基坑排水探析.pdf

工程施工 东北水利水 电 2 0 1 2年第 4期 [ 文章编号】 1 0 0 2 —0 6 2 4 ( 2 0 1 2 ) 0 4 -0 0 3 2 —0 2 基 坑 排 水 探 析 张连 强 1 ， 王晓 东 2 ( 1 ． 依 兰县水务局 ， 黑龙江 依兰 1 5 4 8 0 0 ； 2 ． 依兰县水务局安兴水库 ， 黑龙江 依兰 1 5 4 8 4 3) [ 中图分类号] T V2 2 3 ． 5 [ 文献标识码] B 1 基坑 初期 排水 在选定排水设备的容量时 ，需估计 初期排水 量大小 ， 根据地质情况、 工期长短、 施工条件等因 素来确定 ， 可按下式估算 ： Q = 孚 式中： 9 ——排水设备容量， m3 ／ s ； 卜积水体积系 数 ， 大 中型工程可采用 4 ～ 1 0 ， 小型采用 2 - 3 ； —— 基坑的积水体积 ， m3 ； 卜初期排水时间， s 。 排水时间 受基坑水位下降速度的限制。 允许 下降速 度视 围堰型式 、地 基特性及基坑 内水深而 定。水位下降太快 ， 则围堰或基坑边坡中动水压 力 变化过大， 容易引起塌坡； 下降太慢， 则影响基坑开 挖时间。因此下降速度限制在 0 ． 5 - 1 ． 0 m／ d以内。 根 据初期排水流 量即可确定所 需的排水设 备 容量。排水设备选择容量不 同的离心式水泵 ， 以便 组合使 用。 初期排水泵站 的布置 ，有 固定式和浮动式两 种类型。当基坑 内水深较大时 ， 可将水泵逐级下放 至坑 内平台 ， 或 用浮动泵站。 2 经常性排水 基坑内积水排除后， 围堰内外的水位差增大 ， 此时渗透量相应增大。因此，初期排水工作完成 后， 应接着进行经常性排水。 2 ． 1 明沟排水法 基坑 明沟排水是指基坑 开挖和建筑物施 工过 程 中， 在基坑 内布置 明式排 水系统 ， 包括排 水沟、 3 2 集水井和水泵站。 1 ) 排水系统的布置。通常应考虑两种不 同情 况 ： 一种是基坑开挖过程 中的排水系统布 置 ； 另一 种是基坑开挖完成后修建建筑物时的排水系统布 置。基坑开挖过程中布置排水系统 ， 应以不妨碍开 挖和运输工作为原则 ，一般将排水干沟布置在基 坑 中部 ，以利两侧 出土。随着基坑开挖工作的进 展 ， 应逐渐加深排水沟 ， 通常保持干沟深度 为 1 ． 0 ～ 1 ． 5 m， 支沟深度 为 0 ． 3 ～ 0 ． 5 m， 集水井底部应低于 干沟的沟底 。修建建筑物时的排水系统 ， 通常布置 在基坑 四周。排水沟应布置在建筑物轮线外侧 ， 且 距离基坑边坡坡脚不小于 0 ． 3 ～ 0 ． 5 r 排水沟的断 面尺寸和底坡大小 ， 取决于排水量大小。 集 水井 布置 在建筑 物 轮廓 线 以外 较低 的地 方 ，干沟、集水井与建筑物外缘 的距离应考虑立 模、 堆放材料、 交通等所需要的宽度。 2) 渗透流量的计算。渗透流量计算 的 目的在 于确定排水设备的容量。渗透流量的详细计算方 法 ， 可参阅有关论著。这里仅将估算渗透流量常用 的公式列 出， 供参考 。 a ) 围堰的渗透 流量。透 水地 基上的均质土围 堰，每米长围堰渗入基坑的渗透流量 p可以近似 地按下式求得 ： n ( 日+ ) 一 ( T - y) V — — — — 一 式中： p ——每米长围堰渗入基坑的渗透流量， m 3 ／ ( d m) ； K ——围堰与透水层的平均渗透系数， m ／ d ； 日——上游水深 ， m； 卜透水层厚度， m； 广 生箜 塑 东北水利水电 工程施工 排水沟水面至沟顶的距离， m； ——等于 。 + z ， 为 基底宽， m； 卜 _ 一下游坡脚至排水沟边缘的距离， m。 b ) 基坑渗透流量。一般可按单井公式计算基 坑渗透流量。在非承压水层中， 基坑开挖到不透水 层时， 其渗透流量可按无压完整井公式计算： 6 警 口 r 式中： Q ——基坑的渗透流量 ， m 3 ／ d ； ——含水层 厚 度 ， m； ^ ——基 坑 内水深 ， m； 尺——地 下 水位 下 降曲线的影响半径 ， m； r ——把非 圆形基坑化成假 想 的相当圆井时 的化引半径 ， m。 对于不规则形状的基坑 ： r = ．＼ ／ V 7 r 式 中 ： 基坑平面面积 ( 各井 中心连线 围成 的 面积 ) ， m2 。 对于矩形基坑 ： r ：田 式 中： ——基坑长度 ， m； B ——基坑宽度 ， m； —— 基坑形状系数 ， 可根据 B ／ L的比值表查 出， 见表 1 。 表 1 基 坑形状 系数 值 ， B ／ L 0 0 ． 2 O ． 4 0 ． 6 0． 8 1 ．0 "r l 1 ． 0 1 ． 1 2 1 ． 1 6 1 ． 1 8 1 ． 1 8 1 ． 1 8 地下水位下降曲线的影响半径 R及地基渗透 系数 K等资料最好通过勘测试验求得。在初步计 算时 ， 值 可引用经验数据确定 ：细砂 为 1 0 0 — 2 0 0 m； 中砂为 2 5 0 ~ 5 0 0 m： 粗砂为 7 0 0 - 1 0 0 0 m。 当基坑在透水地基上时，可根据 1 m水头下 1 m 2 基坑面积的渗透流量值来估算渗透流量。 见表 2 。 表 2 1 m水头 下、 1 mz 基坑面积 的渗透 流量 土 类 细 砂 中 砂 粗 砂砂砾石有裂缝岩石 渗透流量／ r n 3 h - i 0 ． 1 6 0 ． 2 4 0 ．3 0 O ． 3 5 0 ． 0 5 ． 1 0 降水可按一般暴雨考虑 ，超过 2 0 0 n m 为宜 。 施工废水( 指冲洗和养护水 ) 可忽略不计。 2 ． 2 人工降低地下水位法 在基坑开挖之前，在基坑周围钻设一些滤水 管 ( 井 ) ， 并 在基坑开挖及 基坑 内结构施 工过 程 中 仍不断抽水， 使基坑内土壤始终保持干燥状态。人 工降低地下水位方法，可以改善基坑内的施工条 件， 防止流砂现象发生 ， 基坑边坡可以陡些 ， 从而 大大减少挖方量。一般应使地下水位降到开挖的 基坑底部 0 ． 5 ~ 1 ． 0 m 以下 。 1 ) 管井排水法 。是 在基坑 周围布置一些单独 工作， 内径 2 0 ～ 4 0 c m的管井， 适用于渗透系数 K = 1 0 ~ 2 5 0 m／ d的土层，地下水在重力作用下流入井 中 ， 每 口井用一 台普通 离心泵 、 潜水泵或深 井泵抽 水， 分别可降低水位 3 ~ 6 ， 6 ～ 2 0 m或 2 0 m 以上 ， 一 般采用潜水泵较多。 管井一般设置在基坑边坡中部，井的纵向间 距通常为 1 5 ～ 2 5 m， 当土层渗透系数较小时间距应 较小， 反之则间距较大些。当采用普通离心式水泵 且要求降低地下水位较深或基坑较长时，应分层 设置管井。当要求降低地下水位较深时， 最好采用 专用深井水泵 。 井管可 用钢 管或预 制 无砂混凝 土管制作 ， 后 者较常用 ，包括 井管、外 围滤料及封底填料三部 分 ， 在井管外还需设置反滤层。滤水管是井管的重 要组成部分 ，其构造对 井的出水量和可靠性 影响 极 大。要求它过水能 力大 ， 进入 的泥 沙少 ， 要有足 够 的强度和耐久性。 管井埋设可采 用射水法 、振动射水 法和钻 井 法等。采用钻井法埋设 时， 可先下套管 ， 后下井管 ， 然后再一边填滤料 ， 一边起拔套管。当采用射水法 下管时，可 用专 门的水枪冲孔 ，井管随冲孔而 下 沉 。这种方法采 用的水压较高 ，对砂性土可采 用 3 9 ． 2 3 ～ 4 9 ． 0 4 1 0 4 P a ， 对 粘 性 土 可 采 用 2 9 ． 4 2 ～ 3 9 ． 2 3 x 1 0 4 P a ， 待井管沉放就位后 ， 将 中水压 力适 当 降低 ， 再倒反滤料 ， 直到反滤层满后才停止冲水。 2 ) 井点排水法。按其类型可分为轻型井点、 喷 射井点和电渗井点三类 ，最常用的井点是轻型井 点。它们分别适用于渗透系数为 0 ． 1 ～ 5 0 m ／ d 和小 于 0 ． 1 m／ d的土层排水。 轻型井点是 由井点管、 集 水总管、 普通离心式 水泵 、真空泵和集水箱等设备所组成 的一个排水 系统。轻型井点法的井点为直径 3 8 ～ 5 0 n Ⅱ n的无 缝钢管 ， 间距 0 ． 6 ～ 1 ． 0 m， 最大可达 3 m。井点系统 的井点管就是水泵的吸水管，井点管的埋设常采 用水射法。地下水从井点管下端的滤水管借真空 及水泵的抽吸作用流入管内，沿井点管上升汇入 集水总管， 流入集水箱( 水气分离器) ， 再由水泵抽 出。井点系统开始工作时， 先开动真空泵， 排除系 ( 下转第 4 2页) 3 3 水生态环境 东北水利水 电 2 0 1 2 年第 4期 构造地下水补给 ， 有时与地貌形态一致， 有时不一致。兴隆 洼向斜与矫麻子沟背斜的机井大多数布在高处， 井的出水 量每日在 5 0 0 t 以上。 生产实践证明 ， 地貌形态构成的补给 范围 ， 是地表水的汇流区域 ， 而基岩地下水则有其地下的 补给流域和汇水条件。地貌形态对基岩地下水有着重要的 影响 ， 但不是主导因素 ， 决定基岩地下水汇水条件和补给 面积是褶皱构造对岩石作用的程度 ，即岩石的裂隙密度 、 切割深度、 分布范围、 以及裂隙的连通性等 ， 构成基岩地下 水的汇水条件和补给面积 ， 并且控制了区域内基岩地下水 的水力联系和归并汇流。 褶皱构造是基岩裂隙水运移富集的主导因素。 1 ) 褶皱构造提供了裂隙水贮存的空间 ， 使砂岩、 砾岩 中构造成因的裂隙最多、 分布最广、 延伸性最好 ， 易接受大 气降雨和地下水入渗补给 ， 形成最有意义的含水空间。 2 ) 褶皱构造使裂隙有规律的出现在向斜轴部、 背斜轴 部以及转折端、 质末端处。因而也就可以说 ， 构造条件直接 决定着富水带出现的部位。 3 ) 褶皱构造形迹的空间展布形态 、 范围、 组合方式 ， 在 极大程度上影响着裂隙水运动方向 ， 聚集条件 、 补给范围。 这些条件即影响着富水带的形成， 又控制着富水带的水量。 基岩裂缝水的富集过程中构造因素是主导因素。 兴隆 洼区域地下水的分布规律主要受北东向褶皱构造体系控 制 ， 裂隙水的局部富集 ， 则主要是受具体的构造形迹控制 。 3 确定蓄水构造的富水部位 运用地质力学对褶皱构造进行了力学分析 ， 使我们认 识到 ， 在褶皱产生的同时 ， 伴生或派生的构造形迹也相继 形成一如褶 曲轴部的纵向张裂，垂直于轴向的横向张裂 ， 斜切轴向的 x节理 ， 以及低序次高角度的张扭、 张裂隙 ， 一 般在褶皱的轴部及转折端处发育 ， 易使地下水富集。 4 结语 褶皱构造在砂页岩地层中是发育广泛的一种构造形 迹 ， 对地下水起控制作用。在砂页岩地层中寻找地下水就 是应用地质力学方法 ， 对错综复杂的地层、 地貌、 构造、 岩 性进行综合分析 ， 因地制宜地找出地下水富存规律 ， 确定 蓄水构造， 圈定富水部位 ， 指导找水工作。 【 收稿 日期】 2 0 1 1 —1 1 —2 3 ( 上接 第 3 3页 ) 统 内的空气 ， 待集水箱贮积一定 水量后 ， 再 启动水 泵排水。为 了保待 系统内的真空度 ， 当水泵开始 抽 水后 ， 仍需真空泵配合工作。 井点系统排水 时， 地下水 的下降深度 ， 取 决于 集水 箱内的真空度、 管路的漏气和水头损失情况。 一 般集水箱的真空度为 4 0 0 ～ 6 0 0 r m 水银柱 ， 相当 于吸水高 度为 5 - 8 m， 扣去各种 损失后 ， 地 下水下 降深度 3 - 5 m， 一般为 4 m。当要求地下水位降低 的深度超过 4 ~ 5 m， 可 以分层布置井点 ， 每 层控制 深度为 3 - 4 r n ， 但不宜超过三层 ， 以免基坑挖方量 过大、 不经济。 井点抽水时 ，在滤水管周 围形成 ～定的真空 梯度 ， 从 而加速 了土的排水速度 ， 可 用于渗透 系数 小于 1 m／ d的土层。 当安装井点管时 ， 在距井 口 1 m范围内， 须填粘土密封， 井点管与总管连接也应 注意密封， 以防漏气。排水结束后， 可用杠杆或倒 链将井点管拔 出。 当基坑较深而地下水位 又较高时 ，采 用轻 型 井点要 用多极 井点 ， 设备多 ， 工期 长 ， 基坑挖方 量 大 ， 不经济， 此时可改用喷射井点。喷射井点的降 水深度可达 8 ～ 2 0 m。 42 3 ) 人工降低地 下水位 的设计与计算。采用人 工降低地 下水位 的方法进行施工 ，应根据要求的 地下水位 下降深度、 水文地质、 施工条件及设备条 件等 ， 确定 排水总量 ， 计算管井或 井点的需要量 ， 选择抽水设备 ， 进行抽水排水系统 的布置。总渗流 量， 可参考前面介绍的方法或其它有关论著。 管井或井点的数量 n ，可根据总渗流量 p和 单井集水能力 q m 决定 ， 即 ≥ 口ln “ 单井的过水能力 ，决定于滤水管的面积和通 过滤水管的允许流速 ， 即 g一 =2 7 r 式 中： ——滤水管半径( 设反滤层时 ， 应包括反滤 层厚度在内) ， m； 卜一 滤水管长度， m； 广一 允许 流速( ， = = 6 5 、 ／ ， 其中K为土的渗透系数) ， m／ d 。 根据所计算的 ，z 值 ，考虑到抽水过程中有些 井可能被堵塞 ， 尚须增加 5 ％～ 1 0 ％。管井和井点的 间距 d ， 可根据排水系统周线长度 L来确定 。 【 收稿 日期】 2 0 1 2 - 0 1 — 1 6