地下水控制课件.pptx

1、 逆逆 作作 法法 1.4 地下水控制地下水控制 P121-1341 地下水流的基本性质地下水流的基本性质2 地下水控制方法地下水控制方法 地下水控制的定义地下水控制的定义 基坑工程中的降低地下水亦称为地下水控制。即：在基坑工程施工基坑工程中的降低地下水亦称为地下水控制。即：在基坑工程施工过程中，地下水要满足支护结构和挖土施工要求，并且不因地下水位的变过程中，地下水要满足支护结构和挖土施工要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的环境和设施带来危害。化，对基坑周围的环境和设施带来危害。1.动水压力和流砂动水压力和流砂 1 1）地下水的分类：地下水的分类：一、地下水流的基本性质一、地下水流的基本

2、性质潜 水地 下 水无 压 层 间 水：水 流 未 满 含 此 含 水 层层 间 水承 压 层 间 水：水 流 满 含 此 含 水 层1潜水2无压层间水3承压层间水4不透水层 在细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在在细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力动水压力的推动下极的推动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑。称为易失去稳定，随着地下水涌入基坑。称为流砂现象流砂现象。流砂发生后，土完全丧失。流砂发生后，土完全丧失承承载力载力，土体边挖边冒土体边挖边冒，施工条件，施工条件极端恶化极端恶化，基坑难以达到设计深度基坑难以达到设计深度。严重时会引。严重时会引起基坑起基坑边坡

3、塌方边坡塌方,临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌。2）流砂现象流砂现象 广佛地铁桂城站基坑出现流砂，地面下沉约1.5m。图为砂包封堵抢险现场产生流砂的原因产生流砂的原因 内因：内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂细砂、粉砂和亚粘土亚粘土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。流砂-基坑满目狼籍 流砂支挡 强行施工 外因：外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压力的大小动水压力的大小，动水压力GD为：式中：I 水力坡水力坡度（I=（h1-h2）/L）；

4、h1h2 水位差；水位差；W 水的重度。水的重度。当地下水位较高、基坑内排水所形成的水位差较大时，动水压力也愈大，当当GD（土的浮重）时（土的浮重）时，就会推动土壤失去稳定，形成流砂现象流砂现象。WWDLhhIG21防治流砂：减小或消除动水压力防治流砂：减小或消除动水压力防治原则：防治原则：“治流砂必先治水治流砂必先治水”。流砂防治的主要途径一是减小减小或平衡动水压力或平衡动水压力；二是截住截住地下水流；三是改变改变动水压力的方向。防止流砂的措施措施 降低地下水位；消除动水压力；支护结构；冻结法；一、地下水流的基本性质一、地下水流的基本性质 流砂的防治方法：流砂的防治方法：水下挖土、冻结、枯水

5、期施工、抢挖、加设支护、水下挖土、冻结、枯水期施工、抢挖、加设支护、井点降水井点降水、打板桩、打板桩 3）渗透系数K计算水井涌水量的重要参数 渗流：水在土中的流动 流线：水点运动的轨迹 当水运动时，流线互不相交为层流，若流线相 交为紊流。其中层流中涌水量的计算为v=KI一、地下水流的基本性质一、地下水流的基本性质 1.地下水控制的方法选择 1）当基坑开挖深度较大时，采用井点降水。2）当基坑开挖深度较浅时，可采用排水沟和集水井进行集水明排。此外，方法的选择还需根据土层情况、降水深度、周围环境和支护结构等综合考虑之后再做出选择，具体可参考P124表1-17。注意：注意：当基坑底为隔水层且有承压水作

6、用时，应进行突涌验算。二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 2.2.涌水量的计算涌水量的计算 根据水井理论，水井分为潜水（无压）根据水井理论，水井分为潜水（无压）完整井、潜水完整井、潜水（无压）非完整井、承压完整井、承压非完整井四种情况。不（无压）非完整井、承压完整井、承压非完整井四种情况。不同的情况下，涌水量的计算公式也不尽相同。同的情况下，涌水量的计算公式也不尽相同。具体计算公式推导自学。具体计算公式推导自学。二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 3.集水明排法 1）适用范围 当基坑开挖深度不很大，基坑涌水量不大时可使用集水明排法，简单而又经

7、济。2）做法 明沟、集水井排水多是在基坑的两侧或四周设置排水明沟，在基坑四角或每隔30-40m设置集水井，使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水井内，然后用水泵将其基坑外。二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 3）水泵的选择 集水井明排水是用水泵从集水井中排水，常用的水泵有潜水泵、离心式水泵和泥浆泵。根据排水所需水泵的功率选择水泵的种类和型号。注意：注意：a.所选的水泵的排水量为基坑涌水量的1.5-2.0倍。b.当基坑开挖的土层由多层土组成，中间夹有透水性的砂类土，基坑侧壁出现分层渗水时，必须在基坑的边坡上按不同高层分层设置明沟和集水井构成明沟排水系统，分层阻截以防止基坑下部边坡塌方。二

8、、地下水的控制方法二、地下水的控制方法排水明沟设置在建筑基础边0.4m之外排水明沟底比挖土面低0.3-0.4m，集水井底比沟底面低0.5m以上。4.降水法降水法1）适用范围适用范围 地下水位较高的地区中基坑工程施工。2）特点特点 能克服流砂现象服流砂现象，稳定基坑边坡稳定基坑边坡，降低承压水位，防止坑底隆防止坑底隆起和加速土的固结起和加速土的固结，使天然的地下水位以下的土方工程在较干燥的施工环境中进行。3）方法方法 真空井点、喷射井点、管井法或深井泵法。真空井点、喷射井点、管井法或深井泵法。二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法喷射井点装置真空深井泵轻型井点降水图 a.真空井点真空井点）工艺

9、流程 沿基坑周围以一定的间距埋入井管（下端为滤管）在地面上涌水平铺设的集水总管将各井管连接起来，再于一定位置设置真空泵和离心泵，开动真空泵和离心泵后，地下水在真空吸力作用下，经滤管进入井管，然后经集水总管排除。）设备 井管、集水总管、水泵和动力装置等。）分类（水泵和动力设备不同）干式真空井点、射流泵井点和隔膜泵井点。二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法b.喷射井点喷射井点）适用范围适用范围 降水深度超过降水深度超过6m的基坑的基坑,一般为一般为8m 20m.）工作原理工作原理 喷水井点喷水井点（以压力水作为工作流体）和喷气井点（压缩空气作为（以压力水作为工作流体）和喷气井点（压缩空气作为工

10、作流体）工作流体）构造设计构造设计 当当渗透系数大的土层中渗透系数大的土层中，设计关键是，设计关键是增大单井抽水能力增大单井抽水能力。当渗透系数当渗透系数小小的土层中，设计关键是将水聚集在井点管内形成的土层中，设计关键是将水聚集在井点管内形成最大最大限度的真空度限度的真空度。二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法）构造设计 影响喷射井点抽水和抽气能力的因素：喷嘴直径大小、喷嘴直径与混合室直径之比、混合室长度等。）布置和使用 当基坑宽度小于10m可单排布置井点，当大于10m双排布置，若面积大时呈环形布置。井点间距一般为2-3m.注意：a.扬水装置加工的质量和精度 b.喷嘴、混合室和扩散室的轴线

11、不重合的情况 c.工作水要干净二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法 c.管井法（真空深井泵法）管井法（真空深井泵法）适用范围 适用于土渗透系数较大，地下水量大的土层中。）工艺流程 管井法是围绕开挖的基坑每隔一定距离(20-50m)设置一个管井，每个管井单独使用一台水泵进行抽水，以降低地下水位。其中每个井泵由井管和滤管组成，并单独配一台电动机和一台真空泵，开动后达到一定的真空度，则可达到深层降水的目的。二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法5.降水时预防周围地面的沉降的措施措施a.沉降的形成原因 在降水过程中，由于水流带走一部分细微土颗粒，再加上降水后土层的含水量降低，使土产生固结而引起周

12、围地面的沉降。b.措施采 用 回 灌 井 点 技 术采 用 砂 沟、砂 井 回 灌措 施减 缓 降 水 速 度设 滤 网 防 止 土 粒 被 带 出二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法井点降水全貌图 1.5 土方开挖土方开挖 P135-P1461 放坡开挖放坡开挖2 支护开挖支护开挖1.开挖条件 开挖深度不大、周围环境允许、能保证土坡稳定。若开挖深度较大时，可以采用多层台阶分层开挖，且每级台阶的宽度不宜小于1.5m.2.土坡的稳定性1）影响土坡稳定性的因素 P1352）土体边坡稳定性验算的方法a.利用弹性、塑性或弹塑性理论确定土体的应力状态b.假定土体沿着一定的滑动面滑动而进行极限平衡分析

13、一、放坡开挖一、放坡开挖3、边坡稳定验算圆弧滑动面条分法 a.基本原理 将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条，对作用于各土条上的力进行力和力矩的平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。K 抗 滑 力 矩安 全 系 数滑 动 力 矩 当K1.0时，边坡稳定。当K=1.0时，边坡处于极限平衡状态。当K1.0时，边坡不稳定。一、放坡开挖一、放坡开挖 4.放坡开挖施工 a.开挖机械 推土机（场地平整和表层开挖）、反铲挖土机和抓铲挖掘机 b.开挖方法 沟端开行：开挖深度和宽度较大（常用）沟侧开行：开挖深度和宽度较小注意：注意：当进行两层或多层开挖时，挖土机和运土汽车至基坑内施工，需要在适当的

14、部位留设坡道，且坡道两侧需加固。一、放坡开挖一、放坡开挖1.开挖方法 支护开挖多为垂直开挖，其方法有：中心岛式挖土、盆式挖土两种。a.中心岛式挖土 利用中间的土墩作为支点搭设栈桥。支护结构为角撑、环梁撑或边桁架式。适用于大型基坑。二、支护开挖二、支护开挖 a.中心岛式挖土 采用分层开挖：先全面挖去第一层，然后中间部分留置土墩，周围部分分层开挖。要求：要求：减少时间效应的影响 防止分层开挖的层高太大而出现桩的变形倾斜 注意：注意：土方开挖的顺序为先从较深基坑开始，待较深基坑底板浇筑后，再挖较浅基坑。特点：特点：加快土方外运、提高挖土速度但支护结构受力不利二、支护开挖二、支护开挖盆式开挖岛式开挖

15、b.盆式挖土 工艺工艺 先开挖基坑中间部分的土，周围四边留土坡，土坡最后挖除。特点特点 周边的土坡对围护墙有支撑作用，有利于减少围护墙的变形。但土方不能直接外运需集中提升后装车外运。（需提高土方上运的速度）注意：注意：周边留置的坡度过小，支撑作用效果不好，若过大则稳定性不好。二、支护开挖二、支护开挖 3.3.深基坑土方开挖的注意事项深基坑土方开挖的注意事项P145P145 a.a.土方开挖顺序、方法须与支护结构设计一致，并遵守土方开挖顺序、方法须与支护结构设计一致，并遵守“开槽开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。的原则。b.b.防止深基坑挖土后土体

16、回弹变形过大防止深基坑挖土后土体回弹变形过大 c.c.防止边坡失稳防止边坡失稳 d.d.防止桩位移和倾斜防止桩位移和倾斜 e.e.配合深基坑支护结构施工配合深基坑支护结构施工二、支护开挖二、支护开挖土方开挖土方开挖反铲挖掘机反铲挖掘机抓铲挖掘机正铲挖掘机拉铲挖掘机 1.地下水控制的方法选择 1）当基坑开挖深度较大时，采用井点降水。2）当基坑开挖深度较浅时，可采用排水沟和集水井进行集水明排。此外，方法的选择还需根据土层情况、降水深度、周围环境和支护结构等综合考虑之后再做出选择，具体可参考P124表1-17。注意：注意：当基坑底为隔水层且有承压水作用时，应进行突涌验算。二、地下水的控制方法二、地下

17、水的控制方法二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法1.开挖方法 支护开挖多为垂直开挖，其方法有：中心岛式挖土、盆式挖土两种。a.中心岛式挖土 利用中间的土墩作为支点搭设栈桥。支护结构为角撑、环梁撑或边桁架式。适用于大型基坑。二、支护开挖二、支护开挖 b.盆式挖土 工艺工艺 先开挖基坑中间部分的土，周围四边留土坡，土坡最后挖除。特点特点 周边的土坡对围护墙有支撑作用，有利于减少围护墙的变形。但土方不能直接外运需集中提升后装车外运。（需提高土方上运的速度）注意：注意：周边留置的坡度过小，支撑作用效果不好，若过大则稳定性不好。二、支护开挖二、支护开挖 3.3.深基坑土方开挖的注意事项深基坑土方开挖的注意事项P145P145 a.a.土方开挖顺序、方法须与支护结构设计一致，并遵守土方开挖顺序、方法须与支护结构设计一致，并遵守“开槽开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。的原则。b.b.防止深基坑挖土后土体回弹变形过大防止深基坑挖土后土体回弹变形过大 c.c.防止边坡失稳防止边坡失稳 d.d.防止桩位移和倾斜防止桩位移和倾斜 e.e.配合深基坑支护结构施工配合深基坑支护结构施工二、支护开挖二、支护开挖抓铲挖掘机