第九章 基坑地下水控制

p hi p H E12
3、防范措施
（1）环境调研
（2）合力使用井点降水 （3）设置截水帷幕 （4）采用回灌技术
管井井点
表9.2
电渗井点
深井井点
3、总涌水量计算 重力式降水
表9.2
当基坑长宽比L/B>10，按照渗渠或集水廊道计算 (1)潜水完整型：
2 2 H h k
Q
2R
(9-38)
(1)潜水非完整型：
Q
2 2 H h 1 k
2 R
Skq0
(9-40)
例题1
某工程地下室基坑上口平面尺寸为23m×14m，基坑深度4.1m，挖土边坡为1： 0.5，根据地质勘查资料，该处地面下0.6m为杂填土，此层下面有6.5m深的细 砂层，再往下为不透水的粘土层，细砂土层渗透系数k＝5m/d，为均质含水层， 地下水位在地表下0.6m。基坑中心水位在坑底下0.5m 。基坑布置成环状井点， 井点管长度7.2m（井管长6m，滤管长1.2m）。 试计算：基坑总涌水量
Q q n
Q y h ln x1 x2 kn
2 2 0
xn n ln r
（9-10）
在群井影响范围边缘任意取一点，水位高度为静止 水位高度H，各井中心距离该点距离以x1=R1、 x2=R2…xn=Rn，则：
Q H h ln R1 R2 k n
2 2 0
2H S S 1.366k lg R lg r
(降深)S H h 注意： lg e 1.364
水井影响半径R－抽水稳定时，井点中心到潜水面开 始下降处的距离
水井内动水位h－不透水面到井内水位距离
潜水水位
S
H
浸润曲线
H-静止水位高度
h
R
S-降深
潜水含水层
承压水含水层
R 2S kH R 10S k
库萨金公式
2、完整承压井涌水量计算原理
符合条件：
测压管水头面为以井轴线为中心的旋转面；测压管水头 最低处不低于含水层的顶部。 得：
dy i dx
A 2 x M
dx q 2k M dy x
dy q k i A k 2 xM dx
第九章
基坑地下水控制
主要内容：
一、概述 二、裘布依水井理论（重点） 三、基坑降水计算（重点） 四、井点降水对环境的影响及防范措施
1、基坑地下水控制的内容 降水
降水目的:5
截水 基坑开挖前在基坑周围设置隔水围护墙(截水 帷幕)，例如水泥土搅拌桩墙、地连墙等。 作用：避免降水影响范围内地基固结沉降，影 响周围建筑及地下管线等设施的安全与使用。 回灌
设置回灌井点或回灌砂沟等，控制地下水位的变化。
2、 重力式降水 基 坑 降 井点降水 水 方 (强制式降水) 法
排水沟＋集水井 轻型井点 喷射井点 管井井点 电渗井点 深井井点 了解内容：
(1)设备组成、构造
(2)适用条件（土层、降水深度） (3)施工过程
(4)计算内容
主要内容：
一、概述 二、裘布依水井理论（重点） 三、基坑降水计算（重点） 四、井点降水对环境的影响及防范措施
完整潜水井涌水量 H 2 h2 q 1.366k lg R lg r
3
2 1
x2 A x1
4
5
r0计算
完整潜水群井
H 2 y2 Q 1.366k 1 lg R lg x1 x2 n xn
r0 n x1 x1
xn
理论方法
矩形基坑等效
ab r0 u 4
H l 1 lg R lg x1 x2 n xn
取基坑中心点：
l’--基坑内某点动水位
H 2 h2 潜水完整井 Q 1.366k lg R lg r0 h、r—为基坑中心处动
水位及基坑等效半径
H h 承压完整井 Q 2.73kM lg R lg r0
主要内容：
A
A－井点系统包围的基坑面积规
群井降水影响半径：
R
r0
R
R R r0
潜水含水层
R 2S kH R 10S k
承压水含水层
群井涌水量计算公式：
一 般 形 式
潜水完整井
H 2 l 2 Q 1.366k 1 lg R lg x1 x2 n
xn
(9-16)
承压完整井 Q 2.73kM
Q 1 S H lg R lg x1 x2 1.366k n
2
潜水完整型
xn
承压完整型
1 lg R lg x1 x2 n 0.366Q 1 lg R lg x x x 1 2 n kM n S H l Q 2.73kM
பைடு நூலகம்
a
b
u 概化系数
b/a u
0.1～0.2 0.2～0.3 0.3～0.4 0.4～0.6 0.6～1.0 1.0 1.12 1.14 1.16 1.18
计算等效圆形单井半径r0实用方法：
r0
圆形基坑：井点围成圆形面积半径 对于长宽比<10的矩形基坑： r0 0.29 a b
不规则基坑： r0
积分
q ln x 2k My c
代入边界条件，x=R,y=H，分别为水井影响半径和地下 不透水层顶面距离承压水水头高度，则得：
c q ln R 2k MH
q ln R ln x 2k M H y
2k M H y q ln R ln x
2 2
xn
代入数值并换底， 得：
理解： 只要确定完整潜水群井影响 半径R、自由水位高H，以及 在影响范围内任意点的水位y 及该点到各个单井中心距离x1、 x2…xn等参数，就可以计算群 井单位时间的排水量
H 2 y2 Q 1.366k 1 lg R lg x1 x2 n
xn
xn
例题2
某基坑潜水含水层厚度为20m，含水层渗透系数k＝4m/d，平均单井出水量 q=500m3/d，井群的影响半径R’=130m，井群布置如图。 试计算：基坑中心点水位降深S
30 35 30 35 30
解：
根据潜水完整井群计算原理
H 2 l 2 Q 1.366k 1 lg R lg x1 x2 n S H l
如果取x2=R,y2=H，分别为水井影响半径和地下不透水 层顶面距离潜水自由液面高度； x1=r,y1=h，分别为水井 半径和地下不透水层顶面距离井内动水位高度，则得：
q R H h ln k r
2 2
H 2 h2 q k R ln r
完整潜水井单位时间内涌水量：
H 2 h2 H 2 h2 H 2 h2 q k k 1.366k (9 4) R R lg R lg r ln lg lg e r r
A 2 x y
x
q k i A k
dy 2 xy dx
y
q
dx 2k y dy x
2 1
积分
q ln x k y 2 c
q y y ln x2 ln x1 k
2 2
(x1,y1)、(x2,y2)为水井作用范围内漏斗面上任意两点坐标
一、概述 二、裘布依水井理论（重点） 三、基坑降水计算（重点） 四、井点降水对环境的影响及防范措施
基坑降水计算一般过程： 根据实际情况确定水位降深S→确定基坑总的涌水量 Q→确定单井出水量q→确定井的数量n → 选择设备。 确定设计水位降深 选择降水方案 总涌水量计算 计算或验算内容： 单井出水量计算 选择井数及确定井间距 基坑中心降水深度验算
4、单井出水量计算
与场地水文地质条件、井点过滤器结构、成井工艺 与抽水设备能力有关。 管井出水量
q 120 rl 3 k
5、选择井数及确定井间距
Q n 1.1 q
井间距
L D n 1
L-沿基坑布置井点的总长度(对于面积较大的 基坑，宜采用环型封闭布置)
6、基坑中心降水深度验算 检查基坑内受抽水影响最小点(例如：基坑中心)的 水位降深是否满足要求
（9-6）
（9-7）
3、群井涌水量计算原理
背景：
多口井降落漏斗相互交叉，相互影响。
特点：
同时抽水时，单井出水量小于单独抽水时流量；地下 水位降低程度大于单井作用。 （1）完整潜水群井
内容： （2）完整承压水群井 （3）群井等效原理
（1）完整潜水群井
3
2 1 4
x2 A x1
第i口井单独作用时降落漏斗曲面方 程（以A点和井边为已知条件）：
xn
H H2
Q 1.366k
1 lg R lg x1 x2 n
xn
20 202 20 10.996 9m
500 5 1 lg130 lg 352 303 1.366 4 5
水井分类
水井底部是否 达到不透水层
地下水是否有 压力 完整井 非完整井 承压井 潜水井
计算假定
（1）含水层均质各向同性 （2）水流为层流 恒定渐变流
dy i dx
（3）水流为稳定流
（4）水井出水量不随时间而变化
1、完整潜水井涌水量计算原理
径向渗流任意过水面积（圆筒面） A： 根据达西定律，单位时间内渗流体积 q ：
主要内容：
一、概述 二、裘布依水井理论（重点） 三、基坑降水计算（重点） 四、井点降水对环境的影响及防范措施
1、降水对环境的影响 影响范围内（降落漏斗）土层有效应力增加，产生附 加沉降；细颗粒被抽出，加剧沉降；造成建筑物及地 下管线破坏。
2、降水造成的沉降计算
S
1(12)
1 e0i
5
qi xi y h ln k ri
2 i 2 i
n口井同时抽水，令每口井内水位相同，均为h0， 降落曲面方程叠加得：
q1 x1 q2 x2 y h ln ln k r1 k r2
2 2 0
qn xn ln k rn
（9-9）
n口井井径均相等r1=r2=….=rn=r，则各井流量相 等：
1、设计水位降深S
水位降深在满足施工要求的时候，应尽量选择较小水 位的降深，一般降到操作面下0.5m即可（有特殊要求 的除外），这样可最大程度上避免降水对地层的影响， 不至于造成地基承力的下降。
2、选择降水方案 根据需要的降深、土层渗透性的大小等
重力式降水
排水沟＋集水井
轻型井点 喷射井点
强制式降水
Rn n ln r （9-11）
(9-11)-(9-10)得：
Q H y ln R1 R2 k n
2 2
Rn ln x1 x2
xn
如果选择的点距离各个井中心都很远，则令 R1=R2=Rn=R所产生的误差不大。
Q H y n ln R ln x1 x2 k n
在井边：x=r,y=h代入并换底，得：
2k M H h kM H h kM H h q 2 lg e 2.73 ln R ln r lg R lg r lg R lg r
将H-h=S代入得：
kMS q 2.73 lg R lg r
(9-13)
（2）完整承压水群井
Hy 1 lg R lg x1 x2 n xn
Q 2.73kM
(9-15)
理解： 只要确定完整承压水群井影响半径R、自由水位高H，以及在影响范围内任 意点的水位y及该点到各个单井距离x1、x2…xn等参数，就可以计算群井单位 时间的排水量
（3）群井等效原理 要点：将各井点组成的群井系统等效为一口半径 为r0的大圆单井；水井影响半径R仍按照单井确 定；然后按照单井理论进行计算。