地下水控制

地下水渗流控制方法可分成三种主要类型： (1) 截水墙和防渗层 ：包括防渗铺盖和防渗衬砌等，如果 施工或设置得当，它们有可能封闭住水流。 (2) 降水系统 ：用于降低水位和减小孔隙水压力，或在某 些情况下仅用于减小孔隙水压力。包括明沟和各种井点。 (3) 排水 ：用于控制水流，降低水位，减少孔隙水压力和 渗透力。 除此之外，以下两种方法也是常用的： (1) 反滤层：在渗透性显著不同的两种材料间设置的反滤 层，用于控制流速，从而防止细粒迁移、排水设施阻塞和管涌。 (2)地表处理：制止或防止斜坡上水的渗入。
复习要点
熟悉各类降排水措施的适用条件、布置方式，掌握其 设计计算方法； 熟悉各种防渗和排水技术及其适用条件； 掌握各种地下水控制的施工方法； 了解地下水控制对环境的影响与防治措施。
2. 地下水控制概论
在天然斜坡、坝和堤防，建筑物地基深开挖、切方边坡、露等稳定性方面，地下 水渗流控制是必须加以考虑的工程问题。 工程勘察必须考虑在施工期间和竣工后两种条件下的地下水控制 问题，因为作为自然因素或建筑活动影响的结果，可能使竣工后的条件 与施工中遇到的条件大不相同。 施工期间，在下列情况下往往进行地下水渗流控制；①要求提供 干燥的开挖环境，从而使施工有效地进行；②在开挖中，减少作用在板 桩和支撑上的侧向荷载；③稳定坑底，从而防止流土、管涌和隆起；④ 改善地基的承载能力；⑤增加挖方边坡和山边填土的稳定性；⑥在路面 工程中，切断毛细水上升通道，从而防止抽吸现象和冻胀发生；⑦降低 在隧洞施工中使用的气体压力等。 竣工后的控制往往为达以下目的：①要求降低或消除作用在底板上 的扬压力，从而由于减小地下室、埋入式结构、渠道衬砌、溢洪道、干 船坞等的底板厚度而节约投资；②提供干燥的地下室环境；③减小作用 于挡土结构物上的侧向压力；④控制所有大坝的渗流；⑤控制路面、山 边填土和切方边坡下的渗流和孔隙水压力；⑥防止地表水或地下水受污 染物的污染等。
(1)层流
层流——在岩石空隙中渗流时，水的质点作有秩序、平行而互
不混杂的流动。
层流示意图
(2)紊流
紊流——在岩石空隙中渗流时，水的质点作无秩序、互相混
杂、互相碰撞的流动。
紊流示意图
水作紊流运动时，水流所受到的阻力比层流状态大，消耗的 能量较多。
地下水的渗流一般符合达西定律。 V=kJ 式中 J——水力坡（梯）度；k——渗透系数(cm ／s)，k是值的大小反映了介质透水性的强 弱。 实践表明：在砂土中水的流动符合于达西 定律；而在粘性土中只有当水头梯度超过 所谓的起始梯度后才开始渗流
按其赋存特征分为包气带水(上层滞水)、潜水、承压水， 详细分类特征见表。
(1)上层滞水：是指埋藏在地表浅处，局部隔水透镜体的上 部且具有自由水面的地下水。其主要来源是由大气降水补给。 因此它的动态变化与气候、隔水透镜体厚度及分布范围等因 素有关。
(2)潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的具有自 由水面的地下水称为潜水。潜水直接受雨水渗透或河流渗入 土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄， 它的分布区与补给区是一致的。因此，潜水位的变化，直接 受气候条件变化的影响。
1.2 地下水的作用
从不同研究角度、不同学科领域研究地下水的作用或功 能，可极大地丰富水文地质学的内涵和外延，从而形成另一 些新的交叉学科。 例如，从资源角度研究地下水，形成了供水水文地质学， 矿泉水水文地质学和古水水文地质学等； 从作为一种地壳深部信息载体角度研究地下水，形成了 热水水文地质学和地震水文地质学。 而从作为一种地质营力角度研究地下水，则可发现其作 用有正负两方面。正的作用如地下水环流成矿模式，负作用 则主要是地下水作为一种可诱发多种地质灾害的直接或间接 营力，能在自然条件下或在人类工程活动中引起一系列直接 制约工程设计、施工和运营以及严重影响人类生存环境的工 程和环境地质问题。
3.2 喷射井点
当基坑开挖较深，降水深度要求大于 6m，而且场地狭窄， 不允许布置多级轻型井点时，宜采用喷射井点降水。其一层 降水深度可达 10 ～ 20m。适用于渗透系数为 1 ～ 20m／ d 的砂 性土层。
3.3 管井井点
实际使用中，管井井点降水系统由 井管和抽水设备组成。井管由井壁管和 过滤器两部分组成 。 管井井点适用于轻型井点不易解决 的含水层水量大、降水深的场合，当土 粒较粗、渗透系数很大，而透水层厚度 也大时，一般用井点系统或喷射井点不 能奏效，此时采用深井点较为适宜。其 优点是降水的深度大、范围也大，因此 可布置在基坑施工范围以外，使其排水 时的降落曲线达到基坑之下。深井点可 单用，亦可和井点系统合用。
地 下 水 控 制
提 纲
1. 2. 3. 4. 5.
水文地质基本概念 地下水控制概论 降水井的主要类型 降水井的设计计算 地下水控制的其它措施
1. 水文地质基本概念
1.1 地下水的类型及运动规律 1.2 地下水的作用 1.3 地下水相关参数的测定
1.1 地下水的类型及运动规律
地下水的类型
按其储水空间（空隙）分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水；
抽水设备为根据不同降水深度要求所选用的水泵。 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。
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地下工程中的 地下水控制
在地下工程施工过程中，常因流砂、坑壁坍塌而引起 工程事故，造成周围地下管线和建筑物不同程度的损坏； 有时坑底下会遇到承压含水层，若不减压，就会导致基 底破坏，同时伴随着隆胀流砂和坑底土的流失现象。采 用降水或排水技术可以防范这类工程事故的发生。因此， 控制地下水水位 已成为目前市政工程开挖施工的一项重 要的配套措施。 工程降水技术中，井点降水技术 已有百余年的发展史。 人们在地下工程活动中，最早是开挖一些简单的 集水坑 道 ，继而出现了 滤水井 ，采用水泵把井内的水抽出；后 因工程实践发展的需要，出现了 真空泵井点 ，即轻型井 点；到了 20 世纪 30 年代又出现了 电渗井点 。再后来，由 于降水深度的不断增加，又先后出现了 多级井点 和 喷射 井点、深井井点。
地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求，应 根据场地及周边工程地质条件、水文地质条件和环境条件并 结合基础支护和基础施工方案结合分析、确定。 地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水和回灌等 形式单独或组合使用，可按下表选用。
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3.1 轻型井点
轻型井点系统由 井点管、连接管、集 水总管及抽水设备等 组成。。 一般认为，轻型 井点法适用于渗透系 数为0.1～20m/d 的土 层，对土层中含有大 量的细砂和粉砂层特 别有效。具有可以防 止流砂现象和增加土 坡稳定，且便于施工 的特点。
降水深度 >6m ，须采用 多级井点。 在粉土中，由于毛细力 作用，孔隙水单靠重力不 易排出，需要采用真空井 点方式。即在滤管上下适 当范围填充粘土，并在滤 料段之上至孔口用粘土球 密封，造成良好的真空度， 利于排水。 在渗透系数极小的粘土 和粉土中，采用电渗法达 到排水降低水位的目的。
(4)地下水通过裂隙，断层破碎带，溶洞等通道流入洞体 内，造成洞室淹没。地下水位的上升，对上覆荷重较小的地 下广场等，还可能使基础上浮，使建筑物失稳。 (5)对于膨胀性岩土地区，当地下水位季节性升、降变化 或土体中水分的增减变化 ，可促使膨胀岩土产生不均匀胀缩 变形。 (6)在寒冷地区，地下潜水位升高，地基土中含水量也增 多。使地基土产生冻结，地面隆起。冻结状态的岩土体在温 度升高岩土解冻后，其抗剪和抗压强度大大降低。以上这些 均易导致建筑物开裂失稳。 (7)若地下水位在压缩层范围内下降时，岩土的自重应力 增加，可能引起地基基础的附加沉降 。如果土质不均或地下 水位突然下降，也可能使建筑物发生变形、破坏。 (8)在基坑支护工程中，地下水位控制设计和支护结构的 侧向压力更与地下水密切相关。 (9)地下水位的下降往往会引起地表塌陷，地面沉降及地 裂缝的复活，造成建筑物的严重损坏。
•压水试验
压水试验应按岩性不同划分试验段，试验段长度定为 5~10 m，试验分为单栓塞试验和双栓塞试验，通过试验 可求出渗透系数k，透水率w。
注水试验、抽水试验、压水试验的适应范围
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(3) 承压水：承压水是指充满于两个稳定隔水层之间的含水 层中的地下水。它承受一定的静水压力。由于承压水的上面存 在隔水顶板的作用，它的埋藏区与地表补给区不一致。因此， 承压水的动态变化，受局部气候因素影响不明显。
运动规律
地下水运动有层流和紊流两种形式。
通常地下水在岩土体中孔隙或微小裂隙 中连续渗透时属层流运动；而在喀斯特化的 空隙内流动，会产生紊流，其流线有互相交 错的现象。 。
1.3 地下水相关参数的测定
• 地下水参数的测定方法
•地下水流向、流速测定
地下水流向测定采用几何法，在场地内不应少于3个测 孔(井)，孔距按岩土的渗透性、水力梯度、地形坡度确定， 一般50~100m，同时量测各孔内水位，用等水位线的垂线 确定流向。
几何法测流向
•抽水试验
(1)抽水试验类型可按下表规定选用； (2)抽水试验宜三次降深，最大降深应接近工程设计所需 的地下水位降深的标高； (3)水位量测应采用同一方法和仪器，读数对抽水孔为厘 米，对观测孔为毫米； (4)当涌水量与时间关系曲线和动水位与时间的关系曲线， 在一定范围内波动，而没有持续上升和下降时，可认为已 经稳定； (5)抽水结束后应量测恢复水位。
人工降低地下水位常用井点降水的方法。井点降水法是在 基坑的内部或其周围埋设深于坑底标高的井点或管井，以总 管连接所有井点或管井进行集中抽水(或每个井管单独抽水)， 达到降低地下水位的目的。 目前常用的降水井点一般有：轻型井点（真空井点、电渗 井点）、喷射井点、管井井点（深井井点）等。工程实践中， 可按施工位置上的土体的渗透系数、待降水位深度、设备条 件以及工程特点选用。