1、第十章 基坑降水設計1主 要 內 容 第一節 概述 第二節 地下水的不良作用及防范措施 第三節 降低地下水的方法 第四節 降水設計計算 第五節 降水施工 第六節 降水對環境影響及其防范措施 第七節 工程實例23第一節 概述保證地下結構的安全施工（干槽作業）防止工程事故：流砂、管涌、坑底失穩提高邊坡的穩定性減少板樁和支撐的壓力改善基坑和填土的砂土特性工程降水不當引起的工程事故的比例很大基坑降水的目的及意義4基坑滲透力5降水加固原理6有關降水的基本概念滲透力滲透力與水力坡度成正比當 時，產生流砂現象7有關降水的基本概念滲透系數滲透系數是水力坡度等于1時的滲流速度滲透系數單位：m/s、m/d滲透系數

2、大小與土的形成條件、顆粒級配、結構有關滲透系數的取值對降水工程設計具有重要意義8土層滲透系數參考值910第二節 地下水的不良作用與防范措施地下水的不良作用與防范措施不良作用潛蝕流砂管涌基坑突涌11潛蝕分類機械潛蝕：動水作用下，土粒受到沖刷、沖走，導致土體結構破壞化學潛蝕：水的溶解作用導致土顆粒之間膠結作用的破壞，結合力減弱產生的條件適宜土層和足夠的水動力條件土層的不均勻系數（d60/d10）愈大，愈易產生潛蝕；當d60/d10大于10時，易產生潛蝕兩種相互接觸的土層，當二者的滲透系數之比k1/k2大于2時，易產生潛蝕當滲流水流的水力坡度大于5時，水呈紊流，易產生潛蝕.12潛蝕潛蝕的預防措施加固

3、土體人工降低地下水的水力坡度設置反濾層13反濾層構造14定義指土的松散顆粒被地下水飽和后，在滲透力即水頭差的作用下，產生的懸浮流動現象發生地層粉細砂地層工程意義突發性、工程危害大流砂15用抽水機在基坑底明排水粉細沙隨地下水流入基坑，產生流沙 在基坑開挖和地下結構施工中，必須防止流沙，以免支護失效發生重大基坑坍塌事故。16 上海、廣東、江蘇、山東、浙江等地均有多雨季節，地下水充沛，基坑土方開挖時排水或降水不當，均有可能造成支護結構失效坍塌事故。 基坑支護結構外側因泥沙隨水滲流進入基坑，造成局部沉陷坍塌事故17流砂的形成原因水力坡度大，流速大沖動細顆粒使之懸浮飽和時膠體顆粒吸水膨脹，土顆粒密度下降

4、，能懸浮流動砂土在振動作用下結構破壞，體積縮小，土顆粒懸浮于水而流動流砂形成的條件水力坡度大，滲透力超過土顆粒重量使之懸浮時，達到臨界水力坡度流砂18砂土孔隙度大砂土滲透系數愈小排水性能差，愈易形成流砂砂土中含有較多的片狀礦物，易形成流砂流砂的防止措施人工降低地下水位采用地下連續墻截水設置帷幕水下開挖其他方法：凍結法、化學加固等流砂19井點降水防止流砂20定義指疏松的砂土層時，地基土在具有一定滲透速度（水力坡度）的水流作用，其細小顆粒被沖走，土中孔隙逐漸增大，形成細管狀滲流通道，從而掏空地基或壩體，使之變形、失穩，此現象為管涌。產生條件土中粗、細顆粒粒徑比D/d大于10土的不均勻系數d60/d

5、10大于10兩種相互接觸土層滲透系數比k1/k2大于2滲透的水力坡度大于臨界水力坡度管涌21管涌破壞示意圖管涌的防治措施增加支護樁的入土深度，使滲流路線增加人工降低地下水位，改變地下水的滲流方向2223水庫副壩產生管涌 突涌形式基底頂裂，出現網狀或樹枝狀裂縫，地下水涌入，帶出下部土顆粒基底發生流砂現象，邊坡失穩，地基懸浮流動基底發生類似于“沸騰”的噴水現象，使基坑積水，地基土擾動突涌產生條件與防治措施承壓水層頂板厚度：減壓井基坑突涌含義當基坑開挖，基底有承壓水，承壓水頂板厚度小時，水頭壓力能頂穿基坑底板的現象，稱為基坑突涌24基坑突涌2526第三節 降低地下水的方法降水方法的分類明排法井點法輕

6、型井點噴射井點電滲井點27引滲法管井法大口井法輻射井法降水技術的發展降水技術有一百多年的歷史最早采用明排或豎井降水1896年，柏林地鐵施工第一次用深井降水19251930年，真空泵井點1939年，德國在Salzg-itter鐵路一段長距離挖方中采用電滲穩定邊坡1950年以來：多級井點、噴射井點、輻射井點28井點類型及適用范圍井點類型滲透系數降水深度最大井距主要原理單級輕型井點0.120 m/d36 m1.62 m地上真空泵或噴射嘴真空吸水多級輕型井點620噴射井點0.12082023m地下噴射嘴真空吸水電滲井點 0.156極距1m鋼筋陽極加速滲流管井井點20200352050單井真空泵、離心泵

7、深管井井點1025025303050單井潛水泵排水水平輻射井點大面積降水平管引水至大口井排出引滲井點不透水層下有滲存水層打穿不透水層，引至下一存水層29降水方法明排法原理30降水方法明排法適用條件不易產生流砂、流土、管涌和塌陷等現象的粘性土、砂土和碎石土基坑地下水位超過基礎底板標高不大于2.0m滲透系數小于0.5m/d，降水深度小于2.0m單獨使用或聯合使用31降水方法明排法排水溝和集水井的設置布置在距擬建建筑物基礎邊凈距0.4m以外，排水溝離開坡腳不小于0.3m，在基坑四角或每隔3040m設置1個集水井（坑）排水溝底面應比挖土面低0.30.4m，集水井（坑） 比溝底低0.5m溝、井截面根據排

8、量確定：基礎較深或地下水位較高時，應分層明排或導排法321-排水明溝；2-集水井；3-離心式水泵；4-設備基礎或建筑物基礎邊線；5-原地下水位線；6-降低后地下水位線 當基坑側壁出現分層滲水時，可按不同高程設置導水管、導水溝等構成明排系統；當基坑側壁滲水量較大或不能分層明排時，宜采用導流降水方法。降水井的深度應根據設計降水深度、含水層的埋藏分布和降水井的出水能力確定。1-底層排水溝；2-底層集水井；3-二層排水溝；4-二層集水井；5-水泵；6-原地下水位線；7-降低后地下水位線 基坑明排適用于土層比較密實，坑壁比較穩定（細粒土邊坡不易被滲流沖刷而產生塌方），基礎埋深較淺，降水深度不大，不易發生

9、流砂、管涌的工程。井點法降水根據井型的不同進行分類：輕型井點噴射井點電滲井點降水方法井點法降水36降水方法輕型井點原理適用條件k=0.120m/d單級降深：小于6m二級降深： 612m37 在地下水豐富地區，當土的滲透系數為0.11m/d時，常采用輕型井點降水。3839輕型井點全貌圖40二級輕型井點41降水方法輕型井點井點設置沿基坑周圍布置，線狀或封閉狀，距邊坡線不小于0.71.2m井點間距0.82.40m主要設備：井點管：直徑38 55mm，長度5 7m，下端1 1.7m為濾管，孔眼直徑12 18mm，包濾連接管：膠皮管、鋼管、塑料管，直徑38 55mm42線狀布置43封閉狀布置4445輕型

10、井點降水一般適用于粉、細砂，粉土，粘質粉土和粉質粘土等滲透系數較小（0.120m/d）的弱含水層中降水，降水深度單層不大于6m，雙層不大于12m。降水方法輕型井點主要設備：集水管：直徑100 127mm，分節連接，長度5 m，法蘭盤連接，每隔0.8 1.6m設一連接井點管的接頭抽水設備：真空泵射流泵46 輕型井點降水系統構成 總管 井點管 彎連管47 真空泵48 輕型井點降水 噴射混凝土坡面保護49濾管構造50真空泵原理51射流泵原理集水總管射流器離心泵壓力表循環水箱真空表5253噴射井點適用條件土層滲透系數K=0.120m/d降水深度大于6m，最大可達20m井點布置基本同輕型井點井距1.53

11、m成孔直徑400600mm54電滲井點原理55電滲井點適用條件飽和粘土，特別是淤泥、淤泥質粘土配合輕型井點和噴射井點滲透系數K小于0.1m/d布置同輕型井點和噴射井點極距:輕型井點0.8-1.0m；噴射井點1.2-1.5m間歇通電：24h停2-3h56引滲井點適用條件當含水層的下層水位低于上層水位，上層含水層的重力水可通過鉆孔滲入到下部含水層，起混合水位滿足降水要求時，可采用引滲自降通過井孔抽水，使上層含水層的重力水通過井孔引導滲入下部含水層，使其混合水位滿足降水要求時，可采用引滲抽降當采用引滲井降水時，應注意防止有害水質污染下部含水層57引滲井點布置引滲井點可布置在基坑內外井距根據引滲實驗確

12、定，一般210m引滲深度宜揭穿被滲層，當深度大時，揭進厚度不小于3m井徑400600mm58管井法適用范圍井點不易解決的含水層顆粒較粗的粗砂卵石層，滲透系數大、水量大，降深820m，潛水或承壓水含水層厚度大于5m基巖裂隙和溶洞含水層，厚度可小于5m滲透系數大于1.0m/d布置原則基坑開挖上口線1.0m外設置觀測井井徑600800mm，井管外徑400600mm抽水設備為潛水泵59管井井點構造60管井井點由兩部分組成，一是井壁管，一是濾水管。井壁管可用直徑200350mm的鑄鐵管、無砂混凝土管、塑料管。濾水管可用鋼筋焊接骨架，外包濾網（孔眼為12mm），長23m（如圖），也可用鑄鐵管打孔，外纏鍍鋅

13、鉛絲。管井井點構造61降水井宜在基坑外緣采用封閉式布置，井間距應大于15倍井管直徑，在地下水補給方向應適當加密；當基坑面積較大、開挖較深時，也可在基坑內設置降水井。管井井點構造62降水井的深度應根據設計降水深度、含水層的埋藏分布和降水井的出水能力確定。設計降水深度在基坑范圍內不宜小于基坑底面以下0.5m。 基坑放坡大開挖是一種最簡單的基坑施工方法，優點是施工速度快，相對措施費用不高；缺點是周邊場地要空曠，開挖和回填土方量大。放坡坡度的大小與地區土質有關。 大型基坑放坡開挖，坡面噴混凝土保護 管井井點降水63 管井井點管 管井井點降水是一種常用的降水方法，適用在降水深度要求大，土質的滲透系數在2

14、0200m/d。64 管井井點施工時，先用小型鉆機鉆孔或水沖成孔，插入井點管后，在管四周填入砂濾料，井內放入潛水泵。 管井的井點管 井的四周填入砂濾料65鋼管深管井井點井孔粘土封口50出水管電纜礫石濾水層375鋼井管潛水電泵濾水管濾網導向段開孔底板中粗砂75總管鋼板井蓋50出水管無砂混凝土管深管井井點井孔潛水電泵礫石濾水層沉砂管無砂混凝土濾水管沉砂管粘土封口6667-1646869大口徑井降水適用條件第四紀含水層，地下水補給豐富、滲透系數大的砂土和碎石土地下水埋藏在15m以內，含水層厚度大于3m，施工條件允許可大于15m布置基坑外側1.0m，特殊可布置在基坑內配合其他降水井徑0.8m4.0m7

15、0大口徑井構造71輻射井降水適用條件粘性土、砂土和碎石土降水范圍大或地面施工困難降水深度大于4m20m布置盡量使輻射井最大限度控制基坑降水范圍含水層薄時，單層，每層6-8根；否則多層最下層輻射管應大于1.0m輻射管長度宜為2050m，直徑50150mm7273第四節 降水的設計計算有關降水的基本概念地下水的種類按埋藏條件分：上層滯水、潛水、層間水上層滯水：局部性、多層、在潛水之上潛水：第一個連續分布隔水層上部的水，受雨水和地表水影響，潛水層面標高即為水位標高層間水：埋藏于兩個隔水層之間的水，包括承壓水和非承壓水74各種地下水的垂直分布75降水的基本概念降水井的類型76按照濾管與不透水層的關系：

16、完整井到不透水層非完整井未到不透水層按照是否承壓水層：承壓井無壓井潛水完整井潛水非完整井承壓完整井承壓非完整井水井的分類77地下水向井的運動特征(1)水位降深：從井中抽水時，井周圍含水層中的地下水向井中運動，井中和井附近的水位降低。設某點（x,y）的初始水頭為H0(x,y,0)，抽水t時間后的水頭為H(x,y,t)，則該點的水頭降低值為s，s= H0(x,y,0)- H(x,y,t),將 S稱為水位降深，簡稱降深。(2)水位降落漏斗：水位降深S在不同的位置上是不同的，井中心降深最大，離井越遠，降深越小，抽水井周圍總體上形成的漏斗狀水頭下降區；(3)影響半徑是從抽水井到實際觀測不到水位降深處的徑

17、向距離。降水工程設計降水設計的資料水文地質資料含水層的性質、厚度、滲透系數、地下水補給條件、水流方向及水力坡度、地下水埋藏深度、水位高度和動態水位變化資料、井的類型等建筑工程對降水的要求建筑平面布置、范圍及周邊建筑物分布和結構；基礎埋深、設計要求的水位降深；抽水引起土層壓縮變形的允許范圍和大小；支護形式和開挖方式；相關工程經驗資料79降水工程設計降水設計的內容降水方法的選擇基坑涌水量計算單井涌水量計算井距、井數和井深井的布置井身結構設計成井工藝抽排水方案沉降預測80某基坑及井群平面布置圖81降水工程設計降水方法選擇降水方法選擇應考慮的因素含水層滲透系數K、降深h、含水層厚度等降水目的含水層與相

18、關含水層的水力關系周邊工程或地下構筑物、管線對降水的敏感性降水面積多種方法相結合支護方案82常規降水方法適用條件83Dupuit假設（1）地下水流向水井處于穩定流動狀態；（2）地下水呈層流運動，運動規律遵循達西定律；（3）地下水為緩變流，可將空間流簡化為平面流；（4）假定靜水位是水平的，降落漏斗的供水邊界是圓柱形；（5）含水層為均質等厚，分布是無限的，隔水層頂、底板是水平的；（6）水井為完整井。降水工程設計基坑涌水量計算完整潛水井取不透水層頂面為x軸，井軸為y軸，則降落漏斗任意橫剖面的面積表達式為：在該剖面上的水頭梯度為：由達西公式即可得出裘布依微分方程：Q井的涌水量；k滲透系數將（a）式代入

19、可得：積分得：當x=R時，y=H，其中R為影響半徑，H為潛水層厚度，可求得：代入（b）式，經整理得：當x=r時，y=h（r為水井半徑，h為井內水位距不透水層距離）。令水位降低值S=H-h，則得：降水工程設計基坑涌水量計算均質含水層潛水完整井Q基坑涌水量K滲透系數S水位降深H含水層厚度R降水影響半徑r0基坑等效半徑88完整承壓井取井底不透水層頂面為x軸，井軸為y軸，可得出流向井的水流任意圓柱剖面的斷面面積A的表達式為：在該剖面上的水頭梯度為：由達西公式即可得出裘布依微分方程：積分后得：當x=R時（R為影響半徑），y=H，代入上式整理得：將式中的自然對數以常用對數代替，則：當x=r（r為井的半徑）

20、，y=h，令水位降低值S=H-h，則得：降水工程設計基坑涌水量計算基坑等效半徑圓形基坑：非圓形基坑：矩形：不規則：92降水工程設計基坑涌水量計算降水影響半徑潛水層承壓水層93降水工程設計單井涌水量計算輕型井點出水能力規范推薦值：1.52.5m3/h計算公式：單井出水能力（m3/h）濾管直徑（m）濾管長度（m）滲透系數（m/d）94降水工程設計單井涌水量計算噴射井點出水能力規范推薦值：4.2230.0m3/h計算公式：管井出水能力單井出水能力（m3/h）濾管直徑（m）濾管長度（m）濾管淹沒長度（m）滲透系數（m/d）與滲透系數有關經驗系數95經驗系數 取值96降水工程設計井距、井數、井深井數井距

21、97降水工程設計井距、井數、井深98降水工程設計井距、井數、井深99式中 S基坑水位降深，m； h1地下水位至集水總管的距離，m；i水力梯度，一般可取0.1；l1管井中心至基坑中心的距離l1=r0；m；l2濾管長度，m，通常取1.21.5m。100 連續墻入土深度與降水井深度工程項目連續墻入土深度（m）降水井布設降水井深度（m）井中水位深度（m）基坑內地下水位深度（m）1外環越江隧道浦西岸邊段連接井與風井降水工程4446坑內降水504531.0033.002上海復興東路高壓電纜隧道工程工作井降水工程44.30坑內降水605034.393上海吳、閔污水外排工程 3.1標工作井降水工程47.80坑

22、內降水625236.00案例降水工程設計降低水位預測潛水完整井穩定流承壓完整井穩定流含水層厚度（m）各井距基坑中心的距離（m）101102第五節 降水施工降水施工井點成孔方法：射水法、鉆孔法、沖擊法洗井：壓水、壓氣管井成孔：正反循環、沖擊法洗井：抽水法、氣舉法103降水施工104降水施工105降水施工106107第六節 工程降水對環境影響及其防范措施工程降水對環境影響及其防范措施分層總合法簡易算法地面最終沉降量各土層壓縮系數各土層起始孔隙比降水產生附加壓力土層厚度降水產生自重附加壓力降水深度各降水范圍土層壓縮模量水的重度108降水引起地面沉降防范措施降水前認真做好調查合理使用井點減少細顆粒流失

23、減緩降水漏斗坡度合理控制井點運行設置回灌系統設置隔水帷幕凍結法的應用109回灌系統布置110回灌井點水位圖111112第七節 工程實例工程降水設計計算實例工程條件：某工程基坑開挖下口線尺寸為19m10m，基坑開挖深度為4.1m，采用1:0.5放坡開挖。工程0.00為自然地面標高，地下水位為-0.6m。根據巖土工程勘察報告，場地地面下0.7m為雜填土，以下為6.6m的細砂層，其滲透系數K=5m/d，再往下為不透水的粘土層。試用單級輕型完整井點對該工程進行降水設計。113工程降水設計計算實例過程降水方法的選擇單級輕型井點含水層滲透系數K=5m/d降水深度：S=4.1-0.6+0.5=4.0m相關參數的確定井點軸線：距基坑開