擋土結構與基坑工程

木林隆博士巖土大樓820室65982005mulinlong@第十講基坑降水設計與施工概述集水明排設計與施工導滲法疏干降水承壓水降水基坑降水井施工概述降排水的作用(1)防止基坑底面與坡面滲水，保證坑底干燥，便于施工。(2)增加邊坡和坑底的穩定性，防止邊坡或坑底的土層顆粒流失，防止流砂產生。(3)減少被開挖土體含水量，便于機械挖土、土方外運、坑內施工作業。(4)有效提高土體的抗剪強度與基坑穩定性。對于放坡開挖而言，可提高邊坡穩定性。對于支護開挖，可增加被動區土抗力，減少主動區土體側壓力，從而提高支護體系的穩定性和強度保證，減少支護體系的變形。(5)減少承壓水頭對基坑底板的頂托力，防止坑底突涌。概述降排水的常用方法常用降排水方法和適用條件適用范圍降水方法降水深度(m)滲透系數(cm/s)適用地層集水明排<51x10-7~2x10-4含薄層粉砂的粉質黏土，粘質粉土，砂質粉土，粉細砂輕型井點<6多級輕型井點6~10噴射井點8~20砂(礫)滲井按下臥導水層性質確定>5x10-7電滲井點根據選定的井點確定<1x10-7黏土，淤泥質黏土，粉質黏土管井（深井）>6>1x10-6含薄層粉砂的粉質黏土，砂質粉土，各類砂土，砂礫，卵石集水明排設計與施工適用范圍(1)地下水類型一般為上層滯水，含水土層滲透能力較弱；(2)一般為淺基坑，降水深度不大，基坑或涵洞地下水位超出基礎底板或洞底標高不大于2.0m；(3)排水場區附近沒有地表水體直接補給；(4)含水層土質密實，坑壁穩定（細粒土邊坡不易被沖刷而塌方），不會產生流砂、管涌等不良影響的地基土，否則應采取支護和防潛蝕措施。集水明排設計與施工措施(1)基坑外側設置由集水井和排水溝組成的地表排水系統，避免坑外地表明水流入基坑內。排水溝宜布置在基坑邊凈距0.5m以外，有止水帷幕時，基坑邊從止水帷幕外邊緣起計算；無止水帷幕時，基坑邊從坡頂邊緣起計算。(2)多級放坡開挖時，可在分級平臺上設置排水溝。(3)基坑內宜設置排水溝、集水井和盲溝等，以疏導基坑內明水。集水井中的水應采用抽水設備抽至地面。盲溝中宜回填級配礫石作為濾水層。導滲法適用范圍(1)地下水類型一般為上層滯水，含水土層滲透能力較弱；(2)一般為淺基坑，降水深度不大，基坑或涵洞地下水位超出基礎底板或洞底標高不大于2.0m；(3)排水場區附近沒有地表水體直接補給；(4)含水層土質密實，坑壁穩定（細粒土邊坡不易被沖刷而塌方），不會產生流砂、管涌等不良影響的地基土，否則應采取支護和防潛蝕措施。導滲法設施與布置導滲設施一般包括鉆孔、砂（礫）滲井、管井等，統稱為導滲井。導滲法導滲設計計算Q為導滲井群的總流量(m3/d)；q為導滲井的流量(m3/d)；n為導滲井總數；k’為導滲井的垂向滲透系數(m/d)；F為導滲井的水平截面積(m2)；I為滲透坡降，對于均質填料，I=1.0。疏干降水目的有效降低開挖深度范圍內的地下水位標高之外，還必須有效降低被開挖土體的含水量，達到提高邊坡穩定性、增加坑內土體的固結強度、便于機械挖土以及提供坑內干作業施工條件等諸多目的對象一般包括基坑開挖深度范圍內上層滯水、潛水類型疏干降水水降水方法法一般包括括輕型井井點(含多級輕輕型井點點)降水、噴噴射井點點降水、、電滲井井點降水水、管井井降水(管材可采采用鋼管管、混凝凝土管、、PVC硬管等)、真空管管井降水水等方法法。控制與檢檢驗疏干降水水效果可可從兩個個方面檢檢驗：一、觀測測坑內地地下水位位是否已已達到設設計或施施工要求求的埋深深；二、通過過觀測疏疏干降水水的總排排水量或或其它測測試手段段，判別別被開挖挖土體含含水量是是否已下下降到有有效范圍圍內。疏干降水水設計方法法1.基坑涌水水量估算算Q=μAsQ為基坑涌涌水量(疏干降水水排水總總量，m3)；μ為疏干含含水層的的給水度度；A為基坑開開挖面積積(m2)；s為基坑開開挖至設設計深度度時的疏疏干含水水層中平平均水位位降深(m)。封閉型疏疏干降水水半封閉型型或敞開開型疏干干降水r0為假想半半徑，與與基坑形形狀及開開挖面積積有關；；l為基坑長長度(m)；b為基坑寬寬度(m)；ξ為基坑形形狀修正正系數疏干降水水優點：采采用輕型型井點降降水其井井點間距距小，能能有效地地攔截地地下水流流入基坑坑內，盡盡可能地地減少殘殘留滯水水層厚度度，對保保持邊坡坡和樁間間土的穩穩定較有有利，因因此降水水效果較較好。缺點是：：占用場場地大、、設備多多、投資資大，特特別是對對于狹窄窄建筑場場地的深深基坑工工程，其其占地和和費用一一般使建建設單位位和施工工單位難難以接受受，在較較長時間間的降水水過程中中，對供供電、抽抽水設備備的要求求高，維維護管理理復雜等等。輕型井點點降水—優缺點疏干降水水設計方法法輕型井點點降水為為例輕型井點點設備輕型井點點設備主主要由井井點管(包括過濾器器)、集水總管管、抽水泵泵、真空泵泵等組成。。a.井點管：一一般采用直直徑為38-50mm的鋼管制作作，長度為為5.0-9.0m，整根或分分節組成。。b.過濾器：采采用與井點點管相同規規格的鋼管管制作，一一般長度為為0.8-1.5m。c.集水總管：：采用內徑徑為100-127mm的鋼管制作作，長度為為50.0-80.0m，分節組成成，每節長長度為4.0-6.0m。每個集水水總管與40-60個井點管采采用軟管連連接。d.抽水設備：：主要由真真空泵(或射流泵)、離心泵和和集水箱組組成1-過濾器；2-外管；3-集水總管；4-濾網；5-過濾室；6-集水箱；7-浮筒；8-分水室；9-真空泵；10-電動機；11-冷卻水箱；12-冷卻循環水泵；13-離心泵；14-真空計疏干降水設計方法2.井管最大允允許出水量量qmax為單根井點點管的允許許最大出水水量(m3/d)；rw為濾水管的的半徑(m)；L為濾水管的的長度(m)；k為疏干層的的滲透系數數(m/d)。3.井管數目4.井管長度D為地面以上上的井點管管長度(m)；hw為初始地下下水位埋深深(m)；lw為濾水管長長度(m)；rq為井點管排排距。單排排井點α=4；雙排或環環形井點α=10輕型井點降降水為例承壓水降水水目的防止坑內突突涌降水方案1.坑內減壓降降水——適用條件a.隔水帷幕部部分插入減減壓降水承承壓含水層層中，隔水水帷幕進入入承壓含水水層頂板以以下的長度度L不小于承壓壓含水層厚厚度的1/2，或不小于于10.0m隔水帷幕對對基坑內外外承壓水滲滲流具有明明顯的阻隔隔效應；b.隔水帷幕進進入承壓含含水層，并并進入承壓壓含水層底底板以下的的半隔水層層或弱透水水層中，隔隔水帷幕已已完全阻斷斷了基坑內內外承壓含含水層之間間的水力聯聯系。（a）坑內承壓含水半封閉（（b）懸掛式止水帷幕（（c）坑內承壓含水層全封閉承壓水降水水降水方案2.坑外減壓降降水——適用條件a.當隔水帷幕幕未進入下下部降水目目的承壓含含水層中；；b.隔水帷幕進進入降水目目的承壓含含水層頂板板以下的長長度L遠小于承壓壓含水層厚厚度，且不不超過5.0m。（a)坑內外承壓含水層全連通（（b））坑內外承壓含水層幾乎全連通承壓水降水水降水方案3.坑內-坑外聯合減減壓降水——適用條件當現場客觀觀條件不能能完全滿足足前述關于于坑內減壓壓降水或坑坑外減壓降降水的選用用條件時，，可綜合考考慮現場施施工條件、、水文地質質條件、隔隔水帷幕特特征以及基基坑周圍環環境特征與與保護要求求等，選用用合理的坑坑內-坑外聯合減減壓方案運行控制承壓水降水水運行控制制應滿足兩兩個基本要要求：其一，通過過承壓水降降水運行，，應能保證證將承壓水水位控制在在安全埋深深以下；其二，從保保護基坑周周邊環境的的角度考慮慮，在承壓壓水位降深深滿足基坑坑穩定性要要求的前提提下，應避避免過量抽抽水、水位位降深過大大。承壓水降水水設計與計算算1.基坑內安全全承壓水位位埋深基坑內的安安全承壓水水位埋深必必須同時滿滿足基坑底底部抗滲穩穩定與抗突突涌穩定性性要求D為坑內安全全承壓水位位埋深(m)；H0為承壓含水水層頂板埋埋深的最小小值(m)；h為基坑開挖挖面深度(m)；Hd為基坑開挖挖深度(m)；fw為承壓水分分項安全系系數，取值值為1.05~1.2；γs為坑底至承承壓含水層層頂板之間間的土的天天然重度的的層厚加權權平均值(kN/m3)；γw為地下水重重度。承壓水降水水設計與計算算2.單井最大允允許涌水量量Q為單井涌水水量(m3/d)；l為過濾管長長度(m)；rw為過濾管半半徑(m)3.滲流解析法法設計計算算n為管井總數數(口)；x1x2???xn為計算點到到各管井中中心距離(m)基坑降水井井施工輕型井點施施工1.井點成孔施施工(1)水沖法成孔孔施工：利利用高壓水水流沖開泥泥土，沖孔孔管依靠自自重下沉。。砂性土中中沖孔所需需水流壓力力為0.4～0.5MPa，粘性土中中沖孔所需需水流壓力力為0.6～0.7MPa。(2)鉆孔法成孔孔施工：適適用于堅硬硬地層或井井點緊靠建建筑物，一一般可采用用長螺旋鉆鉆機進行成成孔施工。。(3)成孔孔徑一一般為300mm，不宜小于于250mm。成孔深度度宜比濾水水管底端埋埋深大0.5m左右。2.井點管埋設設(1)水沖法成孔孔達到設計計深度后，，應盡快減減低水壓、、拔出沖孔孔管，向孔孔內沉入井井點管并在在井點管外外壁與孔壁壁之間快速速回填濾料料（粗砂、、礫砂）。。(2)鉆孔法成孔孔達到設計計深度后，，向孔內沉沉入井點管管，在井點點管外壁與與孔壁之間間回填濾料料（粗砂、、礫砂）。。(3)回填濾料施施工完成后后，在距地地表約1m深度內，采采用粘土封封口搗實以以防止漏氣氣。(4)井點管埋設設完畢后，，采用彎聯聯管(通常為塑料料軟管)分別將井點點管連接到到集水總管管上。基坑降水井井施工基坑寬<6m，降水深度度不超過6m時，一般可可用單排井井點。基坑兩端部部宜將井點點間距加密密以利降水水。輕型井點布布置條件可能時時單排井點點可采在基基坑端部延延伸10~15m，而不加密密井點間距距(對長距離分分段施工更更應充分利利用延伸井井點)。基坑降水井井施工輕型井點布布置單排井點亦亦可布置成成端部彎轉轉的形式。。對端部有有上游來水水更為適用用。基坑降水井井施工輕型井點布布置對寬度>6m的基坑，則則宜采用雙雙排井點降降水。對滲滲透性較大大的土層，，坑寬不大大于6m，也宜采用用雙排布置置。基坑降水井井施工輕型井點布布置寬的基坑可可采用U形布置，但但應將兩側側井點延長長，延長部部分一般為為B/2。基坑降水井井施工輕型井點布布置對寬度不大大于40m的大型基坑坑宜采用環環形井點：：總管中間間應安置一一閘閥或將將其斷開，，使集水總總管內水流流分向流入入泵浦設備備，避免紊紊流；在四四角附近加加密井點管管，加強降降水。基坑降水井井施工輕型井點布布置當基坑寬度度大于40m時，應在基基坑中央加加設井點。。當環圈總總長超過100~120m，須增設水水泵系統抽抽吸，并安安裝閘閥將將總管斷開開。基坑降水井井施工輕型井點布布置圓形基坑可可設置八角角集水總管管，通過45o彎管接頭連連接。基坑降水井井施工輕型井點布布置基坑降水井井施工輕型井點布布置不規則基坑坑的降水井井布置基坑降水井井施工噴射井點施施工基本與輕型型井點一致致，但須注注意以下事事項(1)利用噴射井井點降低地地下水位，，揚水裝置置的質量十十分重要。。如果噴嘴嘴的直徑加加工不精確確，尺寸加加大，則工工作水流量量需要增加加，否則真真空度將降降低，影響響抽水效果果。如果揚揚水裝置已已磨損應及及時更換。。(2)工作水要干干凈，不得得含泥砂及及其它雜物物．尤其在在工作初期期更應注意意工作水的的干凈