深基坑工程——第十章基坑降水设计

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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 抽水设备：
真空泵 射流泵

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轻型井点降水系统构成
弯连管 井点管
总管
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真空泵
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轻型井点降水
喷射混凝土坡面保护
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滤管构造
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流砂

流砂的形成原因
– –
水力坡度大，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
–
流砂形成的条件
水力坡度大，渗透力超过土颗粒重量使之悬浮时， 达到临界水力坡度
–
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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
1-底层排水沟；2-底层集水井；3-二层排水沟； 4-二层集水井；5-水泵；6-原地下水位线；7-降低后地下水位线
基坑明排适用于土层比较密实，坑壁比较稳定（细 粒土边坡不易被渗流冲刷而产生塌方），基础埋深 较浅，降水深度不大，不易发生流砂、管涌的工程。
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
1.6~2 地上真空泵或喷
m
2～3m
极距1m 钢筋阳极加速渗流
20~50 单井真空泵、离心泵 30~50 单井潜水泵排水
平管引水至大口井排出
打穿不透水层，引至下一存水层
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水平辐射井点
引渗井点
大面积降水
不透水层下有渗存水层
降水方法——明排法
• 原理
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降水方法——明排法

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

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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） 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
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管涌破坏示意图

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
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水库副坝产生管涌
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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 突涌形式
–基底顶裂，出现网状或树枝状裂缝，地下水涌入，带
第十章 基坑降水设计
1
主要内容
第一节 概述
第二节
第三节
地下水的不良作用及防范措施
降低地下水的方法
第四节
第五节
降水设计计算
降水施工
第六节
第七节
降水对环境影响及其防范措施
工程实例
2
第一节 概述
3
基坑降水的目的及意义
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、坑底失稳
–饱和粘土，特别是淤泥、淤泥质粘土 –配合轻型井点和喷射井点 –渗透系数K小于0.1m/d
• 布置
–同轻型井点和喷射井点 –极距:轻型井点0.8-1.0m；喷射井点1.21.5m –间歇通电：24h停2-3h
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引渗井点
• 适用条件
– 当含水层的下层水位低于上层水位，上层含水层的
重力水可通过钻孔渗入到下部含水层，起混合水位 满足降水要求时，可采用引渗自降 – 通过井孔抽水，使上层含水层的重力水通过井孔引 导渗入下部含水层，使其混合水位满足降水要求时 ，可采用引渗抽降 – 当采用引渗井降水时，应注意防止有害水质污染下
–配合其他降水 –井径0.8m—4.0m
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大口径井构造
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辐射井降水
• 适用条件
–粘性土、砂土和碎石土 –降水范围大或地面施工困难 –降水深度大于4m—20m
• 布置
–尽量使辐射井最大限度控制基坑降水范围 –含水层薄时，单层，每层6-8根；否则多层 –最下层辐射管应大于1.0m –辐射管长度宜为20—50m，直径50—150mm
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• 分类
潜蚀
– 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
• 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/k2大于2时，易产
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管井井点构造
管井井点由两部分组成，
一是井壁管，一是滤水管。
粘土
井壁管可用直径200～
水泵 吸水管 管身 小砾石 滤网 吸水管 钢筋焊接管架 沉砂管
350mm的铸铁管、无砂混 凝土管、塑料管。滤水管 可用钢筋焊接骨架，外包 滤网（孔眼为1～2mm）， 长2～3m（如图），也可 用铸铁管打孔，外缠镀锌
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• 井点类型及适用范围
井点类型 单级轻型井点 多级轻型井点 喷射井点 电渗井点 管井井点 深管井井点 渗透系数 降水深度 最大井距 主要原理 射嘴真空吸水
地下喷射嘴真空吸水
0.1~20
m/d
0.1~20 < 0.1 20~200 10~250
3～6 m 6～20 8～20 5～6 3～5 25～30


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1-排水明沟；2-集水井；3-离心式水泵； 4-设备基础或建筑物基础边线； 5-原地下水位线；6-降低后地下水位线
当基坑侧壁出现分层渗水时，可按不同高程设置导水管、导 水沟等构成明排系统；当基坑侧壁渗水量较大或不能分层明 排时，宜采用导流降水方法。降水井的深度应根据设计降水 深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。
渗透系数
– 渗透系数是水力坡度等于1时的渗流速度
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
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土层渗透系数参考值
9
第二节
地下水的不良作用与防范措施
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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
计降水深度、含水层的
埋藏分布和降水井的出
水能力确定。设计降水
深度在基坑范围内不宜 小于基坑底面以下0.5m。
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大型基坑放坡 开挖，坡面喷混凝 土保护 管井井点降水
基坑放坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是 施工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷， 开挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。 63
无砂混凝土滤 水管 砾石滤水层
潜水电泵
沉砂管 井孔
钢管深管井井点
无砂混凝土管深管井井点
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67-164
68
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大口径井降水
• 适用条件
–第四纪含水层，地下水补给丰富、渗透系数 大的砂土和碎石土
–地下水埋藏在15m以内，含水层厚度大于3m， 施工条件允许可大于15m
• 布置
–基坑外侧1.0m，特殊可布置在基坑内

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用抽水机在基坑 底明排水
粉细沙随地下水流 入基坑，产生流沙
在基坑开挖和地下结构施工中，必须防止流沙， 以免支护失效发生重大基坑坍塌事故。
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基坑支护结构 外侧因泥沙随水渗 流进入基坑，造成 局部沉陷坍塌事故
上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地 下水充沛，基坑土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成 支护结构失效坍塌事故。 17
• • • •
引渗法 管井法 大口井法 辐射井法
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降水技术的发展
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
部含水层
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引渗井点
• 布置
– 引渗井点可布置在基坑内外
– 井距根据引渗实验确定，一般2—10m
– 引渗深度宜揭穿被渗层，当深度大时，揭进 厚度不小于3m – 井径400—600mm
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管井法
• 适用范围 –井点不易解决的含水层颗粒较粗的粗砂—卵石层，渗 透系数大、水量大，降深8—20m，潜水或承压水 –含水层厚度大于5m –基岩裂隙和溶洞含水层，厚度可小于5m –渗透系数大于1.0m/d • 布置原则 –基坑开挖上口线1.0m外 –设置观测井 –井径600—800mm，井管外径400—600mm –抽水设备为潜水泵
铅丝。
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管井井点构造
降水井宜在基坑外缘采
粘土 水泵 吸水管 管身 小砾石 滤网 吸水管 钢筋焊接管架 沉砂管
用封闭式布置，井间距
应大于15倍井管直径，
在地下水补给方向应适
当加密；当基坑面积较 大、开挖较深时，也可 在基坑内设置降水井。
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管井井点构造
降水井的深度应根据设
粘土 水泵 吸水管 管身 小砾石 滤网 吸水管 钢筋焊接管架 沉砂管
生潜蚀
– 当渗流水流的水力坡度大于5时，水呈紊流，易产生潜蚀.
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潜蚀

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
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反滤层构造
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流砂

定义
指土的松散颗粒被地下水饱和后，在渗透力即水头 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
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
4
基坑渗透力
5
降水加固原理
6
有关降水的基本概念
• 渗透力
–渗透力与水力坡度成正比
h j i w w L
–当 i w 时，产生流砂现象
7
有关降水的基本概念

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

连接管：胶皮管、钢管、塑料管，直径38 ～55mm
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线状布置
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封闭状布置
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轻型井点降水一般适用于粉、细砂，粉土，粘质粉 土和粉质粘土等渗透系数较小（0.1~20m/d）的弱含 水层中降水，降水深度单层不大于6m，双层不大于 12m。
管井井点管
管井井点降水是一种常用的降水方法，适用在降水深度要求 大，土质的渗透系数在20～200m/d。
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管井的井点管
井的四周填入 砂滤料
管井井点施工时，先用小型钻机钻孔或水冲成孔，插入井点 管后，在管四周填入砂滤料，井内放入潜水泵。
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φ50出水管 钢板井盖 φ75总管 粘土封口 φ50出水管 电缆 砾石滤水层 φ375钢井管 潜水电泵 滤水管 滤网 导向段 开孔底板 中粗砂 井孔 粘土封口 沉砂管
真空泵原理
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射流泵原理
真空表
压力表 射流器
离心泵
循 环 水 箱
集水总管
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喷射井点
• 适用条件
–土层渗透系数K=0.1～20m/d
–降水深度大于6m，最大可达20m
• 井点布置
–基本同轻型井点 –井距1.5～3m
–成孔直径400～600mm
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• 原理
电渗井点
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电渗井点
• 适用条件
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降水方法——轻型井点

原理

适用条件


k=0.1～20m/d 单级降深：小于6m 二级降深： 6～12m
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在地下水丰富地区，当土的渗透系数为0.1～1m/d时，常采用 轻型井点降水。
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轻型井点全貌图
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二级轻型井点
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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 0.7~1.2m
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
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井点降水防止流砂
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管涌
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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/k2大于2～３ 渗透的水力坡度大于临界水力坡度

出下部土颗粒
–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： 减压井
w H h
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基坑突涌
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第三节 降低地下水的方法
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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