1、基坑工程降水及承壓水減壓控制技術問題基坑工程降水及承壓水減壓控制技術問題 一、基坑中地下水的危害及降水對周邊環境的影響評價 二、基坑地下水滲流規律與基坑降水類型 三、降水設計中幾個問題 四、降水井施工控制標準問題 五、降水引起地面沉降問題 六、基坑承壓水減壓控制技術問題 一、基坑地下水的危害及降水對周邊環境的影響評價1.坑底突涌（一）基坑地下水危害的表現形式事故現場示意圖案例1 河南某基坑突涌事故勘察階段詳細勘察報告事故勘察報告土層劃分：深度h/m層號巖土工程劃分層號巖土工程劃分（灰黃色粉土）-7（灰黃深灰色）粉土-8粗粉砂-9（黑灰色粉土）-10灰褐色粉質粘土-11-12（深灰色）粉土（褐灰

2、色）粉土-13粗-粉砂-14-15（黑灰色）粉土有機質粉質粘土-16-17有機質粉土-18粉砂粉砂某基坑地層基坑以下詳勘與事故勘察結果對比案例2 福州某樁基工程 基坑突涌事故基坑平面圖基坑突涌分析示意圖案例3 上海金茂大廈基坑突涌事故2.坑側滲漏 潛水滲漏案例案例4.上海地鐵2號線某基坑滲漏形成盆狀洼地承壓水滲漏沉陷區案例5. 上海地鐵4號線某風井下部聯絡通道施工因凍結 失效發生大范圍流砂塌陷3. 底側滲漏4.坑底隆起.圍護“踢腳”明顯序號土類型土層厚度/m濕重度/g/cm-3固結快剪峰值c/kPa / 雜填土2.383-1灰、灰黃色砂質粉土7.001.834.027.03-2灰色砂質粉土6.

3、101.794.026.0灰色淤泥質粘土1.401.6817.011.01-1灰色粘土1.801.6918.011.02灰色砂質粉土21.701.764.025.5案例6. 上海某地鐵車站基坑坑底隆起事故 5. 降水誘發地層過量沉降測點距離(m) 實測沉降（mm）長江隧道浦東段5032上中路浦東段20040地鐵7號線汶水路14856. (無圍護結構)基坑斜坡滑移、坍塌（二）基坑地下水危害的成因類型 地下水在基坑工程實施過程中危害按成因可分為流砂、管涌和基坑底隆起，而且主要發生在細顆粒（尤其是粉質粘土、粉土、粉砂等）飽和含水的土層中。(1)土中粒徑在0.01mm以下的顆粒含量在30%35%以上，

4、并含有較多的片狀、針狀礦物（如云母、綠泥石等）和附有親水膠體礦物顆粒。這樣土的吸水膨脹性較高而比重較小，在不大的水流沖力下，細小顆粒即會發生懸浮流動；(2)水力梯度較大，流速增大，動水壓力超過了土顆粒的重量時，就能使土顆粒懸浮流動形成流砂；(3)土的滲透系數較小時，排水條件不通暢，易形成流砂；(4) 砂土中、孔隙比愈大，愈容易形成流砂形成條件：1.流砂流砂破壞示意圖 斜坡條件時 地基條件時原坡面；流砂后坡面；流砂堆積物；地下水位；建筑物原位置；流砂后建筑物位置；滑動面；流砂發生區管涌 地基土在具有一定滲流速度（或梯度）的水流作用下，其細小顆粒被沖走，土中的空隙逐漸增大，慢慢形成一種能穿越地基的

5、細管狀滲流通道，從而掏空地基或壩體，使之變形、失穩，此現象即為管涌。管涌形成條件：（）土中粗細顆粒粒徑比 D/d10；（）土的不均勻系數 d60 /d10 10；（）兩種互相接觸的土層滲透系數之比 k1/ k2 23；（）滲流梯度大于土的臨界梯度。管涌破壞示意圖斜坡條件時地基條件時基坑底的突涌 當基坑下有承壓水存在，開挖基坑減小了含水層上覆不透水層的厚度，當它減少到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌。抗承壓水穩定性示意圖式中： 水的重度：土的浮重度；承壓水頭高于含水層頂板的高度。基坑突涌產生的條件是基坑開挖后不透水層的厚度(三)降水對周邊環境的影響評價民房1（混6）民房

6、3（混6）民房4（混6）賽華公寓（砼9）三層公寓（混3）淮海大樓（混6）三號樓（混3）淮海中路1號線地鐵隧道常熟路常熟路車站周邊環境示意圖7號線常熟路民房2（混4）(三)降水對周邊環境的影響評價二、基坑地下水滲流規律與基坑降水類型（一）、基坑地下水滲流規律 工程降水案例（回P3）案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程案例3、寶鋼1880基坑降水工程案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 主要技術參數 表1項 目深 度（m）基坑開挖深度26.50潛水含水層（+）深度1.00至4.50承壓含水層（a+b）深度17.00至42.50連續墻入土深度

7、37.50連續墻插入承壓含水層深度20.00降水井設計深度47.00濾管伸出連續墻底深度7.50泵站主體工程為一內徑60m的圓井，坑內外水位差為10m。案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 彭越浦泵站地質、連續墻、降水井剖面圖1潛水位；2承壓水位；3承壓水頭;4連續墻；5底板；6透鏡體26.5047.0037.50案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程抽水試驗期間抽水井與觀測井及沉降點的分布位置圖案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程(a)承壓含水層頂部水位(b)承壓含水層底部水位承壓含水層頂面及底面的水位立體圖連續墻周圍地下水水位等降深線示意圖案例1、合流污水外排一

8、期工程彭越浦泵站降水工程案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程降水工程井群分布位置圖 主要技術參數 表2項目深度（m）基坑開挖深度32.45承壓含水層（）深度29.8990.00連續墻入土深度44.30連續墻插入承壓含水層深度14.41降水井設計深度60濾管伸出連續墻底深度13.70案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程 坑內外水位相差(m) 表3 項目下降值（m）下降值（m）下降值（m）坑內222833坑外151820坑內外水位相差71013案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程抽水試驗期間沉降觀測點平面布置圖1工作井；2煤氣井；3煤氣儀表房；4圍墻；5大門；6馬路；7防汛墻；8黃浦

9、江案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程降水井、觀測井平面布置圖案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程 降水井、觀測井結構圖1黃泥；2粘土球；34#人工砂案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程32.48基坑深44.30連續墻深60.00粉砂案例寶鋼1880基坑降水工程主要技術參數表4案例寶鋼1880基坑降水工程坑內外第一承壓含水層水位差（m）表5案例3、寶鋼1880 降水工程1880基坑地質、連續墻、降水井剖面圖案例3、寶鋼1880 降水工程1880基坑抽水試驗井平面布置圖1、第一類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流2、第二類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流3、第三類基坑圍護結構

10、（隔水帷幕）周圍的地下水滲流分析以上案例，可見基坑地下水滲流有以下幾種類型：4、第四類基坑（無隔水帷幕）周圍的地下水滲流1、第一類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流降水井 圍護結構（隔水帷幕）潛水含水層或微承壓含水層或承壓含水層隔水層 基坑圍護結構深入隔水層（即含水層底板）中，井點降水以疏干基坑內的地下水為目的，(見圖)。這類圍護結構位于降水含水層以下，即潛水含水層底板之中，將基坑內的地下水與基坑外的地下水分隔開來。其地下水滲流特征：由于圍護結構隔水，基坑內、外地下水無水力聯系。降水時，基坑外地下水不受影響。因此，這類井點降水影響范圍小。這種基坑在上海很普遍，一般基坑度小于1015m。1

11、、第一類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流2、第二類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流降水井 圍護結構（隔水帷幕）潛水含水層隔水層承壓含水層弱透水層2、第二類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流 基坑圍護結構深入隔水層（即含水層頂板）中，井點降水以降低基坑下部承壓含水層的水頭，防止基坑底板隆起或突水產生流砂為目的，見圖。 這類圍護結構位于降水含水層以上，即承壓含水層頂板之中，圍護結構未將基坑內、外承壓含水層分隔開。 其地下水滲流特征：由于不受圍護結構的影響，基坑內、外地下水連續相通。 這類井點降水影響范圍較大，但降落漏斗平緩，抽水引起的地面沉降為均勻沉降。 這種基坑深度在上海一

12、般大于1520m。例如引水工程中的南市水廠降水工程、世界廣場降水工程、人民廣場地下變電站降水工程等。3、第三類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流降水井 圍護結構（隔水帷幕）承壓含水層隔水層弱透水層潛水含水層3、第三類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流 基坑圍護結構深入承壓含水層中，井點降水的前期以降低基坑下部承壓含水層的水頭為目的，后期以疏干承壓含水層為目的。 這類圍護結構位于降水含水層中上部，基坑內、外承壓含水層大部分被圍護結構隔開，僅含水層底部未被隔開。 其地下水滲流特征：由于受圍護結構的阻擋，上部基坑內、外地下水不連續，中下部或底部含水層連續相通，地下水呈三維流態。另外，由于

13、井損，井內水位低于井壁外水位，而且，隨著水位降深的加大，井內、外水位降相差越大。 這類基坑深度比較深，在上海一般大于2025m。例如合流污水治理工程中的的4.1標彭越浦泵站降水工程，吳涇、閔行污水外排工程3.1標降水工程，上海外環沉管隧道浦西岸邊段降水工程、復興東路電纜隧道工作井、M4號線董家渡修復段等。 4、第四類基坑（無隔水帷幕）周圍的地下水滲流 基坑周邊無隔水帷幕，這類基坑滲流只受水文地質條件影響為平面滲流，在降水井附近為三維空間流。（二）基坑降水類型 根據基坑滲流類型可以劃分四種基坑降水類型 1第一類基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水層隔水底板的基坑降水 這類降水設計依據的理論是帶隔水邊

14、界的基坑平面滲流理論。降水方法采用管井抽水方法或加真空的管井抽水方法，也可以采取輕型井點、噴射井點抽水方法。該類降水對周邊環境影響很小。 2第二類基坑工程降水隔水帷幕未深入降水含水層中的基坑降水 這類降水設計依據的理論是無界或者有補給邊界的基坑平面滲流理論。降水方法采用管井抽水方法。該類降水對周邊環境影響比較大。 3第三類基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水層中的基坑降水 這類降水設計依據的理論是基坑空間滲流理論。降水方法采用管井抽水方法。該類降水對周邊環境的影響取決于降水井的位置、濾管長度及其與隔水帷幕的關系。 4第四類基坑工程降水無隔水帷幕的基坑降水 這類基坑深度淺、無隔水帷幕，降水設計依據的

15、理論是潛水含水層平面滲流理論。降水方法可采用輕型井點、噴射井點或真空管井抽水方法。該類降水對周邊環境影響比較大。 三、降水設計中的幾個問題 降水井布設比較 表6降水井布設配合措施優點缺點適用條件坑外降水井點布設無隔水帷幕有利邊坡穩定減少圍護的側壓力坑外水位下降環境要求不高坑內降水井點布設隔水帷幕或部分無隔水帷幕坑外水位不下降或少下降形成向坑內水頭差環境要求高（一）降水井的設置1降水井的平面布設坑外水位2m321坑內水位2連續墻深度與降水井深度的關系 坑內降水時坑內地下水水位與連續墻深度的關系1深井井管；2隔水帷幕；3地下管線；4坑外建筑物基礎4 連續墻入土深度與降水井深度的關系 表7工程項目連

16、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坑內降水625236.00案例（二）降水井深度問題 傳統方法確定降水井深度公式為： 式中各項見圖： 降水井深度，m; 地面至基坑底面的距離，m; 基坑底面至降低后的地下水位距離，一般取 h=0.52m; 水力梯度，環形井點系統J1/81/10，單排井點系統J1/41/5; 降水井至基坑中

17、心的水平距離，m； 過濾器工作部分長度和沉淀管的長度，m。 LH1hlH7001000200J=1/10水流通過濾水管的濾網和圓孔；進入濾水管水流與濾水管已有水流的作用；沿程的流量和流速不斷增加；濾水管內部的磨阻。 由上式設計的井深往往偏小，尤其是比較深井的降水。其原因是該方法沒有考慮地下水流經濾水管的損失（即井損），主要來自四個方面： 井內水位降深； 井內流量； 滲透系數； 含水層厚度； 影響半徑； 濾水管半徑； 當吸水管位于濾水管頂端時，為濾水管的直徑，即 ； 當吸水管位于濾水管內時， ， 為吸水管半徑； 當吸水管位于濾水管頂端時，為濾水管的斷面積，即 ； 當吸水管位于濾水管內時， 濾水管

18、的磨阻系數； 重力加速度；分析上式，井內水位降深是由兩部分組成。一是與 無關的常數項即 裘布依單井公式，它代表了流量 經過含水層輸送到濾水管外壁的水頭損失，是與 的一次方成正比。 二是與 有關的函數，即 代表了濾水管的水頭損失（即井損），前面的“”號代表吸水管位于濾水管頂端，“”代表吸水管位于濾水管內，而濾水管內的水頭損失又有兩種原因造成的： 原因1：水流的摩阻損失 這一損失是 的三次方的函數。 經試驗驗證在降水井深度設計中應該考慮井損，采用以下公式： 井的水頭損失（即井損），m。 原因2：水流的增量加速度運動引起的損失 這一損失是 的二次方的函數。 降水井數量、井的間距根據滲流規律選用公式計

19、算，考慮安全性確定。（三）降水井數量 例如在上海地區不考慮隔水帷幕影響情況下： 粉質粘土：200m2一口井； 砂質粉土：井間距1015m； 粉細砂：井間距1520m。四、降水井施工控制標準問題1.濾管孔隙率問題：孔隙率不得小于1820%。2.濾料規格問題：砂質粉土 0.25mm2.0mm 粉砂、粉細砂0.52.0mm。3.洗井問題：活塞洗井加空氣壓縮機洗井4.單井出水量在沒有帷幕影響情況下： 砂質粉土25m3/h 粉砂815m3/h 粉細砂50100m3/h。5. 含砂量 1/5萬 1/2萬（體積比）。五、降水引起地面沉降問題第一組建筑物沉降曲線 粉質粘土1 1淤泥質粉質粘土1-1 粘土2-2粉質粘土粉質粘土1 砂質粉土2 粉砂淤泥質粘土粉質粘土上海某號線上行線沉降觀測曲線2第二組土體沉降與地面沉降曲線日期J325M10M15M20M25M30M35M45M40M 雜填土 粉質粘土