第7章 降排水工程

1、第七章 降排水工程,,,,第一節(jié) 概述第二節(jié) 降排水的分類及適用條件第三節(jié) 排水工程 第四節(jié) 降水工程,,,,,1. 2003年10月中旬（雨季）東區(qū)CBD，發(fā)生基坑塌方。 2. 2005年10月（近期雨季） 某5m基坑，懸臂樁支護發(fā)生部分傾覆。 3. 紫荊山路，某高層建筑10m深基坑，止水帷幕發(fā)生滲漏而導致邊坡變形，引起周圍樓房沉降。,地下水作用引起的工程事故,第一節(jié)

2、概述,降排水工程概述,基坑開挖施工時，應具備的三個條件： ⑴基坑在開挖期間保持干燥狀態(tài)； ⑵保證基坑邊坡的穩(wěn)定和基坑底板的穩(wěn)定； ⑶不影響鄰近建筑物及地下管線的正常使用。,,,1. 含水層被揭穿，在壓差作用下，地下水必然會大量滲入基坑，造成基坑浸水，使現(xiàn)場施工條件變差，地基承載力降低； 2. 在動水壓力作用下，可能引起流砂、管涌和邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象； 3. 當基坑下存在承壓含

3、水層，若不降低壓力水頭，很容易導致基坑底部破壞。,地下水作用可能導致的問題,降排水用于地下水位以下的基坑（槽）開挖、基礎施工和地基處理，常用的方法如下：一、明溝排水 明溝排水是在基坑(槽)內(nèi)設置排(截)水溝和集水井，用抽水設備將地下水從集水井(坑)內(nèi)排走，以達到疏干基坑內(nèi)地下水的目的。 當基坑開挖不深，地下水位高出基坑底面不多，且坑壁土層不易產(chǎn)生流砂、管涌或坍塌時，采用此方法。,第二節(jié) 降排水的分類及適用

4、條件,二、井點降水 井點降水是利用井(孔)在基坑周圍同時抽水，把地下水位降低到基坑底面以下的降水方法。 井點降水在基坑開挖前，沿開挖基坑的四周、或某側埋設一定數(shù)量深于坑底的井點濾水管或管井，與總管連接或直接與抽水設備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下，以便在無水干燥的條件下開挖土方和進行基礎施工 。,井點降水方法的種類： 單層輕型井點、多層輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井

5、點、深井井點、無砂混凝土管井點以及小沉井井點等。 一般來說，當土質情況良好，土的降水深度不大，可采用單層輕型井點；當降水深度超過6m，且土層垂直滲透系數(shù)較小時，宜用二級輕型井點或多層輕型井點，或在坑中另布井點 。,一、場地排水方法 施工現(xiàn)場在工程開工前，應按施工組織設計規(guī)劃做好場地排水，以避免場地大量積水，基坑開挖地表雨水和滯水大量滲入，造成基坑泡水，破壞邊坡穩(wěn)定，影響施工正常進行和基礎工程質量。故此必

6、須做好現(xiàn)場場地的截水、疏水、排洪和基坑內(nèi)的排水等工作。,第三節(jié) 排水工程,二、基坑(槽內(nèi))排水方法(一)普通明溝和集水井排水法 普通明溝和集水井系在開挖基坑的一側、兩側或四周，或在基坑中部設置排水明溝，在四角或每隔20～30m設一集水井，使地下水流匯集于集水井內(nèi)，再用水泵將地下水排出基坑外。,適用條件：當基坑不深，地下水位高出基坑底面不多，且土質情況較好，坑壁土層不易產(chǎn)生流砂、管涌或坍塌時，可采用此

7、方法。,(二)分層明溝排水法 當基坑開挖土層由多種類型土組成，中部夾有透水性強的砂類土層時，為避免上層地下水沖刷基坑下部邊坡，造成塌方，可在基坑邊坡上設置2～3層明溝及相應的集水井，分層阻截并排除上部土層中的地下水。 應注意防止上層排水溝的地下水溢流向下層排水溝，沖壞、掏空下部邊坡，造成坍方。本法可保持基坑邊坡穩(wěn)定，減少邊坡高度和揚程。,適用于深度較大，地下水位較高，且上部有透水性強土層的建筑物基

8、坑排水。,三)深溝排水法 當?shù)叵略O備基礎成群，基坑相連，土層滲水量和排水面積大，為減少大量設置排水溝的復雜性，可在基坑外距坑邊6～30m或基坑內(nèi)深基礎部位開挖一條縱長深明排水溝體為主溝，使附近基坑地下水溝通過深溝自流入下水道或另設集水井，用泵排到施工場地以外溝道排走。在建(構)筑物四周或內(nèi)部設支溝與主溝連通，將水流引至主溝排走。,(四)暗溝或滲排水層 排水法 在場地狹窄地下水很豐富的情況下，設置明溝困

9、難，可結合工程設計，在基礎底板四周設暗溝(又稱盲溝)或滲排水層，暗溝及滲排水層的排水管(溝)坡向集水坑。(五)工程設施排水法 選擇基坑附近深基礎工程先施工，作為施工排水的集水井或排水設施，使基礎內(nèi)及附近地下水匯流該較低處集中，再用水泵排走。 (六)綜合排水法 在深溝截水的基礎上，如中部有透水性強的土層，再輔以分層明溝排水或在上部再輔以輕型井點截水等方法同時使用 。,優(yōu)點： 設備簡單、施

10、工簡便、成本低。缺點： ⑴坡面、坡腳、坑底滲水； ⑵若坑壁夾有粉細砂薄層，邊坡可能失穩(wěn)； ⑶滲水緩慢，降水不快，施工速度緩慢。,基坑(槽內(nèi))排水方法的優(yōu)缺點,三、基坑排水計算(一)基坑涌水量計算 地下水滲入基坑的涌水量與土的種類、滲透系數(shù)、水頭大小、坑底面積等有關，可通過抽水試驗確定或實踐經(jīng)驗估算，或按大井法計算。 流入基坑的涌水量為從四周坑壁和坑底的水

11、量之和。,,假想半徑按下式估算：(二)水泵功率計算,,,基坑排水設備常用離心泵、潛水泵和污水泵。水泵選型應根據(jù)涌水量、基坑深度（排水揚程）而定。選用的水泵排水量應比基坑總涌水量大1.5～2.0倍。,,水泵的選用,第四節(jié) 降水工程,降水工程是利用井(孔)在基坑周圍同時抽水，把地下水位降低到基坑底面以下的降水方法。 當?shù)叵滤桓叱龌拥酌娴臉烁咻^大，尤其是坑壁地層為松散的粉細砂、粉土或透水性較強的砂礫

12、、卵石等地層，且地下水的補給源又比較充足，采用明溝排水坑壁易發(fā)生流砂、坍塌等影響施工時，可采用井點法降水。,一、降水原理 通常飽和土是由液態(tài)水和固態(tài)土粒二部分組成。土層中的液態(tài)水分為結合水和自由水二類。 結合水是分子引力作用下吸引在土粒表面的水體，這種引力高達幾千至上萬個大氣壓，因此這類水通常只有在加熱成蒸汽時才能和土粒分開。 自由水是指土粒表面電場影響范圍之外的重力水和毛細水，井點降水一般是降

13、低土體中自由水形成的水面高程。,(二)降水防治流砂現(xiàn)象的原理 基坑開挖時地表以下的土層受到向下的滲透力的作用，對砂性土層而言，當滲流的水力坡度增大到某一種程度時，砂性土會呈流土破壞形式，即呈流態(tài)狀涌出坡面，通常稱為流砂。 產(chǎn)生流砂的滲流水力坡度稱為臨界水力坡度。太沙基提出臨界水力坡度Ic： Ic＝(1－n)·(γs－1) 井點降水降低坑內(nèi)、外的滲透水頭差，把滲透水力

14、坡度控制在容許范圍內(nèi)，從而防范了流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。 ,(三)降水增加地基抗剪強度的原理 對降水深度△H范圍內(nèi)的土層，其含水量因降水而顯著減小，其重度從浮重度提高到飽和重度，這部分土層在增加的自重應力作用下逐漸固結，土體抗剪強度相應增加。 , 輕型井點是沿基坑的四周或一側，將直徑較細的井點管沉入深于坑底的含水層內(nèi)，井點管上部與總管連接，通常總管利用抽水設備由于真空作用將地下水從井

15、點管內(nèi)不斷抽出，使原有的地下水位降低到坑底以下 。,(一)輕型井點降水方法,二、降水工程的方法,噴射井點是將噴射器裝置在井管內(nèi)，利用高壓水或高壓氣為動力進行抽水的井點裝置。 其降水深度較深。,(二)噴射井點降水方法,噴射井點主要適用于滲透系數(shù)較小的含本層和降水深度較大（呂－20m）的降水工程。 其主要優(yōu)點是降水深度大．但由于需要雙層并點管．噴射器設在井孔底部，有二根總管與各井點管相連，地面管網(wǎng)效設復雜，工作

16、效卒低，成本高，管理困難。,管井井點用于滲透系數(shù)大，地下水含量豐富，輕型井點不易解決的地層。 成井后，在地面用水泵或將水泵下到井管內(nèi)抽水，從而降低地下水位。 管井井點常用的水泵有離心泵、深井泵和潛水泵。離心泵主要用于降水深度一般小于7m的工程。大于7m，可采用不同揚程和流量的深井泵或潛水泵。,(三)管井井點降水方法,粘土顆粒表面一般帶負電荷，吸附著各種正離子。水分子是極性分子，顆粒周圍的部分水分

17、于又為正離子所吸附，當土體中通以直流電荷時，這些正離子將攜同周圍被吸附的水分子一起移向陰極，吸附力消失，水分子被釋放出來成為自由水。這種在上中插人金屬電極并通以直流電，在電場作用下，上中水源源不斷地流向陰極的現(xiàn)象稱為電滲。 電滲井點降水是利用輕型井點和噴射井點的井點管作陰極，另埋設金同棒（鋼筋或鋼管）為陽極，在電動勢作用下構成電滲井點抽水系統(tǒng)。,(四)電滲井點降水方法,電滲降水一般只適用于含水層滲透系數(shù)較?。ǎ?

18、．lm／d）的飽和粘土，特別是在淤泥和淤泥質粘土之中的降水。,一、設計前應取得的資料 ⑴地下水的類型、含水層厚度及頂板底板高程； ⑵地下水位標高及其動態(tài)規(guī)律及各層水之間的水力聯(lián)系； ⑶各含水層的滲透系數(shù)； ⑷含水層的補給條件，基坑與附近水源的距離及水力聯(lián)系； ⑸基坑邊界，開挖深度，采用支護方式及鄰近建筑物地基基礎、地下管線的關系； ⑹基坑工

19、程的支護時間及當?shù)氐臍庀筚Y料。,三 井點降水設計,（二）井點降水系統(tǒng)的設計1.基坑涌水量計算 計算方法見前面第三節(jié). 計算公式可參照表7-6.2.井點管埋置深度(或s)L＝H＋h＋△h＋i×r1＋l,3.確定井點管數(shù)量與間距⑴單井井點出水量（最大允許進水量）,,⑵計算井點數(shù)量和井點間距,,⑶復合井點數(shù)量（驗證）⑷計算基坑內(nèi)抽水影響最小處的水位降深,,見：建筑基坑支護技術規(guī)程JGJ 12

20、0－99,a.輕型井點和噴射井點 q=a·i·k·Dw·H b.管井點,⑴濾水管的類型：a.圓孔濾水管、b.條縫式 濾水管、c.筋條濾水管 ⑵過濾網(wǎng)的選擇：鋼絲網(wǎng)、銅絲網(wǎng)、塑料網(wǎng)、 尼龍絲網(wǎng)或

21、臨時性用棕皮 ⑶各含水層的滲透系數(shù) ⑷確定濾水管孔隙濾 ⑸設計濾水層 ⑹選擇抽水設備,3. 井點管路系統(tǒng)的設計,四、降水工程對環(huán)境的影響及防范措施 降水漏斗范圍內(nèi)的地下水位下降后，就必須會造成地面沉降。由于漏斗形的降水面所產(chǎn)生的沉降是不勻勻的，這類不均勻沉降的發(fā)展需要有一定的時間，在實際工程中，由于濾網(wǎng)和砂濾層結構不良，把土層中的粘粒、

22、粉粉甚至細砂帶出地面的情況是屢見不鮮的，這種現(xiàn)象會使周圍地面很快地產(chǎn)生不均勻沉降，給地面建筑和地下管線造成不同程度的損壞。,(一)井點降水影響范圍和沉降的估算 為了預估井點降水對周圍環(huán)境的影響范圍和造成的地面沉降，可借鑒已有的同類工程實例，也可用一些簡易的方法進行估算。1.降水對環(huán)境影響范圍的估算 降水漏斗的半徑通常可以用庫薩金公式進行估算： 由于地層一般呈層分布，影響范圍受土層的影響很

23、顯著。在軟土地區(qū)，砂質粉土層中的實例的影響范圍可達84m。對重要工程應采用抽水試驗來確定降水影響半徑。,,2.降水造成地面沉降的估算 井點降水無大量細顆粒隨地下水被帶走的情況下，周圍地面所產(chǎn)生的沉降量可用分層總和法進行計算： ；簡易的方法估算降水所引起的沉降值： 。3.深井井點降水對環(huán)境影響的估算 深井井點的降水深度大于15m

24、，濾水管布置在滲透系數(shù)大于10－４cm/s的砂層土中。深井泵的吸口宜高于井底1m以上，低于井內(nèi)動水位3m左右。 對環(huán)境的影響很小。,,,,(二)防止井點降水對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響的措施 井點降水在市政工程中起著重要的作用，但必須防止其對周圍環(huán)境的不良影響。1.在降水前認真做為對周圍環(huán)境的調(diào)研工作；2.合理使用井點降水，盡可能減少對周圍環(huán)境的影響；3.保護區(qū)邊緣設置回灌水系統(tǒng)；4.設置隔水帷幕。,,