(完整版)深基坑工程——第十章基坑降水设计.

– 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

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基坑突涌
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
• 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
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基坑渗透力
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降水加固原理
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有关降水的基本概念
• 渗透力
– 渗透力与水力坡度成正比
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i

w

h
L
w
– 当 i w 时 ， 产生流砂现象
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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
– 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 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
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
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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
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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。
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 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
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 23
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 出下部土颗粒
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井点降水防止流砂
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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/k2大于2～３ 渗透的水力坡度大于临界水力坡度
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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。
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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
2～3m 地下喷射嘴真空吸水
极距1m 钢筋阳极加速渗流
20~50 单井真空泵、离心泵
10~250 25～30 30~50 单井潜水泵排水
大面积降水
平管引水至大口井排出
不透水层下有渗存水层 打穿不透水层，引至下一存水层
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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
第十章 基坑降水设计
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主要内容
第一节 概述 第二节 地下水的不良作用及防范措施 第三节 降低地下水的方法 第四节 降水设计计算 第五节 降水施工 第六节 降水对环境影响及其防范措施 第七节 工程实例
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第一节 概述
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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 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
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土层渗透系数参考值
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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
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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
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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 水平辐射井点 引渗井点
渗透系数 降水深度 最大井距 主要原理
0.1~20
m/d
0.1~20 < 0.1 20~200
3～6 m 6～20 8～20 5～6 3～5
1.6~2 地上真空泵或喷
m 射嘴真空吸水