基坑降水课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基坑降水,建筑与土木工程学院,第一节 概述,第二节 地下水的不良作用,第三节 基坑降水方法,第四节 降水设计计算,第五节 降水施工,第六节 降水对环境影响及其防治措施,主 要 内 容,基坑降水目的,为什么进行基坑降水？,保证地下结构的安全施工（干作业）,防止工程事故：流砂、管涌、坑底失稳,提高边坡的稳定性,减少板桩和支撑的压力,改善基坑和填土的砂土特性,工程降水不当引起的工程事故的比例很大,第一节 概述,第二节 地下水的不良作用,1.,流土,2.,管涌,3.,接触冲刷与接触流失,4.,基坑突涌,定义,在向上渗流作用下局部土体表面的隆起、顶穿或粗颗粒群同时浮动而流失的现象。,发生地层,流土：表层由黏性土与其他细粒土组成的土体或较均匀的粉细砂地层。,流砂：颗粒级配均匀而细的粉、细砂，粉土。,工程意义,突发性、工程危害大,1.,流土（砂）,形成原因,水力坡度大，流速大冲动细颗粒使之悬浮,饱和时胶体颗粒吸水膨胀，土颗粒密度下降，能悬浮流动,砂土在振动作用下结构破坏，体积缩小，土颗粒悬浮于水而流动,形成条件,水力坡度大，渗透力超过土颗粒重量使之悬浮时，达到临界水力坡度,1.,流土（砂）,防止措施,人工降低地下水位 采用地下连续墙截水,设置帷幕 水下开挖,其他方法：冻结法、化学加固等,井点降水防治流砂现象,定义,指疏松的砂土层时，地基土在具有一定渗透速度（水力坡度）的水流作用，其细小颗粒被冲走，土中孔隙逐渐增大，形成细管状渗流通道，从而掏空地基或坝体，使之变形、失稳，此现象为管涌。,产生条件,土中粗、细颗粒粒径比,D/d,大于10,土的不均匀系数,d,60,/d,10,大于10,两种相互接触土层渗透系数比,k1/k2,大于2,3,渗透的水力坡度大于临界水力坡度,2.,管涌,管涌破坏示意图,管涌的防治措施,增加支护桩的入土深度，使渗流路线增加,人工降低地下水位，改变地下水的渗流方向,斜坡条件时；,b.,地基条件时,1,管涌堆积颗粒；,2,地下水位；,3,管涌通道；,4,渗流方向,管涌,3.,接触冲刷与接触流失,接触冲刷：,对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均小于等于,10,，且符合 ，不会发生接触冲刷。,接触流失：,对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均小于等于,5,，且 ，不会产生接触流失；,对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均小于等于,10,，且 ，不会产生接触流失；,D,10,，,d,10,分别代表较粗和较细一层土的颗粒粒径，小于该粒径的土中占总土重的,10%,突涌形式,基底顶裂，出现网状或树枝状裂缝，地下水涌入，带出下部土颗粒,基底发生流砂现象，边坡失稳，地基悬浮流动,基底发生类似于,“,沸腾,”,的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动,4.,基,坑突涌,含义,当基坑开挖，基底有承压水，承压水顶板厚度小时，水头压力能顶穿基坑底板的现象，称为基坑突涌,产生条件,4.,基,坑突涌,设置减压井，降低承压水水位。,当 时，基坑不产生突涌。,防治措施,第三节 基坑降水方法,降水方法的分类,明排法,井点法,轻型井点,喷射井点,电渗井点,引渗法,管井法,大口井法,辐射井法,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,0.00520 m/d,3,6 m,1.62 m,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,0.00520,8,20,2,3m,地下喷射嘴真空吸水,电渗井点,0.1,5,6,极距,1m,钢筋阳极加速渗流,管井井点,0.1200,3,5,2050,单井真空泵、离心泵,大口径井点,10250,25,30,3050,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,降水方法,明排法,原理,降水方法,明排法,适用条件,不易产生流砂、流土、管涌和塌陷等现象的粘性土、砂土和碎石土,基坑地下水位超过基础底板标高不大于2.0,m,渗透系数小于0.5,m/d，,降水深度小于2.0,m,单独使用或联合使用,降水方法,明排法,排水沟和集水井的设置,布置在距拟建建筑物基础边净距0.4,m,以外，排水沟离开坡脚不小于0.3,m，,在基坑四角或每隔3040,m,设置1个集水井（坑）,排水沟底面应比挖土面低0.30.4,m，,集水井（坑）,比沟底低0.5,m,沟、井截面根据排量确定：,基础较深或地下水位较高时，应分层明排或导排法,当基坑侧壁出现分层渗水时，可按不同高程设置导水管、导水沟等构成明排系统；当基坑侧壁渗水量较大或不能分层明排时，宜采用导流降水方法。降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。,1-,底层排水沟；,2-,底层集水井；,3-,二层排水沟；,4-,二层集水井；,5-,水泵；,6-,原地下水位线；,7-,降低后地下水位线,基坑明排适用于土层比较密实，坑壁比较稳定（细粒土边坡不易被渗流冲刷而产生塌方），基础埋深较浅，降水深度不大，不易发生流砂、管涌的工程。,井点法降水根据井型的不同进行分类：,轻型井点,喷射井点,电渗井点,降水方法,井点法降水,降水方法,轻型井点,原理,适用条件,k=0.00520m/d,单级降深：小于6,m,二级降深：,612m,在地下水丰富地区，当土的渗透系数为,0.005,1m/d,时，常采用轻型井点降水。,轻型井点全貌图,二级轻型井点,降水方法,轻型井点,井点设置,沿基坑周围布置，线状或封闭状，距边坡线不小于,0.71.2m,，井点间距0.82.40,m,单排布置,双排布置,环状布置,C,形布置,降水方法,轻型井点,主要设备：,井点管：直径38 55,mm，,长度5 7,m，,下端1 1.7,m,为滤管，孔眼直径12 18,mm，,包滤,连接管：胶皮管、钢管、塑料管，直径38 55,mm,集水管：直径100 127,mm，,分节连接，长度5,m，,法兰盘连接，每隔0.8 1.6,m,设一连接井点管的接头,抽水设备：真空泵 射流泵,主要设备：,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,喷射混凝土坡面保护,滤管构造,真空泵原理,射流泵原理,集水总管,射流器,离心泵,压力表,循环水箱,真空表,喷射井点,适用条件,土层渗透系数,K=0.00520m/d,降水深度大于,6m,，最大可达,20m,井点布置,基本同轻型井点,井距,1.53m,成孔直径,400600mm,电渗井点,原理,电渗井点,适用条件,饱和粘土，特别是淤泥、淤泥质粘土,配合轻型井点和喷射井点,渗透系数,K,小于,0.005m/d,布置,同轻型井点和喷射井点,极距,:,轻型井点,0.8-1.0m,；喷射井点,1.2-1.5m,间歇通电：,24h,停,2-3h,引渗井点,适用条件,当含水层的下层水位低于上层水位，上层含水层的重力水可通过钻孔渗入到下部含水层，起混合水位满足降水要求时，可采用引渗自降,通过井孔抽水，使上层含水层的重力水通过井孔引导渗入下部含水层，使其混合水位满足降水要求时，可采用引渗抽降,当采用引渗井降水时，应注意防止有害水质污染下部含水层,引渗井点,布置,引渗井点可布置在基坑内外,井距根据引渗实验确定，一般,2,10m,引渗深度宜揭穿被渗层，当深度大时，揭进厚度不小于,3m,井径,400,600mm,管井法,适用范围,井点,不易解决的含水层颗粒较粗的粗砂,卵石层,，渗透系数大、水量大，降深,8,20m,，潜水或承压水,含水层厚度大于,5m,基岩裂隙和溶洞含水层，厚度可小于,5m,渗透系数大于,0.1m/d,布置原则,基坑开挖上口线,1.0m,外,设置观测井,井径,600,800mm,，井管外径,400,600mm,抽水设备为潜水泵,管井井点构造,管井井点由两部分组成，一是井壁管，一是滤水管。井壁管可用直径,200,350mm,的铸铁管、无砂混凝土管、塑料管。滤水管可用钢筋焊接骨架，外包滤网（孔眼为,1,2mm,），长,2,3m,（如图），也可用铸铁管打孔，外缠镀锌铅丝。,管井井点构造,降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于,15,倍井管直径，在地下水补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。,管井井点构造,降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑底面以下,0.5m,。,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，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，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,管井井点管,管井井点降水是一种常用的降水方法，适用在降水深度要求大，土质的渗透系数在,0.1,200m/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,大口径井降水,适用条件,第四纪含水层，地下水补给丰富、渗透系数大的砂土和碎石土,地下水埋藏在,15m,以内，含水层厚度大于,3m,，施工条件允许可大于,15m,布置,基坑外侧,1.0m,，特殊可布置在基坑内,配合其他降水,井径,0.8m,4.0m,辐射井降水,水平辐射井是由大口径竖井和以其为中心，分层设置并向四周辐射水平滤水管组成的降水系统。水平滤水管埋置于地下含水层内以截断基坑的外来水和坑底涌水。地下水以重力形式分层渗入水平滤水管集于竖井，用泵将水抽出达到降水目的。,原理,辐射井降水,适用条件,粘性土、砂土和碎石土,降水范围大或地面施工困难,降水深度大于,4m,20m,布置,尽量使辐射井最大限度控制基坑降水范围,含水层薄时，单层，每层,6-8,根；否则多层,最下层辐射管应大于,1.0m,辐射管长度宜为,20,50m,，直径,50,150mm,降水井的类型,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,潜水非完整井,承压完整井,承压非完整井,潜水完整井,第四节 降水的设计计算,水井的分类,基本概念：,水位降深,：从井中抽水时，井周围含水层中的地下水向井中运动，井中和井附近的水位降低。设某点（,x,y,）的初始水头为,H0(x,y,0),，抽水,t,时间后的水头为,H(x,y,t),，则该点的水头降低值为,s,，,s=H0(x,y,0)-H(x,y,t),将,S,称为水位降深，简称降深。,水位降落漏斗,：水位降深,S,在不同的位置上是不同的，井中心降深最大，离井越远，降深越小，抽水井周围总体上形成的漏斗状水头下降区；,影响半径,：从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。,降水工程设计,降水设计的内容,降水方法的选择,基坑涌水量计算,单井涌水量计算,井距、井数和井深,井的布置,井身结构设计,成井工艺,抽排水方案,沉降预测,降水工程设计,降水方法选择,降水方法选择应考虑的因素,含水层渗透系数,K、,降深,h、,含水层厚度等,降水目的含水层与相关含水层的水力关系,周边工程或地下构筑物、管线对降水的敏感性,降水面积,多种方法相结合,支护方案,常规降水方法适用条件,Dupuit,假设,（,1,）,地下水流向水井处于稳定流动状态；,（,2,）地下水呈层流运动，运动规律遵循达西定律；,（,3,）地下水为缓变流，可将空间流简化为平面流；,（,4,）假定静水位是水平的，降落漏斗的供水边界是圆柱形；,（,5,）含水层为均质等厚，分布是无限的，隔水层顶、底板是水平的；,（,6,）水井为完整井。,降水工程设计,基坑涌水量计算,完整潜水井,取不透水层顶面为,x,轴，井轴为,y,轴，则降落漏斗任意横剖面的面积表达式为：,在该剖面上的水头梯度为：,由达西公式即可得出裘布依微分方程,：,Q,井的涌水量；,k,渗透系数,将（,a,）式代入可得,：,积分得：,当,x=R,时，,y=H,，其中,R,为影响半径，,H,为潜水层厚度，可求得：,代入（,b,）式，经整理得：,当,x=r,时，,y=h,（,r,为水井半径，,h,为井内水位距不透水层距离）。,令水位降低值,S=H-h,，则得：,完整承压井,取井底不透水层顶面为,x,轴，井轴为,y,轴，可得出流向井的水流任意圆柱剖面的断面面积,A,的表达式为：,在该剖面上的水头梯度为：,由达西公式即可得出裘布依微分方程：,积分后得：,当,x=R,时（,R,为影响半径），,y=H,，代入上式整理得：,将式中的自然对数以常用对数代替，则：,当,x=r,（,r,为井的半径），,y=h,，令水位降低值,S=H-h,，则得：,群井涌水量计算,各井点在基坑周围同时抽水时，各单井的水位降落漏斗相互干扰，为此要考虑群井的相互作用，其总涌水量不等于各个单井涌水量之和。,1,A,2,3,4,5,x2,x1,x3,x5,x4,第一个单井的水位降落漏斗方程：,第,i,个单井的水位降落漏斗方程：,同时抽水,假定各单井的半径相等，涌水量相近似；,基坑涌水量计算,1.,均质含水层潜水完整井,3.,均质含水层潜水非完整井,2.,均质含水层承压水完整井,5.,承压水,潜水完整井,4.,均质含水层承压水非完整井,降水工程设计,基坑涌水量计算,基坑等效半径,降水影响半径,潜水层,承压水层,降水工程设计,单井涌水量计算,轻型井点出水能力,规范推荐值：1.52.5,m,3,/h,计算公式：,单井出水能力（,m,3,/h,）,滤管直径（,m,）,滤管长度（,m,）,渗透系数（,m/d,）,降水工程设计,井距、井数、井深,井数,井距,降水工程设计,井距、井数、井深,S,基坑水位降深，,m,；,h,1,地下水位至集水总管的距离，,m,；,i,水力梯度，一般可取,0.1,；,l,1,管井中心至基坑中心的距离,l,1,=r,0,；,m,；,l,2,滤管长度，,m,，通常取,1.21.5m,。,降水工程设计,降低水位预测,潜水完整井稳定流,承压完整井稳定流,含水层厚度,（,m,）,各井距基坑中心的距离,（,m,）,第五节 降水施工,井点,成孔方法：射水法、钻孔法、冲击法,洗井：压水、压气,管井,成孔：正反循环、冲击法,洗井：抽水法、气举法,第五节 降水施工,第五节 降水施工,第五节 降水施工,第六节 工程降水对环境影响及其防范措施,分层总和法,简易算法,地面最终沉降量,各土层压缩系数,各土层起始孔隙比,降水产生附加压力,土层厚度,降水产生自重附加压力,降水深度,各,降水范围土层压缩模量,水的重度,回灌系统布置,回灌井点水位图,例题,【2011,年下午,23,题,】,某基坑开挖深度,10m,，地面以下,2m,为人工填土，填土以下,18m,厚为中、细砂，含水层平均渗透系数,k=1.0m/d,；砂层以下为黏土层，地下水位在地表以下,2m,。已知基坑的等效半径,r0=10m,，降水影响半径,R=76m,，要求地下水位降到基坑地面以下,0.5m,，井点深为,20m,，基坑远离边界，不考虑周边水体的影响。计算该基坑降水的涌水量,该基坑降水属于潜水完整井：,Sd=10+0.5-2=8.5m,，,H=18m,，,R=76m,，,r0=10m,，,k=1.0m/d;,涌水量：,基坑开挖深度为,6m,，土层依次为人工填土、黏土和砾砂，黏土层：砂层中承压水头高度为,9m,。基坑底至含砾粗砂层顶面的距离为,4m,。抗突涌安全系数取,1.2,，为满足抗承压水突涌稳定性要求，场地承压水最小降深为多少。,基坑开挖深度最大为多少,当上部为不透水层，坑底有承压水时，坑底的抗渗流稳定性可以表示为：,得,【2012,年下午,21,题,】,某基坑开挖深度,8m,，其基坑形状及场地地层如图所示，基坑周边无重要构建物及管线。粉细砂层渗透系数为 ，在水位观测孔中测得该层地下水水位埋深位,0.5m,。为确保基坑开挖过程中不至发生突涌，拟采用完整井降水措施（降水井管井过滤器半径设计为,0.15m,，过滤器商都与含水层厚度一致），将地下水水位降到基坑地面以下,0.5m,，估算本基坑降水时需要布置的降水井数量,该基坑降水属于承压水完整井：,Sd=8.5-0.5=8.0m,，,涌水量：,单井出水量：,井数：,【2018,年下午,18,题,】,某基坑长,96m,，宽,96m,，开挖深度为,12m,，地面以下,2m,为人工填土，填土以下,22m,厚的中细砂，含水层的平均渗透系数为,10m/d,，砂层以下为黏土层，地下水位在地表以下,6m,，施工时拟在基坑外周边距基坑边,2.0m,处布置井深,18m,的管井降水，降水维持期间，基坑内地下水水力坡度为,1/30,，管井过滤器半径为,0.15m,，要将地下水水位降到基坑地面以下,0.5m,，估算本基坑降水至少需要布置多少口降水井,该基坑降水属于潜水非完整井：,Sd=12-6+0.5=6.5m,，,H=24-6=18m,；,涌水量：,单井出水量：,井数：,谢谢,