1、1第一章第一章 地下水控制与基坑开挖地下水控制与基坑开挖v地下水控制v边坡稳定v基坑土方开挖22.1地下水控制v为什么必须进行地下水控制?补偿性基础 地下水位较高的软土地区 流砂 边坡失稳 地基承载力下降v降水:集水明排和井点降水v截水v回灌3v补偿性基础(compensated foundation)又称浮基础。在结构设计中使建筑物的重量约等于建筑位置挖去土重（包括水重）的基础。当建筑物的重量等于挖去的土重时，称“全补偿性基础”，此时土中的应力无变化；如挖去的土重只相当于建筑物的部分重量时，称“部分补偿性基础”。可减少建筑物的沉降，充分利用地下空间。由于开挖较深，施工较困难，需考虑基坑的支护
2、结构、降低地下水、防止坑底隆起和管涌等问题。高层建筑中常用。4v水在土中渗流的基本规律达西定律：v=Q/A=k(H/L)=kiv一维渗流情况（图2-1）vQ=k(H/L)A渗透系数:k(m/d,cm/s)渗流/流线/层流/紊流/物理意义/透水性渗流速度v（m/d,cm/s）:v=Q/A=k(H/L)或v=ki水力梯度:i=H/L两个问题:vA、L、vv适用于砂及其他较细颗粒的土中，孔隙较大时产生紊流；Ip特别大的粘土：v=k(i-i)一、地下水的基本特性5v等压流线与流网水在土中稳定渗流（水流情况不随时间而变，土的孔隙比和饱和度不变，流入任意单元体的水量等于自单元体流出的水量以保持平衡），地下
3、水头值相等的点连成的面,称为“等水头面”，在平面或剖面上表现为“等水头线”（等势线，等压流线）。由等压流线与流线所组成的网称为“流网”。等压流线与流线正交。v潜水与层间水（图2-4）P9潜水：从地表至第一层不透水层之间含水层中所含的水。水无压力，重力水。层间水：夹于两不透水层之间含水层中所含 的水。无压层间水和 承压层间水6二、动水压力和流砂v动水压力单位体积土中土颗粒骨架所受到的压力总和。(kN/m3)GD=-T=-Wi (图2-5 动水压力原理图 P10)v流砂产生条件:GDW多发生在颗粒级配均匀而细的粉、细砂等砂性土中。粘土和粉质粘土、砾石均不易发生流砂。危害：基坑泥泞、坍塌、基础滑移防
4、止措施：降水和防水帷幕7三、降低地下水的方法v轻型井点：一层降水深度不超过6m确定井点系统的布置方式确定基坑的计算图形面积计算涌水量：v单井涌水量：无压完整井：v群井涌水量无压完整井：rRssHKQlglg)2(336.10lglg)2(336.1xRssHKQ8无压非完整井：承压完整井：承压非完整井：v基坑的假想半径x0：对于矩形基坑a/b5时,v 抽水影响半径R:v抽水影响半径深度H0:查表0000025.0lglg)2(366.1hlhhrhxRssHQo0lglg73.2xRKMsQMlMrlMxRKMsQ25.0lglg73.20Fx 0HKsR5759井管数量:n=Q/q井管平均间
5、距:校核y0:36522Klrlvrqcc)(2nBLb)lg1(lg366.1002xnRKQHy10v喷射井点：820m k=0.120m/d主要设备：喷射井管、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统。工作原理：图2-6、2-7 P12井点布置：b10m双排布置；环状布置。井点间距23.5m。井点系统的安装与使用：v施工工艺程序：v注意事项：井点堵塞：原因、预防喷射扬水器失效、井点倒灌：原因、预防工作水压力升不高：原因、预防11v电渗井点 在降水井点管的内侧打入金属棒（钢筋、钢管等），连以导线。以井点管为阴极，金属棒为阳极，通入直流电后，土颗粒自阴极向阳极移动，称电泳现象，使土体固结；地下水自
6、阳极向阴极移动，称电渗现象，使软土地基易于排水。用于k0.1m/d的土层。v深井井点 在深基坑周围埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潜水泵将地下水从深井内扬升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。适用于k较大（10250m/d）；土质为砂土、碎石土；地下水丰富、降水深（1050m）、面积大的情况。12 真空深井泵：v设备：井管、滤头、电动机和真空泵。v也适用于低渗透性的粉砂、粉土和淤泥质粘土。降水深度达818m，降水服务范围达200m2左右。深井井点系统设备：深井、井管、深井泵和集水井等。深井井点布置：200250m2深井井点埋设与使用v施工工艺程序：v井点埋设与使用阶段的注意事项：13四、截
7、水v截水帷幕：在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水围护壁（亦称隔水帷幕）。类型：水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙。作用：挡水和档土厚度：满足防渗要求，k1.0边坡稳定，K=1.0极限平衡状态，K1.0边坡失稳。）ONiTiWisin)cos(sin)(iiiiiiiiiiiiiWlctgWWRlctgRTiRlRTRRTKfl19vBishop法 考虑竖面上的法向力和切向力。vTaylor法 该法建立在总应力基础上，并假定内聚力不随深度变化。根据理论计算结果绘制成图表（稳定系数Ns、坡角），利用该图表可以分析简单边坡的稳定。Ns=Hc/c Hc-边坡的临界高度202.3深基坑土方开挖v土
8、方开挖方案无支护结构的基坑开挖：放坡开挖v特点：面积大，四周空旷v上海市标准基坑工程设计规程规定：开挖深度不超过4.0m的基坑，当场地允许、经验算能保证土坡稳定时，可采用放坡开挖；开挖深度不超过4.0m的基坑，有条件采用放坡开挖时，宜设置多级平台分层开挖，每级平台的宽度不宜小于1.5m。v地下水位在坑底以上，开挖前采用井点法坑外降水。v护面措施21有支护结构的基坑开挖：垂直开挖v盆式开挖：先挖除基坑中间部分的土方，后挖除挡墙四周土方的开挖方式。优点：挡墙的无支撑暴露时间短，利用挡墙四周所留土堤阻止挡墙的变形。缺点：挖土及土方外运速度较岛式开挖慢。多用于较密支撑下的开挖。工程实例：上海香港广场基坑开挖 图2-93v岛式开挖：保留基坑中心土体，先挖除挡墙四周土方的开挖方式。优缺点常用于无内撑围护开挖（如土层锚杆）或采用边桁架等大空间支撑系统的基坑开挖。挖土机械及土方外运22v土方开挖注意事项基坑开挖的时空效应先撑后挖，严禁超挖防止坑底隆起变形过大防止边坡失稳防止桩位移和倾斜对邻近建（构）筑物及地下设施的保护v积极保护法v工程保护法 地基加固、结构补强、基础托换、隔断法、开挖期跟踪注浆、施加支撑预应力、协调施工进度23v安全技术基坑工程安全管理基坑开挖安全技术
