基坑降水与基坑监测

1、南京林业大学土木工程学院赵志峰挡土结构与基坑工程第二部分 基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程基坑开挖施工中降水的作用为：防止基坑坡面和基底的渗水，保持坑底干燥，方便施工增加边坡和坑底的稳定性，防止边坡上或基底的土层颗粒流失。减少土体含水量，有效提高土体物理力学指标提高土体固结程度，增加地基抗剪强度防止基坑的隆起和破坏基坑控制地下水位的方法基坑控制地下水位的方法隔离地下水基坑降水与基坑监测重力式降水降低地下水位强制式降水水泥土搅拌桩地下连续墙化学灌浆挡土结构与基坑工程ShRH原地下水位基坑降水与基坑监测水井理论与水井涌水量计算水井的分类2r降低后水面不透水层潜水完整井S原地下水位R不透

2、水层潜水非完整井挡土结构与基坑工程不透水层2rHl含水层不透水层基坑降水与基坑监测水井的分类R承压完整井MR不透水层2r S含水层不透水层承压非完整井挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程水井理论的基本假设井点系统的理论计算，是以法国水力学家裘布依1857年提出的水井理论为基础，该水井的基本假定是： 含水层为均质和各向同性； 水流为层流； 流动条件为稳定流； 水井出水量不随时间变化。基坑降水与基坑监测水井涌水量完整潜水井当在完整潜水井内抽水时，周围潜水流向水位降低之处。经过一段时间抽水后，井周围原有水面就由水平面变成弯曲液面，成为向井倾斜的水位降落漏斗。当含水层为均质土层，原地

3、下水位为水平时，其水位降落漏斗为规则的旋转面，其轴线与水井轴线重合。挡土结构与基坑工程流线Q = Fv = Fki = FkQ = 2 xyky 2 =ln x + cy2 y1 =(ln x2 1 ) = ln x k k x1基坑降水与基坑监测RH2ry1x1yxx2y2Sl不透水层流线等势线挡土结构与基坑工程取铅直的圆柱面作为水流断面，其面积为：F = 2 xydydx该断面上的水力坡度为：i = dy / dx裘布依微分方程：dydx积分后得： Q k对任意两点：2Q Q xln 2y y =(ln x2 1 ) = ln xQ Q x2 k k x1流线H 2 l 2 = k rQ

4、= k= 1.366k基坑降水与基坑监测RH2ry1x1yxx2y2Sl不透水层流线2 22 1ln若欲求一个水井的涌水量，可将水井作用范围最远处点的坐标作为x2、y2，即取x2=R，y2=H，再将最近点处的坐标作为x1、y1，即x1=r，y1=l，则：Q RlnH 2 l 2即：Rlnr将l=H-S代入，并用常用对数代替自然对数：H 2 l 2 (2H S )SR Rlg lgr r挡土结构与基坑工程Q = 1.366k等势线基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程基坑涌水量的计算根据水井理论可求得单井的涌水量，但是基坑周围往往布置多个井点，使得各个单井的水位降落漏斗互相干扰，应考虑群井的相互作

5、用。基坑涌水量的计算，可把由各井点组成的群井系统，视为一口大的单井，设该井为圆形，可推导出潜水完整井群井的涌水量计算公式。挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测基坑涌水量的计算基坑等效圆井RRr0Q = 1.366k(2H S )Slg R lg r0r0由井点管围成的基坑等效半径R群井降水影响半径，=R+r0R单井降水影响半径SHl基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程Q = 1.366k(2H S )Slg R lg r0基坑涌水量的计算几个关键参数1.渗透系数的确定渗入系数的确定可通过室内试验或室外现场渗入试验求得。一般勘察报告提供的渗透系数多半是室内试验的结果，可作为计算依据。如无试验资料

6、，可依据经验取值。2.降水影响半径R降落曲线稳定后的半径即为降水影响半径R。计算降水影响半径R的应用公式很多，一般当基坑安全等级为二、三级时，可采用下式计算：（1）潜水含水层（2）承压含水层R = 2S kHR = 10S k基坑降水与基坑监测2.降水影响半径R降水影响半径R也可通过现场抽水试验进行测试。通过抽水试验测得Q与S的数值，可反求出R值。Q = 1.366k(2H S )Slg R lg r(2H S )SQlg R = 1.366k+ lg r3.基坑的等效半径r0对于圆形基坑，基坑等效半径即为井点系统的半径。当基坑的平面形状不是圆形时，其等效半径可按规程进行试算：（1）矩形基坑等

7、效半径r0 = 0.29(a + b)（2）不规则块状基坑等效半径r0 = A / 挡土结构与基坑工程S = H H lg R n lg ( r1 2r rn ) lg R n lg ( r1 2r rn )2 1Q1.366k 基坑降水与基坑监测降水水位预测管井降水水位预测可按以下公式进行计算：1.面状基坑潜水完整井2.面状基坑承压水完整井S =0.366Q 1Mk H潜水含水层厚度；M承压含水层厚度；rir1、r2rn降水井至任意计算点的距离挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程降水方法及其选用重力式降水排水沟及集水井属重力式降水，是普遍应用的一种人工降低地下水位、排除明水

8、、保障施工的方法。它具有施工方便、设备简单，并可应用于除细砂外各种土质的施工场合。集水明排法集水明排法是在基坑开挖过程及基础施工中，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及坑底渗水，并引向集水井。当基坑深度不大，降水深度小于 5m，地基土为粘性土、粉土、砂土等，地下水为水量不大的潜水时，可考虑集水明排。集水井排水沟挡土结构与基坑工程基坑外缘基坑降水与基坑监测集水明排法在坑底四周距拟建建筑物基础0.4m以外设排水沟，排水沟比挖土面低0.3-0.4m。在基坑四角或每隔30-40m设一个集水井，集水井底面比沟底面低0.5m。设计排水量应大于基坑总涌水量1.5倍。抽水设备可以是离心泵和潜水泵。在开挖基坑周围设置

9、排水沟，每隔30-40m设置一集水井，使地下水汇集于集水沟内，再用水泵将水排出基坑外。排水沟应设置反滤层，以防流土和管涌的发生。集水井四周应进行简单支护，断面不小于80cm 80cm。基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程降水方法及其选用强制式降水通过对地下水施加作用力来促使地下水的排出，从而达到降低地下水位的作用。井点降水法井点降水法主要是将带有滤管的降水工具埋设到基坑四周的土中，利用抽水工具，在不扰动土结构的条件下，将地下水抽出。按工作原理不同，可分为轻型井点、喷射井点、电渗井点等。基坑降水与基坑监测轻型井点系统由滤管、集水总管、连接管和抽水设备组成。抽水时，先打开真空泵抽出管路中的空气，使

10、之形成真空，这时地下水和土中空气在真空吸力作用下被吸入集水箱，空气经真空泵排出；当集水点管存水较多时，开动离心泵抽水。轻型井点172356841集水总管；2连接管；3井点管；4滤管；5水泵房；6基坑；7原地下水位；8降后的水位挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程1井点管；2滤管；3进水总管；4排水总管；5高压离心泵；6循环水池；7低压离心泵挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测喷射井点喷射井点的管路布置与轻型井点的相同，但其井点管分为内管和外管，下端装有喷嘴。用高压水泵将高压水自上向下经喷嘴进入内管，由于喷嘴断面突然缩小，水流速度加快，从而产生负压，并卷吸地下水同工作水一起沿内

11、管上升，排出坑外。喷射井点能量消耗大，工作效率一般只有30%，且设计复杂，喷嘴等设备需要经常检查和调换。1外管；2内管；3喷射器；4扩散管；13逆止球阀；14逆止阀座喷射井点管构造挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测喷射井点用喷射井点降水，为防止产生工作水反灌现象，在滤管下端最好增设逆止球阀。喷射井点用作深层降水，应用在粉土、细砂和粉砂中较为合适。在较粗的砂粒中，由于出水量较大，循环水流不经济，此时宜采用深井泵。一般一级喷射井点可减低地下水位8-20m。井点管本身作为阴极，用金属管作为阳极，埋在井点管内侧，间距0.8m-1m。阴极与阳极数量应相等，分别接在直流发电机的相应电极上。基坑降水与基坑

12、监测电渗井点电渗井点其原理是利用231基坑211井点管；2金属棒；3地下水降落曲线通入直流电后，带有负电荷的土粒向阳极移动，而带有正电荷的水向阴极方向移动集中，使地下水从内向外流入井点管（电渗），从井点管连续抽水，地下水位就逐渐下降。挡土结构与基坑工程黏性土、淤泥、淤泥质土。此时一般单纯利用井点系统的真空产生的抽吸作用较难将水从土体中排出，利用粘土的电渗现象，一方面可以加速土体固结，另一方面也可以达到较好的降水效果。基坑降水与基坑监测电渗井点电渗井点降水适宜于渗透系数很小(0.1m/d)的饱和1井点管；2金属棒；3地下水降落曲线挡土结构与基坑工程231基坑21挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监

13、测管井井点沿基坑外围每隔一定距离设置一个井点，每眼井单独用一台水泵不断抽水而使地下水位降低。管井井点的吸水管采用直径为50-100mm的橡胶管或钢管，其下端沉入管井抽水时的最低水位以下。管井间距为10-50m，其降水深度一般大于5m。1水泵；2管身；3滤网；4滤料；5吸水管；6钢筋骨架；7沉砂管；8降落水位线基坑降水与基坑监测沿基坑外围每隔一定距离设置一个井点，每眼井单独用一台水泵不断抽水而使地下水位降低。水泵放在井管中，依靠水泵的扬程把深处的地下水送到地面上，因此降低水位可达30-40m或更深些。深井井点1滤井；2滤水管；3电动机；4传动轴；5扬水管；6立式多级离心泵；7吸水管；8滤管头挡土

14、结构与基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程真空深井降水降水方法适 用 条 件集水井碎石土、粗粒砂、渗水量不大的土，开挖深度较浅轻型井点粉砂、粘质粉土，渗透系数为 0.1-5m/d、地下水位较高，一级轻型井点降水深度 3-6m喷射井点渗透系数为 0.1-50m/d的砂土，基坑开挖深度大于6m，降水深度可达 20m电渗井点饱和粘性土，尤其是淤泥和淤泥质土，渗透系数小于 0.1m/d管井井点含水层土颗粒较粗的粗砂卵石层，渗透系数较大，降水深度大于 5m深井井点渗透系数较大，含水层水量丰富的土层，降水深度大于 15m基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程降水方法适用条件基坑降水与基坑监测降水对周

15、围环境的影响及防范措施井点降水影响范围降水对周围环境的影响范围即降水漏斗曲线的平面内半径，也就是井点抽水的影响半径。（1）潜水含水层（2）承压含水层R = 2S kHR = 10S k由于土层一般成层分布，纵横向渗透系数差别较大，影响范围受土层的影响显著。因此对重要工程应先进行抽水试验来确定影响半径。挡土结构与基坑工程s = s =Es1 2基坑降水与基坑监测降水造成的地面沉降在井点降水无大量细颗粒随地下水被带走的情况下，周围地面所产生的沉降量可用分层总和法进行计算：ni =1pi hiai (1 2)1 + e0i各土层的厚度在降水期间，降水面下的土层通常不会产生较明显的固结沉降。所以通常降

16、水所引起的沉降主要以降水面至原地下水位面之间的土层为主。此时可用简易方法 ph估算沉降量各土层因降水产生的附加应力降水深度，为降水面和原水面的深度差降水产生的自重附加应力挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程防范井点降水不利影响的措施在降水前认真做好对周围环境的调研工作合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的影响 防范抽水带走土层中的细颗粒。 适当放缓降水漏斗线的坡度。 井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水。 防范开挖基坑时，基底以下承压水形成流砂，致使坑周产生大量地面沉陷。 对不适宜采用井点降水的土层，不要盲目使用井点降水。 如果降水场地周围有湖、河等导、贮水体时，应考虑在

17、井点与贮水体间设置挡水帷幕，以防范井点与贮水体贯通。基坑降水与基坑监测防范井点降水不利影响的措施降水场地外侧设置挡土帷幕，减小降水影响范围截 水基础桩水平防渗悬挂式竖向防渗除了在基坑外围采用封堵、导流等措施控制地下水外，还可采用垂直防渗和坑底水平防渗措施以防止地下水涌入基坑或引起地基土渗透变形。用于基坑工程的垂直防渗措施主要包括各类防渗墙和灌浆帷幕。防渗墙和灌浆帷幕一般应插入下卧的相对不透水岩层一定深度，但当透水层厚度较大时，可以采用悬挂式垂直防渗和坑内水平防渗相结合的方案。挡土结构与基坑工程回 灌范围内的地基土会因为有效应力增加而沉降，导致建筑物或地下设施、管线等受到损害。这时除了隔基坑降水

18、与基坑监测降水场地外缘设置回灌水系统基坑降水时，在周围会形成降水漏斗，在降水漏斗水之外，还应采取回灌措施减少降水的不利影响。回灌井点就是在降水井点和要保护的地区之间打一排回灌井点，在利用降水井点降水的同时，用回灌井点向土层内贯入一定数量的水，从而减少降水区域外的地下水流失。采用回灌技术时，要防止降水和回灌两井相通，因此一般回灌井与降水井相距不小于 6m。回灌水宜用清水，回灌水量可通过水位观测孔进行控制和调节。挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程基坑工程的监测与控制1. 基坑工程监测的作用根据开挖过程中的监测结果，及时获得岩土体的变形等信息，

19、及时将监测结果反馈给设计和施工方，对原设计方案进行评价，并判断现有施工方案的合理性。可以比较客观的反映基坑土体、挡土支护结构及邻近建筑物与地下管线当前所处的状态。通过反分析方法计算和修正岩土力学参数，对后续的开挖方案与开挖步骤提出建议。对施工过程中可能出现的险情进行及时的预测与预报，防患于未然，确保工程安全。基坑降水与基坑监测2. 基坑工程监测对象与内容挡土支护结构和边坡土体的竖向和侧向位移基坑周围地表的沉降和裂缝基坑底部回弹和隆起挡土支护结构的裂缝基坑平面和高程监控点岩土体及支护结构的变形支护结构和边坡土体的应力邻近建筑物与地下管线的变形基坑开挖对周围环境的影响振动、噪音等对环境的影响地下水

20、动态地下水位的变化支护结构内外孔隙水压力抽排水量的测量挡土结构与基坑工程基坑降水与基坑监测坑底隆起变形坑外深层土体变形孔隙水压力挡土结构与基坑工程坑外深层土体变形降水漏斗曲线基坑开挖后，围护结构在土压力的作用下将发生变形由于基坑施工时必须降水，所以将造成降水漏斗曲线为防止基坑失稳，经常在基坑内设置支撑承受轴力周边土体沉降临时立柱沉降监测围护结构的水平变形坑外和坑内水位监测轴力变化周边土体沉降基坑侧壁安全等级监测项目一级 二级 三级支护结构水平位移应测 应测 应测周围建筑物、地下管线变形应测 应测 宜测地下水位应测 宜测 宜测桩、墙内力应测 宜测 可测锚杆拉力应测 宜测 可测支撑轴力应测 宜测 可测立柱变形应测 宜测 可测土体分层竖向位移应测 宜测 可测支护结构界面上侧向压力应测 可测 可测基坑降水与基坑监测挡土结构与基坑工程基坑工程监测项目表可靠性原则基坑降水与基坑监测3. 基坑工程监测系统设计原则在监测对象上以位移为主，其他物理量为辅在监测方法上以仪器监测为主，巡视检查为辅多层次监测原则为保证监测的可靠性，监测系统宜采用多种方法和仪器方便实用原则重点监测关键