杭州市地铁1号线设计学士学位论文.doc

　河北工程大学毕业设计（论文）

前　言

毕业设计是检验我们在大学期间学习的一个重要环节，它对培养我们的知识运用能力、实践能力和创造性思维起着非常重要的作用；毕业设计又可以使我们对所学的专业知识进行深化理解和系统掌握。因此，毕业设计是我们对所学知识的掌握程度和运用能力的一次全面的总。在作设计之前，我到中铁三局桥隧公司杭州市地铁1号线Ⅰ标段文泽路站项目部进行了毕业实习，在实习的同时，我不但了解了野外工作的具体操作，同时也熟悉了资料的收集和整理的过程。在实习过程中，我收集到了一套比较完整的资料——《杭州市地铁1号线Ⅰ标段文泽路站详勘阶段岩土工程勘察报告》和《杭州市地铁1号线Ⅰ标段文泽路站抽水试验井报告说明书》，基本可以满足我的毕业设计的要求。
1）工程任务
拟建杭州市地铁1号线Ⅰ标段文泽路站建筑总面积20283.42㎡，由主体结构、车站出入口、通风口和端头井四部分组成。车站主体结构底板埋深16.00m，端头井埋深17.6m，初步设计采用明挖法进行施工，地下连续墙进行支护；其他附属结构开挖最大深度约9.2m。在建筑场地范围内，钻孔施工过程中初见水位埋深为1.20－4.00ｍ，相应高程4.23-3.35m（1985国家基准高程）补给来源为大气降水及地表径流，并以蒸发、向锦鳞河侧向径流排泄，根据收集到的区域水文地质数据，杭州市下沙区地下水位年变化幅度在1.0m左右。深部承压水位场地局部分布在⑫1中砂层中，为弱承压水，因本层为局部分布，未测到其承压水位，根据临近场地经验，该层承压水位在6.00m左右，以侧向径流的补排为主。潜水位和承压水位随季节、气候的因素而有所变化。因为基坑开挖槽底位于水位线以下，所以需要进行基坑降水[1]。
2）工程设计要求：
① 依据场地的岩土工程勘察报告、抽水实验报告和有关参考文献资料对场地的地下水类型、埋藏情况、渗透性及其腐蚀性及地下水位季节变化规律等进行分析和论述，得出用于基坑降水的场地基本资料。
② 在掌握场地工程地质条件、水文地质条件和场地周围环境条件的基础上，提出适应于本场地的几种方案，经多方面论证取舍选出适合用于本场地的降水方案—深井井点降水法。
③ 论述深井井点降水法的原理，同时进行方案的论述、计算得出相应的设计值，并进行反复的验算直到达到要求为止。最后确定降水井的井管管径300mm，由滤水管、吸水管和沉砂管三部分组成。沿车站纵向在在轴线上布设一排井点，每两眼井间的间距为23.8m，井孔直径600mm，井点深度为19.5m，单井出水量为100m3/d，基坑的涌水量为3811.61m3/d，对降水深度进行反复验算，最终确定降水深度已满足到要求。

第1章　区域概况

杭州市位于杭州嘉湖平原与浙西山区交汇处的浙北地区，钱塘江下游，京杭运河南部，地理位置为北纬30°15′，东经120°10′。杭州市地处亚热带北缘，属于亚热带季风气候，四季交替明显，雨量充沛，据杭州气象台资料，常年平均气温16.0℃，极端最高气温42.1℃（1930年8月10日），极端最低气温-20.2℃（1967年1月16日）。年平均降水量1461.2mm，每年有两个雨季，4~6月份为梅雨季节，7~9月份为台风雨季节。
依据区域地质、地震数据，存在于本区的球川~萧山深断裂、昌化~普陀大断裂和孝丰~三门大断裂，均为形成历史悠久、延续时间长、反复活动多次，在近代地质历史上有过活的微弱活动性断裂，球川~萧山深断裂由江西弋阳经本省普陀大断裂横跨浙江北部，西起浙皖边界，东至杭州湾处，宽20km，长150km，形成于震但纪中后期；孝丰~三门大断裂，由孝丰向东，经杭州南到宁海入三门湾，长480km。三条断裂相交于本区萧山西兴~闻堰间。上述微弱活动性断裂的新构造运动表现在浙北平原第三纪、第四纪堆积厚度（下沉）的差异，以及有感地震两个方面。根据史料记载历史上杭州曾经发生过4级以上地震三次，如发生在公元929年的西兴地震为5级，震中烈度为Ⅳ度，震中区房屋有损坏。但未曾有有关地面水平位移、错位及地裂记载。
根据浙江省地震部门资料，上述断裂最新活动年代为第四纪晚更新世（Q3）,全新世（Q4）无构造运动，地震总的活动特点是强度低，震级小。按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）,拟建场区地震动峰值加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度区，区域稳定性较好。总体上，本场地作为拟建项目的建设场地是适宜的。

第2章　工程场地概况

拟建杭州市地铁1号线Ⅰ标段文泽路站站台中心位置位于杭州市下沙二号大街（东西向）、五号大街（北端）和文泽路（南端）三路交汇处。车站主体部分位于二号大街上（车站具体位置详见勘探点平面位置图）。本站所在的二号大街为下沙主要街道，为现状30m、规划50m的城市干道，人（车）流量较大。东侧为九号大街，下沙大学城在二号大街北侧，与之一河相隔。车站西南侧为月雅苑住宅小区，东南侧为一天然气站。本站临近学生公寓和下沙城常规公交中心站，客流较集中。
本工程范围主要包括杭州地铁1号线二期工程文泽路站工程主体部分及附属部分的土建工程。车站总长451.80m（其中地铁车站部分长度为150m，车站折返线加临时存车线长度为301.8m），标准段宽19.40m，开挖深度为16.00m；两端盾构端头井开挖深度约17.6m，宽度为23.7m，其他附属结构开挖最大深度约为9.2m，车站主体建筑面积为17849.72㎡，建筑总面积为20283.42㎡。主体部分为两层，地下一层是站厅层和物业开发段，地下二层为站台层。车站共设8个出入口和4组风亭。
根据勘察报告，场地内的稳定地下水水位埋深为1.20－4.00ｍ，其标高为4.23－3.35ｍ。杭州市下沙区地下水位年变化幅度在1.0m左右。深部承压水位于场地局部分布的⑫1中砂层中，为弱承压水，因本层为局部分布，所以未测到其水位，根据临近场地经验，该承压水位在6.00m左右，以侧向径流的补排为主。潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。因为基坑的槽底位于水位线以下，为保证支护结构施工、基坑挖土及地下室施工的顺利进行，则需要进行基坑降水[2]。

第3章　工程地质条件

第3.1节 地层岩性

文泽路站所处区域属于临钱塘江的冲海积平原，第四纪覆盖层厚度达55~75.6m，由于堆积年代及固结条件不同，性质不一，竖向由松散至中密状态变化，厚度一般在20m左右；其下为淤泥质软土及粘性土，地面下深约40~45m左右为圆砾层，中密~密实状态，底部基岩埋深一般在地面下55~80m左右。
拟建场地地基土按成因类型，各土层按由上至下由新到老的顺序分述如下：
①2：素填土（mlQ³4）：灰杂色，松散，稍湿，以粉土为主，含少量碎砖块及碎石块等。地表0.3m为沥青。全场地分布，层顶高程5.35~8.01m，层厚0.5~3.00m。
②1：砂质粉土（al-mQ³4）：灰黄色，稍密，很湿，含云母碎屑。切面无光泽反应，干强度较低，韧性低，摇振反应迅速。局部缺失，层顶深度0.50~3.00m，层顶高程3.08~5.92，层厚0.40~1.87m。
③1砂质粉土（al-mQ³4）：灰黄色，稍密，局部中密，很湿，含云母碎屑，局部夹粉砂。切面无光泽反应，摇振反应迅速，干强度较低，韧性低。全场分布，层顶深度0.54m~4.00m,层顶高程2.29~4.99m，层厚2.70~7.50m。
③2砂质粉土（al-mQ³4）：灰色、灰黄色，稍密，很湿，含云母碎屑，局部夹粉砂。切面无光泽反应，干强度较低，韧性低，摇振反应迅速。局部缺失，层顶深度5.00~9.80m，层顶高程-4.18~0.43m，层厚0.50~4.29m
③3砂质粉土（al-mQ³4）：灰色，中密，很湿，含云母碎屑，局部夹粘性土薄层。切面无光泽反应，摇振反应中等，干强度较低，韧性低。全场分布，层顶深度6.00~12.08m，层顶高程-5.98~1.38m，层厚5.00~15.80m。
③4砂质粉土（al-mQ³4）：灰色，稍密，很湿，含云母碎屑，局部夹粘质粉土。摇振反应迅速，切面无光泽反应，干强度较低，韧性低。局部缺失，层顶深度14.50~22.20m，层顶高程-16.82~-8.97m，层厚0.65~11.69m。
③6粘质粉土夹淤泥质粉土（al-mQ²4）：灰色，粘质粉土呈稍密状，含云母碎屑，局部夹砂质粉土；淤泥质粉质粘土呈流塑状，含有机质，单层层厚0.10~0.50cm。全场分布，层顶深度18.12~27.69m，层顶高程-22.20~-12.70m，层厚2.91~15.50m。
⑥2淤泥质粘土（mQ14）：灰色，饱和，流塑，含有机质，见贝壳碎片，局部夹薄层状粉土。刀切面光滑，摇震反应无，干强度中等，韧性高。全场分布，层顶深度31.00~35.00m，层顶高程-29.60~-25.57m，层厚4.13~8.00m。
⑧2粉质粘土（lQ23）：褐灰色，软塑，含少量腐殖质，局部夹薄层状粉土及粘土，层底粉砂含量较高。摇震反应无，切面较光滑，干强度中等，韧性中等。局部缺失，层顶深度36.00~42.20m，层顶高程-36.82~-30.57m，层厚1.11~15.8m；
⑫1中砂（alQ13）：浅灰色、灰黄色，饱和，中密，局部夹粘性土，含云母碎屑及少量贝壳。主要分布场地东部，层顶深度36.66~44.10m，层顶高程-38.71~-31.24m，层厚1.73~9.10m；
⑬2粘土（alQ13）：青灰色，可塑状，局部软塑，含少量有机质，局部夹有粉砂，切面光滑，摇震反应无，干强度高，韧性高。局部分布，层顶深度45.30~48.80m，层顶高程-43.34~-39.92m，层厚1.20~5.50m；
(20)1全风化泥质粉砂岩（K）：褐红色，全风化，岩心呈可塑粘性土状，矿物结构模糊，矿物成分以粘土化，合金钻头钻进容易。仅Zlwzl-5号孔揭露，层顶深度55.00m，层顶高程-49.48m，未揭穿。

第3.2节　场地周边环境

拟建场地位于杭州市钱塘江西岸的冲海积平原，地貌形态单一，现状大部分为通行道路，路面平坦，局部为绿化带，绿化带处地势稍高，拟建车站主要位于杭州市下沙去3二号大街上，二号大街东西向穿过场地，南侧距车站4m左右为二号渠，渠宽约17.0m，勘探期间渠中有水，水深约1.2米因渠两侧和渠底均为水泥封底，与地下水联系不大。东北侧为浙江理工大学，南侧距车站7m左右为锦鳞苑小区（6~12层），锦鳞苑西侧为锦鳞河，河宽约24m，水深约1.8m；场地中西部有一暗渠通过，是连通锦鳞河和二号渠的地下水力通道。场地东北面为下沙公交中心站。整个场地地下尚有交多的市政管线（包括上、下水线、污水、雨水、煤气、电力、通讯光缆等）通过。

第4章 工程水文地质条件

第4.1节 工程水文地质条件

据岩土工程勘察报告场区的地下水主要有浅部粉（砂）性土层（③层）中的潜水和局部的砂土层⑫1的弱承压水。外业勘探时测得勘探孔内潜水水位埋深，一般在1.2~4.00m之间，相应高程4.23~3.35m（1985年国家基准高程），补给来源为大气降水及地表径流，并以蒸发、向附近锦鳞河侧向径流排泄，据收集到的区域水文地质数据，杭州市下沙区地下水的年变化幅度在1.0m左右。深部承压水位于场地局部分布的⑫1中砂层中，为弱承压水，因本层为局部分布，所以未测到其水位，根据临近场地经验，该承压水位在6.00m左右，以侧向径流的补排为主。潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。场地中西部有一暗渠通过，是锦鳞河和二号渠的通道，对潜水影响不大。

第4.2节 抽水试验

本次采用单孔非完整井（带两个观测孔）的试验方法进行，目的是查明第四系含水层埋深、厚度；地下稳定水位、水质；场区潜水含水层的渗透系数、涌水量、影响半径等。为基坑降水设计提供所需要的水文地质参数。
4.2.1抽水孔的布置
按照《文泽路站抽水试验方案》要求，抽水井布置在整个车站的中部，两个观测孔距主孔距离分别为2m和5m。
4.2.2抽水试验的方法及工作量
依据《杭州市地铁1号线工程详细勘察阶段岩土工程勘察技术要求及资料整理标准》结合《文泽路站抽水试验方案》，本次布置1组抽水试验井进行3个降深的抽水试验、观察恢复水位，最后以非完整井稳定流求取水文地质参数。抽水井井口直径为φ300mm，使用φ140PVC滤管，滤水管采用4层包网，滤水管和井壁之间填中砂。于2007年1月28日—2007年2月8日共计完成钻探工作量60.00m。抽水试验成果见表4.1

表4.1 抽水实验成果表
降落高程
主孔降深
S（m）
观1降深
S1（m）
观2降深
S2（m）
涌水量
Q（m3/h）
单位降深涌水量
q（m3/h.m）
稳定时间
（h）
第一次降深
3.80
0.80
0.15
1.50
0.395
12
第二次降深
9.80
1.60
0.36
2.75
0.281
12
第三次降深
14.80
2.40
0.75
3.50
0.236
12
注：该主孔地下水稳定水位为2.2m
稳定流计算含水层渗透系数，按照《岩土工程试验监测手册》，不完整井计算公式：
K=0.16×Q/l″/(S1-S2) ×[arsh(l″/r1)-arsh(l″/r2)] （4•1）
l″=l0-0.5×(S1+S2)
Q——为涌水量（m3/d）
arsh()—为反双曲线函数
l0—滤管长度（m）
r1，r2—观测孔至抽水孔的距离(m)
S1,S2—为观测孔水位降深(m)
根据上式及抽水试验所得的结果，经过计算得出各降深的渗透系数为：
K1=0.620m/d；
K2=0.621m/d；
K3=0.625m/d
求出平均渗透系数：k=0.622m/d即7.20×10-4cm/s
4.2.4水质分析
根据本次岩土工程勘察报告，在抽水试验孔中连续4天测得地下水的温度14~15℃，进而确定地层温度14~15℃。
根据本次勘探水质分析数据及临近工程数据，按国标《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）判定，本场地地下水对混凝土无腐蚀性，对钢结构具有中腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中腐蚀性。

第5章　基坑降水方案推选

第5.1节　基坑降水方案概述

在地下水位较高的透水土层（例如砂类土及粉土）中进行基坑开挖施工时，由于坑内外的水位差大，较易产生潜蚀、流砂、管涌、突涌等渗透破坏现象，导致边坡或基坑坑壁失稳，直接影响到建筑物的安全[3]。
在基坑开挖施工中，为了避免产生流砂、管涌，防止坑壁土体坍塌，保证施工安全和工程质量，必须对地下水进行有效的治理。在基坑工程施工中，对地下水的治理一般可以从两个方面进行，一是堵截地下水；二是降低地下水位。
目前，国内外对地下水进行堵截的方法有钢板桩、地下连续墙、稀浆槽、夹心墙、防渗垂直帷幕、防渗水平帷幕及冻结法等[4]。
而通常采用的降水法有明沟排水和井点降水法两种[5]：
1）明沟排水：在基坑内（或外）设置排水沟、集水井，并用抽水设备把地下水从集水井中不断抽走，保持基坑干燥。此法因设备简单、施工简便、成本低，而得到广泛采用。单独使用时，降水深度不宜大于5m，否则在坑底容易产生软化、泥坡脚出现流砂、管涌，边坡塌陷，地面沉降等问题。
2）井点降水：在拟建工程的基坑四周埋设能渗水的井点管，配置一定的抽水设备，不间断的将地下水抽走，使基坑范围内的地下水降至设计深度。井点法降水适用于具有不同几何形状的基坑，它有克服流砂、稳定边坡的作用。由于基坑内土方干燥，有利机械化施工，缩短工期，保证工程质量与安全，是一种行之有效的现代化施工方法，已广泛应用。
目前国内常用的井点降水法有轻型井点、喷射井点、管井降水（降水深度大于15m称为深井井点）、自渗井点等。

第5.2节　降水方案各论及比选

5.2.1 明沟排水法
明沟排水是指在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方法。
明沟排水（简称明排）一般适用于土层比较密实，坑壁较稳定，基坑较浅，降水深度不大，一般不超过5米，且坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程。 当场地为较密实的、分选好的土层，特别是带有一定胶结度或粘度的土层时，由于其渗透性低，渗流量较少，在地下水流出时，边坡仍稳定，即使在挖土方时，底部可能会出现短期翻浆或轻微变动，但对地基无损害，所以适宜明排；而该工程降水深度超过了5米，②、③砂质粉土为主要含水层，其土层为松散—稍密，分选性中等—差，部分为中砂，含砾石，含云母碎屑，局部夹粉砂，不适合采用明沟排水法。井点法降水适用于具有不同几何形状的基坑，它有克服流砂、稳定边坡的作用。由于基坑内土方干燥，有利机械化施工，缩短工期，保证工程质量与安全，是一种行之有效的现代化施工方法，已广泛应用。
选用明排降水时，应根据场地的水文地质条件、基坑开挖方法及边坡支护形式等综合分析确定。当具备下列条件时，一般可以采用明沟排水方案：
1）地质条件：场地为较密实的、分选好的土层，特别是带有一定胶结度或粘度的土层时，由于其渗透性低，渗流量较少，在地下水流出时，边坡仍稳定，即使在挖土方时，底部可能会出现短期翻浆或轻微变动，但对地基无损害，所以适宜明排；当地层土质为硬质粘土夹无水源补给的砂土透镜体或薄层时，由于在基坑开挖过程中，其所储存的少量水会很快流出而被疏干，有利于明排；在岩石土质施工时，一般均可进行明排。
2）水文条件：场地含水层为上层滞水或潜水，其补给水源较远，渗透性较弱，涌水量不大时，一般可以考虑采用明排降水。
3）挖土方法：当采用拉铲挖斗机、反向铲和抓斗挖土机等机械挖土，为避免由于挖土过程中出现的临时浸泡而影响施工时，对含水层的砂、卵石，涌水量较大，具有一定降水深度的降水工程，也可以采用明排降水。
4）其他条件：当基坑变坡为缓坡或采用堵截隔水后的基坑时；建筑场地宽敞，邻近无建筑物时；基坑开挖面积大，有足够场地和施工时间时；
明沟排水的抽水设备常用离心泵、潜水泵和污水泵等，以污水泵为好。采用明沟排水，具有施工方法简单，抽水设备少，管理方便和成本费用低等优点。但由于地下水沿基坑坡面或坡脚或坑底涌出，易使基坑软化，甚至泥泞，影响地基强度和施工；特别是当降水段内夹有粉、细砂层时，易产生地下水潜蚀、边坡失稳以及地面沉降等危害；还会使基坑的土方开挖受到影响。由于地下水位降至基底下的距离较小，容易发生水位回升而浸泡基坑，因此必须具有双套电力供应和备用水泵，由专人严格管理。

5.2.2井点降水法
1）轻型井点降水[6]
轻型井点抽水系真空作用抽水，由井点管、过滤管、集水总管、支管、阀门等组成管路系统，并由抽水设备启动，在井点系统中形成真空，并在井点周围一定范围形成一个真空区，真空区通过砂井扩展到一定范围。在真空力的作用下，井点附近的地下水通过砂井，经过滤器被强制吸入井点系统内抽走，使井点附近的地下水位降低。在作业过程中，井点附近的地下水位与真空区外的地下水之间，存在一个水头差，在该水头差作用下，真空区外的地下水是以重力方式流动的，所以常把轻型井点降水称为真空强制抽水法，更确切的说应是真空—重力抽水法。只有在这两个力的作用下，基坑地下水才会降低，并形成一定范围的降水漏斗。
轻型井点降水一般适用于粉细纱、粉土、粉质粘土等渗透系数较小的弱含水层中降水，降水深度单层小于6米，双层小于12米，采用轻型井点降水，其井点间距小，能有效地拦截地下水流入基坑内，尽可能地减少残留滞水层厚度，对保持边坡和桩间土的稳定较有利，因此降水效果较好。其缺点是：占用场地大、设备多、投资大，特别是对于狭窄建筑场地的深基坑工程，其占地和费用一般使建设单位和施工单位难以接受，在较长时间的降水过程中，对供电、抽水设备的要求高，维护管理复杂等。
2）喷射井点降水[7]
喷射井点系统由高压水泵、供水总管、井点管、喷射器、测真空管、排水总管及循环水箱所组成。喷射井点是采用高压水泵将压力工作水经供水管压入井点内外之间环形空间，并经过喷射器两边的侧孔流向喷嘴。由于喷嘴截面的突然变小，喷射水流加快（一般流速达30m/s以上），这股高速水流喷射之后，在喷嘴喷射出水柱的周围形成负压，从而将地下水和土中空气吸入并带至混合室。这时地下水流速得以加快，而工作水流速渐变缓，二者流速在混合室末端基本上混合均匀。混合均匀的水流射向扩散管，扩散管截面是逐渐扩大的，其目的是减少摩擦损失。当喷嘴不断喷射水流时，就推动着水沿内管不断上升，混合水流由井点进入回水总管至循环水箱。部分作为循环水用，多余部分（地下水）溢流排至现场之外，如此循环，以达到深层降水的目的[4]。
喷射井点主要适用于渗透系数较小的含水层和降水深度较大（8~20m）的降水工程。其主要优点是降水深度大，但由于需要双层井点管，喷射器设在井孔底部，有二根总管与各井点管相连，地面管网敷设复杂，工作效率低，成本高，管理困难。
3）电渗井点降水法[8]
粘土颗粒表面一般带负电荷，吸附着各种正离子。水分子是极性分子，颗粒周围的部分水分子又为正离子所吸附，当土体中通以直流电荷时，这些正离子将携同周围被吸附的水分子一起移向阴极，吸附力消失，水分子被释放出来成为自由水。这种在土中插入金属电极并通以直流电，在电场作用下，土中水源源不断地流向阴极的现象为电渗。
电渗井点降水是利用轻型井点和喷射井点的井点管作阴极，另埋设金属棒（钢筋或钢管）为阳极，在电动势作用下构成电渗井点抽水系统，当接通直流电流，在电势的作用下，使带正电荷的孔隙水向阴极方向流动，带负电荷的粘土微粒向阳极方向移动，通过电渗和真空抽吸的双重作用，强制粘性土中的水向井点管汇集，由井点管吸取排出，使地下水水位逐渐下降，达到疏干含水层的目的[5]。
电渗降水一般只适用于含水层渗透系数较小（<0.1m/d）的饱和粘土，特别是在淤泥和淤泥质粘土之中的降水。由于粘性土的颗粒较小，地下水流动十分困难，其中仅自由水在孔隙中流动，其他部分地下水则处于被毛细管吸附的约束状态，不能在压力水头作用下参与流动，当向土中通以直流电流后，不仅自由水、被毛细管约束的粘滞水也能参与流动，增加了孔隙水流动的有效断面，其渗透性提高数十倍，从而缩短降水时间，提高降水效果。
4）管井降水法[9]
适用于轻型井点不易解决的含水层颗粒较粗大的粗砂—卵石地层，渗透系数较大、水量较大、且降水深度较深（一般为8~20m）的潜水或承压水地区。
管井降水方法即利用钻孔成井，多采用单井单泵（潜水泵或深井泵）抽取地下水的降水方法。当管井深度大于15m时，也称为深井井点降水。
管井井点直径较大，出水量大，适用于中、强透水含水层，如砂砾、砂卵石、基岩裂隙等含水层，可满足大降深、大面积降水要求。
5）辐射井点降水法[9]
辐射井点降水是在降水场地设置集水竖井，于竖井中的不同深度和方向上打水平井点，使地下水通过水平井点流入集水竖井中，再用水泵将水抽出，以达到降低地下水位的目的。该降水方法一般适用于渗透性能较好的含水层（如粉土、砂土、卵石土等）中的降水，可以满足不同深度，特别是大面积的降水要求。
6）自渗井点降水[11]
自渗降水是指在降水场地的一定深度内，存在有两层以上的含水层，且下层的渗透能力大于上层，在下层水位（或水头）低于降水深度的条件下，人为地沟通上下含水层，在水位差的作用下，上层地下水就会通过井孔自然地流到下部含水层中，从而无需抽水即可达到降低地下水位的目的。
自渗井点降水法适用于下列条件：
①在降水范围内的地层结构为三层以上，含水层有两层以上，各含水层之间为相对隔水层（以粉质粘土为主）或隔水层（以粘土为主）。下层含水层的埋深以距离基坑底5~20m为宜。
②下层含水层的水位（或水头）低于上部含水层水位，并低于基坑施工要求降低水位。
③下层渗透系数大于上层含水层的渗透系数，且具有一定厚度（一般大于2m），能消纳的水量大于或等于降水深度内的基坑涌水量。
④上层地下水的水质未受污染，符合引入下层地下水的要求。
这种降水方法是近年来发展起来的一类新型井点降水方法，具有施工简单、快速，不用抽水设备，不排水，不耗能，不占用场地，便于管理，成本低等优点。降水深度适用范围大（5~20m），井点中的混合水位一般都大于含水层的底板，有利于所降含水层的疏干，取得好的降水效果。边施工引渗井就能边发挥降水作用，到引渗井施工结束或施工之中，就可以动铲挖槽了，不用进行抽水预降，可以大大缩短降水施工工期。在大跨度的基坑降水时，只需在基坑内的有利部位增加少量管井，待地下水位降至要求深度后回填级配砂石或打砂砾引渗井，既可以保证降水质量，缩短降水工期，又能满足地基强度要求。
综上所述，依据建筑场地的工程概况、水文地质条件和工程地质条件以及各种降水方案适用的土层岩性、适用的渗透系数的范围、适用的含水层的特性及降水的深度等进行比较取舍，最后确定该建筑场地最适合的降水方案为深井井点降水法。

第6章　基坑降水方案设计

第6.1节　基坑降水方案设计原理

井点降低地下水位是将在拟建基坑周围埋设许多一定深度的吸水井点管，在地面安装吸水总管及抽水设备而构成一套抽水系统。然后，开动抽水装置从井点管不断抽吸地下水，使基坑内的地下水逐渐降低一定深度，而基坑内外则形成降水漏斗曲线。
管井井点降水也称管井降水，多采用单井单泵（潜水泵或深井泵）抽取地下水的降水方法，适用于解决轻型井点不易解决的含水层，水量大且降深较大（一般8~20m）的潜水或承压水地区。
目前，管井井点系统主要设备有：
1）井管
井管由井壁管和过滤器两部分组成，井管由直径为200~350㎜的铸铁管、混凝土管、塑料管的能够材料制成。
2）水泵
当水位降深要求在7m以内时，可用离心式水泵；若降深大于7m，可采用不同扬程和流量的深井潜水泵或深井泵。
深井井点降水在国内外已得到了广泛应用，尤其是在大面积、大降深降水方面获得了令人满意的效果。
6.1.1　深井井点降水系统装置
深井井点主要由井管、过滤器、沉淀管及潜水泵或深井泵组成。
管井的结构如图6-1所示。管井的孔径一般为400~800㎜，管径为200~500㎜管井一般采用钢管、铸铁管、水泥管、塑料管或竹木管等，滤水管有穿孔管和钢筋骨架外缠铅丝或包尼龙网或金属网，也有水泥砾石滤水管，目前用于降水的管井点多采用后者。

因基坑周围浇注了地下连续墙，所以可在基坑内布置管井，采用坑内降水方法。深井井点降低地下水位，是按设计沿基坑轴线布设一排井点，坑内降水。
6.1.2井点抽水原理
井点抽水系真空作用抽水，如图6－1所示。井点系统装置组装完成之后，经检查合格即可启动抽水装置。这时，井点管、总管及贮水箱内空气被吸走，真空抽水时管路系统内的真空度不宜小于-0.06MPa，以确保真空抽水的效果，形成一定的真空度（即负压）。由于管路系统外部地下水承受大气压力的作用，为了保持平衡状态，由高压区向低压区方向流动流动。所以，地下水被压入至井点管内，经总管至贮水箱，然后用水泵抽走（或自流）。这些称为抽水（即吸水），其实质是压入水现象。目前，抽水装置产生的真空度不可能达到绝对真空（0.1MPa）。

第6.2节 基坑降水方案计算

6.2.1降水工程的平面布置
降水工程的几何图形是多样的，但井点布置基本上可分为两种形式：块状形的基坑多数采用环行封闭式，条形的基坑采用直线形式布置方法[3]。
1）环行封闭式平面布置：凡基坑成块状的均宜采用封闭式井点布置。当遇有降水面积大，封闭式井点布置因跨度大不能满足降水要求时，可分块进行抽水。
2）线型平面布置：当降水工程基坑为长条形状图形时，可采用线形式布置井点。（如降水井点平面布置图6-3所示）
依据《工程地质平面图》可知，建筑场地内的基坑为矩形，属条形基坑，宜采用线型平面布置井点布置，坑内降水，井点布置图如图6-2所示。

6.2.2基坑面积计算

如基坑简易平面图6-3所示：
SAabB=LAB×LAa=23.7×14m2 =331.8m2
SCcdD=LCD×LCc=105.95×18.7m2=7925.06m2
SEefF=LEe×LEF=19.7×15.2m2=331.8m2
S=SAabB+SCcdD+SEefF
=331.8+7925.06+331.8
=8588.66㎡
综上可知，基坑降水区域的面积为8588.66㎡ 。
6.2.3 基坑周长计算
如基坑简易平面图6-3所示：
LAB=14m Lab=14m
LBC=2.5m Lbc=2.5m
LCD=423.8m Lcd=423.8m
LDE=2.5m Lde=2.5m
LEF=14m Lef=14m
LAa =23.7m LFf =23.7m
L= LAB+ LBC+ LCD+ LDE+ LEF+ LAa+ Lab+ Lbc+ Lbc+ Lcd+ Lde+ Lef+ LFf=961m
综上可知，基坑降水区域的周长为961m
6.2.4 井点降水方案设计
根据设计基坑开挖深度为17.6m，地下水水位降低到基坑底板以下1m，已知静水位为地表以下0.8m，所以地下水位降低深度为：17.6+1－0.8=17.8m。
(一)根据降求深单井抽水量
1）渗透系数
根据抽水试验可知，k=0.622m/d
2）基坑总排水量计算
根据实际情况，对于杭州市下沙区而言，依据其水文地质特点，土层呈现水平渗透性强，而垂直渗透性弱的特征，同时本工程又设有隔水帷幕，隔水帷幕嵌入地面以下31.7m，已经将第③6层粘质粉土夹淤泥质粉土这层隔水层切断，基坑内外的地下水已失去水力联系，而第③层以下十几米为一层很厚的淤泥质黏土，渗透系数很差，可以看作为不透水的底版，所以在基坑降水过程中除了基坑大气降水的入渗补给外，已没有其他地下水的补给途径。所以本次基坑内降水实际就是解决贮存的地下水的问题，就如抽走池塘的积水一样。可以按照封闭式基坑计算总抽水量，当地下水位下降到基坑最深的开挖面以下18.6m深时应抽出的水的体积为：
基坑内总抽水量计算式：
Q=V×μ×w （6•1）
式中：Q—基坑总抽水量（m3）；
V—基坑内总挖掘的土方量（m3）；
μ—给水度（一般取0.1~0.05，根据地区经验取0.1）；
V=F×S （6•2）
F—基坑面积（m2）；
S—基坑降水深度（m）；
S=开挖深度+降水至基底1m－原地下水位标高；
W—地基土天然平均含水量（%）。
Q=V×μ×w
所以Q=8588.66×18.6×0.1×23.86%
≈3811.61m3
3）设深井井点的单井抽水量为q=100m3/d，抽水时间为d=2天，所以井点数目n。
（6•3）
=19.05
所以井点数目为20
4）井间距r的确定
（6•4）
式中：l—基坑的长度（m）
所以r=23.8m

第6.3节　井点管路系统设计

6.3.1 井点管的设计
1） 井点管的作用及基本要求
井点管由井壁管、过滤器和沉淀管组成。井壁管安装在非含水层处，起保护井壁稳固的作用；过滤器安装在含水层处，起滤水的作用；沉淀管位于井点管的最下端，以沉淀井中所含的砂粒。
常用的井点管有钢管、铸铁管、塑料管、石棉水泥管、木管、矿渣混凝土管和砾石水泥管等。各种井点管应符合以下的要求：
① 井点管本身尽可能不弯曲，连接部分也应保证井壁不弯曲，以便安装时能使井点管顺利下入井孔，并保持整个井壁垂直，便于安装抽水设备和进行维修；
② 井管内壁应平滑、圆整，便于在井管内安装抽水设备，特别是便于在管井维修时升降井管、工具之用；
③ 井点管应能经受管壁外侧岩层和人工填充物的压力及可能发生的地震对井管的影响，因此管壁要有一定的厚度，质材要坚韧，有一定的抗压、抗剪和抗弯强度；
④ 井点管在安装时，管壁及连接部分要能经得住全部井管的重量，即要有一定的抗拉强度，因此管壁厚度要适宜；
⑤ 过滤器要有较大的空隙率，以保证减少地下水流入管内的阻力，最大可能地增加井的出水量；
⑥ 加工工艺和结构形式应满足经济耐用的要求。选择井管材料要做到因地制宜、就地取材，并要考虑地下水对井管的腐蚀作用，以延长井点管使用寿命。
按照上述对井点管的基本要求，结合经管的经济价值来比较各种井点管的优缺点，可知：刚制井点管的强度大、质量好，过滤器的孔隙率较大，为经管的理想材料，但造价昂贵，目前多用作轻型井点或喷射井点的井点管。铸铁井点管的强度和质量较好，过滤器孔隙率较大，造价仅为钢管的二分之一。石棉水泥管如使用得当，强度尚可，价格更廉，仅为铸铁管的二分之一左右，而且管壁光滑耐侵蚀，但过滤器孔隙率较小。木制井管强度较差，寿命较短，加内外箍后，尚能使用，价钱便宜，约为铸铁管的三分之一至四分之一。矿渣混凝土井点管和一般混凝土井管成本低，强度尚好；砾石水泥井管成本低，制造简单，但强度低。这两种井管在排水工程中常用。
综上所述，选用钢制井点管作为井点降水法的井点管。
井点管直径D可按下式计算：
D=2 （6•4）
式中：q — 单井抽水量（m3/h）
V — 允许流速（一般为0.3~0.5）
目前，国内深井井点采用井管直径为φ200~500㎜因此，初定采用井管直径D=300mm
2）井点过滤器的设计
井点管的过滤器是抽水系统的重要组成部分，安装在井壁的下部，长度工程实际条件确定（一般为3m左右），是进水龙头。地下水首先进入过滤器，它的设计原则是，只允许抽出地下水，不允许带走土粒。同时，应尽量减少水头损失。因此，对过滤器的构造、滤网及保护滤网装置有特殊的要求，尤其是对透水性较弱，容易产生流砂现象的土层更为突出。
①过滤器的类型及适用条件
过滤器主要由过滤骨架和过滤层组成。常用过滤器类型及其适用范围和优缺点如表6-1所示：
过滤器采用钢管打孔，孔径为8~12mm，沿过滤管外壁纵向焊接直径为6~8mm的钢筋作为垫筋，其间距应满足外壁绕丝距过滤器外壁2~4mm为准，纵向垫筋缠绕直径为3~5mm的钢丝，间距（中~中）为3m，点焊与垫筋固定，外包滤网滤布或土工布。下部封堵严密。

表6－1 常用过滤器类型及适用条件[13]
过滤器类型
骨架材料

空隙率（%）

适用范围
优 缺 点
骨架过滤器
圆孔
过滤器
钢管
30～35
不稳定裂隙岩层，松散碎石、卵石层
强度较大，孔隙率高，加工方便，重量大，造价高
铸铁管
20～25
条孔
过滤器
钢管、塑料管
10~30
中粗砂砾石层
加工困难，使用不多
桥形孔
过滤器
钢板冲压后