第六章降水工程

2023/2/21巖土工程設計-降水工程本章內容6.1概述6.2降水技術方法的選擇6.3降水設計原理6.4工程降水設計6.5工程降水案例2023/2/22巖土工程設計-降水工程6.1概述一、工程降水的含義應用水文地質學原理，通過降水設計和降水施工，排除地表水體和降低地層中滯水、潛水、承壓水、基巖水、巖溶水等地下水的水位，滿足建設工程的降水深度和時間要求，并對工程環境無危害性影響。東北沉積土時間長，沉降影響小。南方、上海、天津屬近代沉降土層，沉降大。降水深度開挖深度總深度降水時間總時間分段時間2023/2/23巖土工程設計-降水工程6.1概述二、工程降水的目的（1）增強邊坡的穩定性。（2）改善工作環境，大大降低了工作強度，可利用機械施工。（3）縮短工期，降低了造價。（4）有利于巖土工程的施工，特別是人工挖孔樁，錨桿。人工挖孔樁可降水也可不降水，視具體的情況而定。2023/2/24巖土工程設計-降水工程6.1概述三、工程降水分類地下水人工處理方法：A.止水法——基坑側面和基坑底面：（1）沉箱法（2）凍結法（3）灌漿法（4）地下連續墻（5）板樁法B.排水法——明排水；人工降低地下水法。工程降水分類（1）按基坑幾何形狀，點狀降水、線狀降水、塊狀降水。（2）按降水深度，淺降水（小于6米）、中降水（6到22米）、深降水（大于22米）。（3）按地層滲透性，弱滲透，中滲透，強滲透。（4）按降水復雜程度分，簡單，中等，復雜。2023/2/25巖土工程設計-降水工程6.2降水技術方法的選擇一、工程降水方法與施工要求1.明排降水法適用于（1）不易產生流沙塌陷的地層；（2）地下水的降深要小于2米；（3）排降殘留水時。2023/2/26巖土工程設計-降水工程6.2降水技術方法的選擇明溝排水示意圖2023/2/27巖土工程設計-降水工程6.2降水技術方法的選擇2.點井降水的方法也稱輕型井點，口徑小于100mm，單級降水小于10m，動力是真空泵，多級稱為多級點井。點井適用于：（1）基坑地層易發生管涌或邊坡不穩定的地層。（2）地層的滲透性比較弱如沙土、粘性土。（3）單級降深小于7米，大于7米用多級或噴射井。施工中注意不要漏氣。3.無管的裸井—滲井無泵井，一般井徑大于200mm。（1）引滲自降：含水層下層水位低于上層水位。（2）引滲抽降：含水層下層水位高于上層水位。可布在基坑內外。2023/2/28巖土工程設計-降水工程6.2降水技術方法的選擇注意含水層的條件，井距2—10m，深5m.。施工時注意（1）洗井；（2）濾料。采用有管的井時注意含水層的水質，含水層水多時要注意這一點，管井與滲井相結合。4.管井指口徑在200—500mm的各種材料材質的井。與供水井比較其濾水管較長，滲透系數從0.3到幾百米每日，降深從幾米到幾百米。施工中注意的問題：（1）成井工藝中花管及其包網；（2）洗井注意。2023/2/29巖土工程設計-降水工程

5.大口徑井方法指井的口徑在1—8m，井深在數十米到數百米。適用于滲透系數大施工場地比較差的場地的砂礫石層。多數降深小于15m。

6.輻射井方法指在大口徑的井中加水平角度的輻射井。輻射井徑在50—150mm，長度20—50m。可以是多層輻射管。6.2降水技術方法的選擇2023/2/210巖土工程設計-降水工程6.2降水技術方法的選擇二、人工降水技術選擇方法根據（1）場地水文地質條件；（2）開挖深度與技術條件；（3）場地的施工條件與技術要求；（4）經濟技術合理性；（5）可以選擇單一方法也可以選擇多種方法的組合。長春市黏性土降水方法：用點井法或管井法。多用管井，每米造價70元。用水泥管每米15到18元。井深是開挖深度的兩倍。不能平面布井。2023/2/211巖土工程設計-降水工程一、地下水動力方法（以裘布依理論為基礎）（1）將降水基坑視為是一個大井；（2）確定含水層的性質及其井的性質與邊界條件；（3）計算涌水量：Q—總的涌水量，q—單井的涌水量；（4）計算降水井個數：h=Q/q；（5）計算井距；（6）計算井深。6.3降水設計原理2023/2/212巖土工程設計-降水工程6.3降水設計原理承壓完整井承壓非完整井各種井的布置示意圖2023/2/213巖土工程設計-降水工程根據地下水類型和井的性質選擇涌水量計算公式（1）潛水完整井涌水量公式式中：K—滲透系數；H—潛水含水層厚度；S—抽水井的降深；Ro—基坑抽水影響半徑，從基坑中心算起（Ro

=R+X0）；Xo—基坑的引用半徑。6.3降水設計原理2023/2/214巖土工程設計-降水工程（2）承壓水完整井涌水量公式式中M—承壓水層厚度。（3）潛水非完整井的涌水量公式式中

L——過濾器長度；

h0——過濾器頂到隔水層底板距離。6.3降水設計原理2023/2/215巖土工程設計-降水工程6.3降水設計原理（4）承壓水非完整井涌水量公式式中l——過濾器長度。（5）透水邊界潛水完整井涌水量計算公式。（6）透水邊界潛水非完整井涌水量計算公式。（7）隔水潛水完整井涌水量計算公式。（8）隔水潛水非完整井涌水量計算公式。（9）透水邊界承壓水完整井涌水量計算公式。（10）透水邊界承壓水非完整井涌水量計算公式。（11）隔水邊界承壓水完整井涌水量計算公式。（12）隔水邊界承壓水非完整井涌水量計算公式。2023/2/216巖土工程設計-降水工程6.3降水設計原理二、水文地質比擬法1.水文地質條件相同或相似——天然條件；2.開挖的深度和開挖的形式及開挖時間相同或相似；3.基坑形狀和開挖面積相同或相似。三、有效半徑法——不太成熟的方法1.根據有不同深度不同時間的抽水降深的曲線有單井或多井；2.根據開挖深度時間選有效半徑。有3m、5m、7m、8m等；3.通過計算機進行優化。2023/2/217巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計一、概述（一）降水設計依據資料1.場地測量資料。2.場地及其周圍管線。3.場地的輪廓，軸線，外墻線，邊坡開挖線，允許降水井布置的線。4.基坑開完深度，施工順序。5.降水時間。6.排水位置。7.周圍建筑物的基礎，與對環境的影響。2023/2/218巖土工程設計-降水工程（二）工程降水的設計依據1.根據基坑的形狀深度與技術要求。有沒有護坡樁，長方形布井較好，主要是在角點上布井不利。不同形狀設計的個數和間距將不同。2.水文氣象資料。去最大降水的資料，距離江河近時要考慮江河的最大水位時間。3.水文地質條件。地下水類型，地下水流向，各類土的毛細上身高度。4.水文地質參數的確定。目前除了上海、天津外各地基本不做降水的水文地質試驗。5.巖土工程地基勘察資料。6.附近工程降水資料。6.4工程降水設計2023/2/219巖土工程設計-降水工程二、工程降水設計要有平面圖，剖面圖。考慮天然因素，人為因素。（一）工程降水的水文地質參數K—滲透系數R0—降水漏斗半徑μ—給水度a—壓力系數1.在巖性已知的情況下，用經驗數據黏土的滲透系數是0.1—0.5m/d。2.利用經驗公式，潛水承壓水3.利用已有的工程降水資料來估計參數。4.利用抽水實驗。（二）降水方案設計——地下水動力方法1.根據地下水類型和井的性質選擇涌水量計算公式6.4工程降水設計2023/2/220巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計2.降水出水量的計算（1）基坑總的涌水量計算X0的求法：F——基坑面積①②矩形基坑化為圓型u—系數；l、B—基坑長度、寬度③X0的平方根算法2023/2/221巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計3.單井的涌水量設計的單井出水量應小于單井出水能力，單井出水能力可按下列方法確認：（1）真空井點出水量可按1.5-2.5m3/h選用；（2）噴射井點出水量可按下表選用；（3）降水管井的出水能力應選擇群井抽水中水位干擾影響最大的井，按下式確定：2023/2/222巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計式中q——管井出水量；

d——過濾器外井；2023/2/223巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計

α′——與含水層滲透系數有關的經驗系數；

l′——過濾器淹沒段長度；

（4）含水層的經驗系數α′可按下表確定2023/2/224巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計式中：r—抽水井半徑；n—抽水井個數。4.求井數、井距（1）井數n=Q/qn=(6～8)+1.15Q/q(2)井距b=L/nA.均布井b=L/nB.非均布井長方形場地長邊布置Xi=aiLXi—相鄰兩眼井距ai—系數L—長邊的邊長例：X1=a1L=0.1945*96.9=18.9；X2=a2L=0.18*96.9=17.4X3=a3L=0.1452*96.9=14.1；X4=a4L=0.077*96.9=7.52023/2/225巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計降水井平面布置2023/2/226巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計井形布置原則①井角必須有井；②從井角向內由密變疏5.井深經驗公式：井的深度*2h=H+c+2X0+L1+L2

式中：h—井深；H—基坑開挖深度；c—基坑底向下土層毛細上升高度；I—水力坡度；X0—基坑引用半徑；L1—水位控制器控制長度；

L2—沉淀長度。2023/2/227巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計三、單井設計（一）內容1.單井成孔采用機械。2.單井的井徑，井管直徑，填料直徑，測繪平面剖面圖。3.濾水管的結構和包裹。（二）成井工藝（三）單井設計說明四、計算水位降深井點數量、間距及排列方式確定后，可以根據以下公式計算水位降深，主要計算基坑內抽水影響最小處的水位降深值，檢查是否滿足水位降深的要求2023/2/228巖土工程設計-降水工程6.4工程降水設計對于潛水含水層對于承壓含水層式中h——在井點抽水影響范圍內某點（Z）的水頭值，即h=H-S（m）

x1、x2、….xn——從某點（Z）到井點中心的距離；

S——在井點抽水范圍內某點（Z）的水位下降值。經過降深場的水位計算，如果達不到設計水位降深的要求（過小或過大），則須重新調整井點數與井點間距，再進行降深場的水位計算。2023/2/229巖土工程設計-降水工程6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）

6.5.1概況本工程的地下水位較高，距地面只有1.4～1.7m，高于基坑開挖面9.5～9.8m。基坑工程施工時，必須采取適當的降水和排水措施，以使基坑內保持干燥的施工環境。對于采用土釘墻支護的基坑工程，降、排水措施是否有效，顯得尤其重要。從以往的工程經驗來看，土釘墻的破壞幾乎均是由于水的作用，水使土釘墻產生軟化，引起局部或整體破壞，從而導致基坑工程事故的發生。因此，必須在基坑工程開挖之前，進行降水工程施工，使地下水位降至基坑開挖面以下0.5～1.0m,以保證基坑工程和地下結構工程的順利進行。2023/2/230巖土工程設計-降水工程本工程基坑形狀呈三角形，周圍三面臨街，基坑上邊緣距人行道邊的距離東側與北側為2.0m,南側為4.0m，附近沒有十分重要的建筑物和其它地下設施的存在。根據長春地區以往的工程經驗，基坑降水不會給周圍環境帶來不良影響。本工程基坑支護結構采用土釘墻，土方開挖采用履帶式正鏟挖土機，配合人工切削邊坡。基坑工程及地下結構部分施工工期為80d。場地地下水屬于上層滯水，主要埋藏在②～④層粉質粘土中，第⑦層粘土可視為不透水層，含水層平均厚度為14.0m。基坑工程要求降水深度達到基坑底面以下0.5m，水位降低值S=10.2m。降水范圍為基坑范圍以內，降水面積約為2133m2，降水時間從基坑開挖至土方工程全部回填之后約80d。根據巖土工程勘察資料，含水層內平均滲透系數K=0.8m/d。6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/231巖土工程設計-降水工程對于潛水完整井環狀井點系統，可以把整個井群看成一口大井，按下式計算涌水量：式中Q—基坑總涌水量（m3/d）；K—潛水層滲透系數（m/d）；H—潛水含水層厚度（m）；s—水位降低值（m）；R0——群井抽水影響半徑（m）；X0——基坑范圍的引用半徑。（m）6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/232巖土工程設計-降水工程6.5.2工程降水設計計算1．確定井點管埋置深度為了保證使地下水位降至基坑底面以下0.5～1.0m，井點管埋置深度應滿足下列要求：HW≥Hw1+Hw2+HW3+Hw4+HW5式中Hw1——基坑開挖深度（m）；Hw2——降水水位距基坑底要求的深度（m）,取Hw2=0.5m；Hw3——iX0,i為水力坡度，可取i=1/10；X0為降水排距的1/2，取X0=26.0m；Hw4——降深水位以下濾管長度，取HW4=0.6m。HW5——沉砂管長度，取HW5=0.6m6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/233巖土工程設計-降水工程隔水層距地面高度為15.5m，此井為潛水完整井。2．確定井點系統引用半徑X0,在計算井點系統的總涌水量時，可把整個井群視為一口大井，X0則為井點系統的引用半徑。對于長寬比不大于5的不規則形狀基坑，可按下式確定其引用半X06.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/234巖土工程設計-降水工程3．確定抽水影響半徑R及井點系統引用影響半徑X0抽水影響半徑是指水位降落漏斗曲線穩定時的影響半徑，一般在水泵出水量穩定后，再經1～5d就能達到穩定。確定井的抽水影響半徑，最可靠的方法是進行抽水試驗，將各個觀測井的水位值，用平滑曲線連接起來，并延長至地下水位相交（相切），即可得到影響半徑，也可通過抽水試驗測得涌水量Q和水位降低值s，反求R值。當基坑安全等級為二～三級時，可采用下式計算R,對潛水含水層：6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/235巖土工程設計-降水工程井點系統引用影響半徑：R0=R+X0=94.4m

4．計算基坑總涌水量Q本工程在基坑周圍距基坑邊緣1.0m處，均勻布置深井井點，可按潛水完整井環狀井點系統計算其涌水量。

5.計算單井出水能力在降水設計中，單井出水量應小于單井出水能力，降水管井的出水能力應選擇群井中水位干擾影響最大的井按下式確定：6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/236巖土工程設計-降水工程

式中q—管井出水能力（m3/d）；d—過濾器外徑（mm），本工程取d=300mm；α′—與含水層滲透系數有關的經驗系數，本工程取α′=180；l′—過濾器淹沒長度（m）。6．確定井點數及井距初步確定井點數在井管布置時，要考慮基坑三角形處的加密，需增加3個井，再考慮到施工時可能會出現死井等因素，應增加10%。6.5工程降水案例（北方大廈降水工程）2023/2/237巖土工程設計-降水工程

井距D=L/n=202/19.28=10.5m取D=10.0mn=206.5.3井點系統設計1.井點系統平面及高程布置本工程井