地下水控制.方案

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。 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值的 大小反映了介质透水性的强弱,V—渗透速度。 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。
③其余水文地质计算方法，可参考《水文地质手册》。
④经验公式。
③管井的出水量q(m3／d)可按下列经验公式确定：
q 120 rs l 3 k
式中 rs——过滤器半径(m)； l——过滤器进水部分长度(m)； k——含水层渗透系数(m／d)。
(5)确定井点数与井点间距
确定井点数与井点间距还需通过实际排列最后确定，这 也是试算的过程。 经复核计算，在满足基坑地下水位降低值（基坑底板下 不低于0.5m）的要求下综合确定井点总数及其排列，包括 必要时，基坑内设置抽水井，另外还要考虑在需要观测和 监测的位置布置适量的观测井。
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。
饱和土体是由液态水和固态土体颗粒二部分组成。由于 土体颗粒和水分子之间存在静电引力作用，土层中的水呈结 合水和自由水两种存在形式。 结合水是在分子引力作用下被吸附在土粒表面，这种引 力可高达几千至上万个大气压，这类水无法在重力作用下自 由运动，其中的强结合水通常只有在加热成蒸汽时才能和土 粒分开。 自由水包括重力水和毛细水，重力水可以在自身重力作 用下自由运动，井点降水一般是降低土体中重力水形成的水 面高程。
(4)地下水通过裂隙，断层破碎带，溶洞等通道流人洞体 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。
地下水对工程建筑的危害作用
1. 地下水对岩土体及结构物的力学作用
（1）渗透稳定性 流土（流砂） 管涌 （2）水压力作用 基坑突涌 浮托力或扬压力 动水压力 2. 地下水的物理化学作用 （1）地下水的腐蚀性 （2）地基冻胀 （3）地下水对岩土体性能的劣化
地下水的赋存、变化对工程影响具体表现在以下几个方面： (1) 当地下水 潜水位上升接近地表 时，由于毛细作用而引 起沼泽化，或由于强烈蒸发浓缩作用而引起的盐渍化，增强 了岩土及地下水对建筑材料的腐蚀性。 (2)在河谷阶地、斜坡及岸边地带，地下潜水上升时，岩 土体浸润范围增大 ，浸湿程度加剧，岩土被水饱和、转化、 降低了抗剪强度，导致岩土体不均匀沉降；同时增大了动水 压力 ，可能产生潜蚀作用及流沙、管涌现象，破坏了岩土体 的结构和强度。以上这些原因，促使岩土体产生变形、崩塌， 滑移等，都将对工程产生不利影响。 (3)在粉、细砂及粉土为主的场地，地下潜水位上升，地 震时可能产生砂土液化 现象。在基础开挖过程中可能产生流 沙、管涌、底鼓、侧壁变形、坍塌等不良现象，这些不仅降 低了地基土的力学强度，而且往往给施工带来很大困难。
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。
(2)计算基坑涌水量
①大井法 面状基坑--这一部分内容可参考《建筑基坑支护技术规 程》附录F。 F一0.1条 均质含水层潜水完整井基坑涌水量可按下列 规定计算。
圆形基坑可直接采用《建筑基坑支护技术规程》附录F 相关公式计算。 非圆形基坑等效半径按下述公式计算： (a)矩形基坑等效半径
式中 a、b——分别为基坑的长、短边。 (b)不规则块状基坑等效半径
以上部分介绍是《建筑基坑支护技术规程》附录F的内 容，在降水工程中常用大井法计算基坑涌水量。
②水文地质比拟法。如果进行了水文地质初步勘察和单 孔或多孔的抽水试验，在相似和相同的水文地质条件下， 可用水文地质比拟法进行基坑涌水量计算。
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卤水水文地质学等； 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。正的作用如地下水成矿，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。
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。
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。
(8)单井结构设计
①管井
②真空井点：一般是固定配置，管径为50mm，有8m 管长和10m管长，底部为 2m长的滤水管。孔径为300mm 左右。地面下 1.5～2.0m用粘土封孔，其下填入适宜的砾 料。 ③喷射井点：井结构设计可仿照真空井点。井结构参 照“喷射点井出水量表”的管径和喷射器，按供水井成 井工艺设计。
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。
（a）当基坑远离边界时
(c)当基坑位于两个地表水体之间或位于补给区与排泄区之间
(d)当基坑靠近隔水边界
隔 水 边 界
F一0.2条 均质含水层潜水非完整井基坑涌水量 可按下列规定计算
(a)基坑远离边界时
(b)近河基坑降水，含水层厚度不大时
式中 M——由含水层底板到过滤器有效工作部分中 点的长度。
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、露天矿坑， 隧道和竖井、埋入式结构物、路面，以及山边填土等稳定性方面，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。
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。
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
5、地下水控制的其它措施
5.1 集水明排
基坑开挖时，对于地表水汇流，边坡地下水渗流，可 采用集水明排的方法，基坑排水沟和集水井可按下列规 定布置： (1)排水沟和集水井宜布置在拟建建筑基础边净距0.4m 以外，排水沟边缘离开边坡坡脚不应小于 0.3m ；在基坑 四角或每隔30～40m应设一个集水井； (2) 排水沟底面应比挖土面低 0.3 ～0.4m ，集水井底面 应比沟底面低0.5m以上。
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。
(c)近河基坑降水，含水层厚度很大时
F—0.3条
均质含水层承压水完整井涌水量
(a)当基坑远离边界时，涌水量可按下式计算
式中 M——承压含水层厚度。
(b)当基坑位于河岸边时
(c)当基坑位于两个地表水体之间或位于补给区 与排泄区之间时
F—0.4条 均质含水层承压水非完整井基坑涌量
F—0.5Fra Baidu bibliotek 均质含水层承压一潜水非完整井
(6) 检 验 水位降低 。
检验降水水 位，主要是 检验基坑抽 水影响最小 处的水位降 深和基坑中 心水位降深。
(7)降水井的最终布置（井数、井深、井距）
应根据降水场地的位置预测计算与降水方案优化确定。 在检验水位降低的同时，也要考虑可能出现的沉降、流土 (流砂)、管涌(潜蚀)、边坡不稳等工程环境影响进行预测计算。
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。