diǎn)、無(wú)砂混凝土管井點(diǎn)以及小沉井井點(diǎn)等。 一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)土質(zhì)情況良好，土的降水深度不大，可采用單層輕型井點(diǎn)；當(dāng)降水深度超過(guò)6m，且土層垂直滲透系數(shù)較小時(shí)，宜用二級(jí)輕型井點(diǎn)或多層輕型井點(diǎn)，或在坑中另布井點(diǎn) 。,一、場(chǎng)地排水方法 施工現(xiàn)場(chǎng)在工程開(kāi)工前，應(yīng)按施工組織設(shè)計(jì)規(guī)劃做好場(chǎng)地排水，以避免場(chǎng)地大量積水，基坑開(kāi)挖地表雨水和滯水大量滲入，造成基坑泡水，破壞邊坡穩(wěn)定，影響施工正常進(jìn)行和基礎(chǔ)工程質(zhì)量。故此必

6、須做好現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的截水、疏水、排洪和基坑內(nèi)的排水等工作。,第三節(jié) 排水工程,二、基坑(槽內(nèi))排水方法(一)普通明溝和集水井排水法 普通明溝和集水井系在開(kāi)挖基坑的一側(cè)、兩側(cè)或四周，或在基坑中部設(shè)置排水明溝，在四角或每隔20～30m設(shè)一集水井，使地下水流匯集于集水井內(nèi)，再用水泵將地下水排出基坑外。,適用條件：當(dāng)基坑不深，地下水位高出基坑底面不多，且土質(zhì)情況較好，坑壁土層不易產(chǎn)生流砂、管涌或坍塌時(shí)，可采用此

7、方法。,(二)分層明溝排水法 當(dāng)基坑開(kāi)挖土層由多種類型土組成，中部夾有透水性強(qiáng)的砂類土層時(shí)，為避免上層地下水沖刷基坑下部邊坡，造成塌方，可在基坑邊坡上設(shè)置2～3層明溝及相應(yīng)的集水井，分層阻截并排除上部土層中的地下水。 應(yīng)注意防止上層排水溝的地下水溢流向下層排水溝，沖壞、掏空下部邊坡，造成坍方。本法可保持基坑邊坡穩(wěn)定，減少邊坡高度和揚(yáng)程。,適用于深度較大，地下水位較高，且上部有透水性強(qiáng)土層的建筑物基

8、坑排水。,三)深溝排水法 當(dāng)?shù)叵略O(shè)備基礎(chǔ)成群，基坑相連，土層滲水量和排水面積大，為減少大量設(shè)置排水溝的復(fù)雜性，可在基坑外距坑邊6～30m或基坑內(nèi)深基礎(chǔ)部位開(kāi)挖一條縱長(zhǎng)深明排水溝體為主溝，使附近基坑地下水溝通過(guò)深溝自流入下水道或另設(shè)集水井，用泵排到施工場(chǎng)地以外溝道排走。在建(構(gòu))筑物四周或內(nèi)部設(shè)支溝與主溝連通，將水流引至主溝排走。,(四)暗溝或滲排水層 排水法 在場(chǎng)地狹窄地下水很豐富的情況下，設(shè)置明溝困

9、難，可結(jié)合工程設(shè)計(jì)，在基礎(chǔ)底板四周設(shè)暗溝(又稱盲溝)或滲排水層，暗溝及滲排水層的排水管(溝)坡向集水坑。(五)工程設(shè)施排水法 選擇基坑附近深基礎(chǔ)工程先施工，作為施工排水的集水井或排水設(shè)施，使基礎(chǔ)內(nèi)及附近地下水匯流該較低處集中，再用水泵排走。 (六)綜合排水法 在深溝截水的基礎(chǔ)上，如中部有透水性強(qiáng)的土層，再輔以分層明溝排水或在上部再輔以輕型井點(diǎn)截水等方法同時(shí)使用 。,優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單、施

10、工簡(jiǎn)便、成本低。缺點(diǎn)： ⑴坡面、坡腳、坑底滲水； ⑵若坑壁夾有粉細(xì)砂薄層，邊坡可能失穩(wěn)； ⑶滲水緩慢，降水不快，施工速度緩慢。,基坑(槽內(nèi))排水方法的優(yōu)缺點(diǎn),三、基坑排水計(jì)算(一)基坑涌水量計(jì)算 地下水滲入基坑的涌水量與土的種類、滲透系數(shù)、水頭大小、坑底面積等有關(guān)，可通過(guò)抽水試驗(yàn)確定或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)估算，或按大井法計(jì)算。 流入基坑的涌水量為從四周坑壁和坑底的水

11、量之和。,,假想半徑按下式估算：(二)水泵功率計(jì)算,,,基坑排水設(shè)備常用離心泵、潛水泵和污水泵。水泵選型應(yīng)根據(jù)涌水量、基坑深度（排水揚(yáng)程）而定。選用的水泵排水量應(yīng)比基坑總涌水量大1.5～2.0倍。,,水泵的選用,第四節(jié) 降水工程,降水工程是利用井(孔)在基坑周圍同時(shí)抽水，把地下水位降低到基坑底面以下的降水方法。 當(dāng)?shù)叵滤桓叱龌拥酌娴臉?biāo)高較大，尤其是坑壁地層為松散的粉細(xì)砂、粉土或透水性較強(qiáng)的砂礫

12、、卵石等地層，且地下水的補(bǔ)給源又比較充足，采用明溝排水坑壁易發(fā)生流砂、坍塌等影響施工時(shí)，可采用井點(diǎn)法降水。,一、降水原理 通常飽和土是由液態(tài)水和固態(tài)土粒二部分組成。土層中的液態(tài)水分為結(jié)合水和自由水二類。 結(jié)合水是分子引力作用下吸引在土粒表面的水體，這種引力高達(dá)幾千至上萬(wàn)個(gè)大氣壓，因此這類水通常只有在加熱成蒸汽時(shí)才能和土粒分開(kāi)。 自由水是指土粒表面電場(chǎng)影響范圍之外的重力水和毛細(xì)水，井點(diǎn)降水一般是降

13、低土體中自由水形成的水面高程。,(二)降水防治流砂現(xiàn)象的原理 基坑開(kāi)挖時(shí)地表以下的土層受到向下的滲透力的作用，對(duì)砂性土層而言，當(dāng)滲流的水力坡度增大到某一種程度時(shí)，砂性土?xí)柿魍疗茐男问?，即呈流態(tài)狀涌出坡面，通常稱為流砂。 產(chǎn)生流砂的滲流水力坡度稱為臨界水力坡度。太沙基提出臨界水力坡度Ic： Ic＝(1－n)·(γs－1) 井點(diǎn)降水降低坑內(nèi)、外的滲透水頭差，把滲透水力

14、坡度控制在容許范圍內(nèi)，從而防范了流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。 ,(三)降水增加地基抗剪強(qiáng)度的原理 對(duì)降水深度△H范圍內(nèi)的土層，其含水量因降水而顯著減小，其重度從浮重度提高到飽和重度，這部分土層在增加的自重應(yīng)力作用下逐漸固結(jié)，土體抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加。 , 輕型井點(diǎn)是沿基坑的四周或一側(cè)，將直徑較細(xì)的井點(diǎn)管沉入深于坑底的含水層內(nèi)，井點(diǎn)管上部與總管連接，通常總管利用抽水設(shè)備由于真空作用將地下水從井

15、點(diǎn)管內(nèi)不斷抽出，使原有的地下水位降低到坑底以下 。,(一)輕型井點(diǎn)降水方法,二、降水工程的方法,噴射井點(diǎn)是將噴射器裝置在井管內(nèi)，利用高壓水或高壓氣為動(dòng)力進(jìn)行抽水的井點(diǎn)裝置。 其降水深度較深。,(二)噴射井點(diǎn)降水方法,噴射井點(diǎn)主要適用于滲透系數(shù)較小的含本層和降水深度較大（呂－20m）的降水工程。 其主要優(yōu)點(diǎn)是降水深度大．但由于需要雙層并點(diǎn)管．噴射器設(shè)在井孔底部，有二根總管與各井點(diǎn)管相連，地面管網(wǎng)效設(shè)復(fù)雜，工作

16、效卒低，成本高，管理困難。,管井井點(diǎn)用于滲透系數(shù)大，地下水含量豐富，輕型井點(diǎn)不易解決的地層。 成井后，在地面用水泵或?qū)⑺孟碌骄軆?nèi)抽水，從而降低地下水位。 管井井點(diǎn)常用的水泵有離心泵、深井泵和潛水泵。離心泵主要用于降水深度一般小于7m的工程。大于7m，可采用不同揚(yáng)程和流量的深井泵或潛水泵。,(三)管井井點(diǎn)降水方法,粘土顆粒表面一般帶負(fù)電荷，吸附著各種正離子。水分子是極性分子，顆粒周圍的部分水分

17、于又為正離子所吸附，當(dāng)土體中通以直流電荷時(shí)，這些正離子將攜同周圍被吸附的水分子一起移向陰極，吸附力消失，水分子被釋放出來(lái)成為自由水。這種在上中插人金屬電極并通以直流電，在電場(chǎng)作用下，上中水源源不斷地流向陰極的現(xiàn)象稱為電滲。 電滲井點(diǎn)降水是利用輕型井點(diǎn)和噴射井點(diǎn)的井點(diǎn)管作陰極，另埋設(shè)金同棒（鋼筋或鋼管）為陽(yáng)極，在電動(dòng)勢(shì)作用下構(gòu)成電滲井點(diǎn)抽水系統(tǒng)。,(四)電滲井點(diǎn)降水方法,電滲降水一般只適用于含水層滲透系數(shù)較?。ǎ?

18、．lm／d）的飽和粘土，特別是在淤泥和淤泥質(zhì)粘土之中的降水。,一、設(shè)計(jì)前應(yīng)取得的資料 ⑴地下水的類型、含水層厚度及頂板底板高程； ⑵地下水位標(biāo)高及其動(dòng)態(tài)規(guī)律及各層水之間的水力聯(lián)系； ⑶各含水層的滲透系數(shù)； ⑷含水層的補(bǔ)給條件，基坑與附近水源的距離及水力聯(lián)系； ⑸基坑邊界，開(kāi)挖深度，采用支護(hù)方式及鄰近建筑物地基基礎(chǔ)、地下管線的關(guān)系； ⑹基坑工

19、程的支護(hù)時(shí)間及當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料。,三 井點(diǎn)降水設(shè)計(jì),（二）井點(diǎn)降水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.基坑涌水量計(jì)算 計(jì)算方法見(jiàn)前面第三節(jié). 計(jì)算公式可參照表7-6.2.井點(diǎn)管埋置深度(或s)L＝H＋h＋△h＋i×r1＋l,3.確定井點(diǎn)管數(shù)量與間距⑴單井井點(diǎn)出水量（最大允許進(jìn)水量）,,⑵計(jì)算井點(diǎn)數(shù)量和井點(diǎn)間距,,⑶復(fù)合井點(diǎn)數(shù)量（驗(yàn)證）⑷計(jì)算基坑內(nèi)抽水影響最小處的水位降深,,見(jiàn)：建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ 12

20、0－99,a.輕型井點(diǎn)和噴射井點(diǎn) q=a·i·k·Dw·H b.管井點(diǎn),⑴濾水管的類型：a.圓孔濾水管、b.條縫式 濾水管、c.筋條濾水管 ⑵過(guò)濾網(wǎng)的選擇：鋼絲網(wǎng)、銅絲網(wǎng)、塑料網(wǎng)、 尼龍絲網(wǎng)或

21、臨時(shí)性用棕皮 ⑶各含水層的滲透系數(shù) ⑷確定濾水管孔隙濾 ⑸設(shè)計(jì)濾水層 ⑹選擇抽水設(shè)備,3. 井點(diǎn)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì),四、降水工程對(duì)環(huán)境的影響及防范措施 降水漏斗范圍內(nèi)的地下水位下降后，就必須會(huì)造成地面沉降。由于漏斗形的降水面所產(chǎn)生的沉降是不勻勻的，這類不均勻沉降的發(fā)展需要有一定的時(shí)間，在實(shí)際工程中，由于濾網(wǎng)和砂濾層結(jié)構(gòu)不良，把土層中的粘粒、

22、粉粉甚至細(xì)砂帶出地面的情況是屢見(jiàn)不鮮的，這種現(xiàn)象會(huì)使周圍地面很快地產(chǎn)生不均勻沉降，給地面建筑和地下管線造成不同程度的損壞。,(一)井點(diǎn)降水影響范圍和沉降的估算 為了預(yù)估井點(diǎn)降水對(duì)周圍環(huán)境的影響范圍和造成的地面沉降，可借鑒已有的同類工程實(shí)例，也可用一些簡(jiǎn)易的方法進(jìn)行估算。1.降水對(duì)環(huán)境影響范圍的估算 降水漏斗的半徑通常可以用庫(kù)薩金公式進(jìn)行估算： 由于地層一般呈層分布，影響范圍受土層的影響很

23、顯著。在軟土地區(qū)，砂質(zhì)粉土層中的實(shí)例的影響范圍可達(dá)84m。對(duì)重要工程應(yīng)采用抽水試驗(yàn)來(lái)確定降水影響半徑。,,2.降水造成地面沉降的估算 井點(diǎn)降水無(wú)大量細(xì)顆粒隨地下水被帶走的情況下，周圍地面所產(chǎn)生的沉降量可用分層總和法進(jìn)行計(jì)算： ；簡(jiǎn)易的方法估算降水所引起的沉降值： 。3.深井井點(diǎn)降水對(duì)環(huán)境影響的估算 深井井點(diǎn)的降水深度大于15m

24、，濾水管布置在滲透系數(shù)大于10－４cm/s的砂層土中。深井泵的吸口宜高于井底1m以上，低于井內(nèi)動(dòng)水位3m左右。 對(duì)環(huán)境的影響很小。,,,,(二)防止井點(diǎn)降水對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響的措施 井點(diǎn)降水在市政工程中起著重要的作用，但必須防止其對(duì)周圍環(huán)境的不良影響。1.在降水前認(rèn)真做為對(duì)周圍環(huán)境的調(diào)研工作；2.合理使用井點(diǎn)降水，盡可能減少對(duì)周圍環(huán)境的影響；3.保護(hù)區(qū)邊緣設(shè)置回灌水系統(tǒng)；4.設(shè)置隔水帷幕。,,