基坑工程降水与地下水控制

– 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
突涌产生条件与防治措施
承压水层顶板厚度： H w h
减压井
基坑突涌
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
降水技术的发展
第五章 工程降水
概述 地下水的不良作用及防止措施 降低地下水的方法 工程降水设计计算 工程降水施工 工程降水对环境影响及其防范措施 工程实例
概述
工程降水的目的及意义
– 保证地下结构的安全施工（干槽作业） – 防止工程事故：流砂、管涌、坑低失稳 – 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
排水沟底面应比挖土面低0.3～0.4m，集水井（坑） 比沟底低0.5m
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
分层明排法原理
降水方法——井点法降水
井点法降水根据井型的不同进行分类： 1. 轻型井点 2. 喷射井点 3. 电渗井点
降水方法——轻型井点
原理
适用条件
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2.0m 渗透系数小于0.5m/d，降水深度小于2.0m 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0.4m以外，排水沟 离开坡脚不小于0.3m，在基坑四角或每隔30～40m 设置1个集水井（坑）
土层渗透系数取值
有关降水的基本概念
地下水的种类
– 按埋藏条件分：上层滞水、潜水、层间水 – 上层滞水：局部性、多层、在潜水之上 – 潜水：第一个连续分布隔水层上部的水，受雨水和地
表水影响，潜水层面标高即为水位标高 – 层间水：埋藏于两个隔水层之间的水，包括承压水和
非承压水
各种地下水的垂直分布
基坑渗流力
降水加固原理
有关降水的基本概念
动水压力（渗透压力）
– 水在渗流过程中受到土粒的阻力，水对土粒产生反力， 该反力叫做动水压力
– 动水压力与水力坡度成正比
GD
I
w
h l
w
– 当 GD 时1，产生流砂现象
有关降水的基本概念
渗透系数
– 渗透系数是水力坡度等于1时的渗透速度
v IK
– 渗透系数单位：m/s、m/d – 渗透系数大小与土的形成条件、颗粒级配、结构有关 – 渗透系数的取值对降水工程设计具有重要意义
K=0.1～80m/d 单级：小于6m 二级： 6～9m
轻型井点全貌图
二级轻型井点
Байду номын сангаас
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 1.0m
井点间距0.8～2.40m
主要设备：
井点管：直径38 ～55mm，长度5 ～7m，下端1 ～ 1.7m为滤管，孔眼直径12 ～18mm，包滤
管涌破坏示意图
管涌
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
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
基坑突涌
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
产生的条件——适宜土层和足够的水动力条件
– 土层的不均匀系数（d60/d10）愈大，愈易产生潜蚀；当 d60/d10大于10时，易产生潜蚀
– 两种相互接触的土层，当二者的渗透系数之比K1/d2大于2时， 易产生潜蚀
潜蚀
– 当渗流水流的水力坡度大于5时，水呈紊流，易产生 潜蚀，临界水力坡度为：
Ic 11 n 0.5n
流砂形成的条件 – 水力坡度极大，动水压力超过土颗粒重量使之悬浮 时，达到临界水力坡度
流砂
– 砂土孔隙度大 – 砂土渗透系数愈小排水性能差，愈易形成流砂 – 砂土中含有较多的片状矿物，易形成流砂 流砂的防止措施 – 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
潜蚀的预防措施 – 加固土体 – 人工降低地下水的水力坡度 – 设置反滤层
反滤层构造
流砂
定义 指土的松散颗粒被地下水饱和后，在动水压力即水
头差的作用下，产生的悬浮流动现象 发生地层
粉细砂地层 工程意义
突发性、工程危害大
流砂破坏示意图
流砂
流砂的形成原因 – 水力坡度极大，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
降水技术有一百多年的历史 最早采用明排或竖井降水 1896年，柏林地铁施工第一次用深井降水 1925～1930年，真空泵井点 1939年，德国在Salzg-itter铁路一段长距离挖方中采
用电渗稳定边坡 1950年以来：多级井点、喷射井点、辐射井点
降水方法——明排法
原理
降水方法——明排法
有关降水的基本概念
降水井的类型
– 潜水完整井 – 潜水非完整井 – 承压完整井 – 承压非完整井 – 无压完整井 – 无压非完整井
地下水的不良作用与防范措施
不良作用
– 潜蚀 – 流砂 – 管涌 – 基坑突涌
潜蚀
分类
– 机械潜蚀：动水作用下，土粒受到冲刷、冲走，导致土体结构 破坏
– 化学潜蚀：水的溶解作用导致土颗粒之间胶结作用的破坏，结 合力减弱
连接管：胶皮管、钢管、塑料管，直径38 ～55mm
线状布置
封闭状布置
降水方法——轻型井点
主要设备：
集水管：直径100 ～127mm，分节 连接，长度5 m，法兰盘连接，每隔 0.8 ～1.6m设一连接井点管的接头
井点降水防止流砂
管涌
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d60/d10大于10 两种相互接触土层渗透系数比K1/d2大于2～３ 渗透的水力坡度大于临界水力坡度