砂岩基坑的降水设计

砂岩基坑的降水设计 基坑降水就是通过人工措施，使基坑内或基坑内外的水位降低至基坑开挖面以下。为了防止地下水产生渗透破坏，以及提高坑壁及围护结构的稳定性，方便施工，提高施工质量，避免水下作业。井点降水法就是在基坑开挖之前，在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备抽水，使地下水位降落至基坑底以下，并在基坑开挖过程中不断抽水，使所挖的土始终保持干燥状态。根据不同的土层的渗透系数，降水深度，设备条件等采用不同的方法。 如果地层中有砂岩层，考虑到砂岩层的透水性比其他的地层小很多，但是又不能忽略砂岩的渗水，所以降水时应该采用一些方法对砂岩层进行降水。本文将对砂岩基坑的降水进行设计，并对其进行相关介绍和讨论。第1章 基坑中对砂岩层的降水方法 1.1砂岩特性 砂岩由沙子（石英颗粒）形成，结构稳定，表面通常呈淡褐色或红色，主要由钙、硅、黏土和氧化铁构成。砂岩是一种沉积岩，主要由砂粒胶结而成的，其中砂粒含量大于50%。许多砂岩是由长石和石英石构成的。砂岩成份1）石英成份 52%以上；2）粘土15%左右；3）针铁矿18%左右；4）其它物质10%以上。根据砂岩的直径可把砂岩划分为：巨粒砂岩（12mm）、粗粒砂岩（10.5mm）、中粒砂岩（0.50.25mm）、细粒砂岩（0.250.125mm）、微粒砂岩（0.1250.0625mm），上面的各种砂岩中，相应粒级含量应大于50%。 砂岩虽然外观很漂亮，通常用于装饰，比如几百年前用砂岩材料装饰而成的英伦皇宫、美国国会大厦、罗浮宫等，至今都非常华丽漂亮，但是对于基坑开挖时，砂岩的弱透水层会发生渗水等，对于工程来说，不是很好的基层，需要一些方法来止水。根据堤防工程手册得到一些土按经验的渗透系数：各种土的渗透系数经验值土质类别K(cm/s)土质类别K(cm/s)粗砾10.5黄土（砂质）1e-31e-4砂质砾0.10.01黄土（泥质）1e-51e-6粗砂5e-21e-2黏壤土1e-41e-6细砂5e-31e-3淤泥土1e-61e-7黏质砂2e-31e-4黏土1e-61e-8砂壤土1e-31e-4均匀肥黏土1e-81e-10 砂岩3e-106e-6 由上表可知，砂岩层的渗透系数对于其他透水层来说很小，可以忽略。 在弱透水或不透水含水介质中，地下水位下降所引起的水量释放有一个时间过程。当含水层地下水下降较快时，由于饱水带中地下水位的降落速度高于水分的运动，因而被疏干部分所含的水与地下水位的下降不是同时的，所以较短的时间内，土层中土层疏后全部释放的水量远大于释放出的水量，即“滞后疏干”现象。 工程中通常计算时把砂岩看做不透水层，但是砂岩也有一定的透水性，并且砂岩中含有一定的水，其他土层和砂岩层的交界处也有水，这些在工程中不可以忽略，所以工程中需要一些方法来解决砂岩透水的一些影响。1.2降水方法一 在基坑四周设置排水沟，四角设置集水坑，坡道处应断开处理，为了防止坡道被雨水冲刷，坡道处积水应有坡道两侧分别流聚至两边设置的集水坑。基坑内的水通过排水沟流聚至集水坑内，由抽水泵将集水坑内的水抽入基坑外的排水井内流入市政管网。在每个集水坑内设置一台4寸高压离心式泥浆水泵。集水井内设置一台4寸或2.5寸高压离心式清水泵。 1.工艺流程1.1放线定位：根据要求，放线确定排水沟、排水井位置，排水沟设置于基坑四周，排水井设置于基坑四角，施工人员及机械准备就位。1.2挖沟和集水井：根据设计尺寸人工挖排水沟及排水井。（基坑顶外排水沟按现基坑支护排水沟满足基坑土方开挖排水需求，排水沟应在市政排水沟前方设置沉定池将抽上的水沉淀后方能排进市政排水沟）1.3铺设过滤层：过滤层要压实严密，严禁扰动基底土层。1.4安放抽水泵: 抽水龙头应包以滤网，防止泥砂进入水泵；抽水应连续进行，直到基础施工完毕，回填土后才停止。2.保护措施2.1对明沟和排水井设置明显警示标志，防止人为或机械压坏。2.2井口应砌护圈，防止井口损坏及井内掉入异物。1.3降水方法二（1）坑顶排水 为防止坡面受其他污水或雨水的冲刷，基坑顶部喷射混凝土应形成坡度不小于5%的倒坡，并确保坡顶排水通畅。（2） 坑底排水明沟及集水井 为排净基坑内的地下渗水及雨水，防止浸泡基坑，在基坑底部设置宽为0.3m、深0.150.25m的明沟或采取沟内填充3050mm干净卵石的盲沟排水措施，将坡体渗入的地下水引入集水井内排出，排水明沟或盲沟排水坡度不小于3%，集水井间距15m，可根据抽排情况调整，当采取明沟疏排时排水沟面层须采用水泥砂浆抹面。（3） 坡体渗水 在砂岩出露基坑底部部位，为使坡体渗水流畅，应在卵石与砂岩交接部位设置泄水孔，泄水孔材料可采用直径3540的pvc管。水平间距510m。1.4降水方法三 在基坑周围设置“水不漏”堵漏材料。“水不漏”是吸收国内外先进技术而开发出来的高效、防潮、抗渗、堵漏绿色环保型材料, 也是极好的粘结材料, 该材料分为缓凝# 抗渗型(型, 主要用于防潮、抗渗)和速凝# 堵漏型(型, 主要用于抗渗堵漏)两种, 均为单组分灰色粉料。基坑堵漏使用的是速凝# 堵漏型。“水不漏”特点：可带水施工, 防潮、抗渗、快速堵漏; 迎背水面均可施工; 无毒、无害、无污染; 凝固时间可控; 抗渗压高、粘结能力强、防水、粘贴一次完成; 与基体结合成整体, 不老化、耐水性好; 2 10m in内即初凝, 1天抗压强度达4.5MPa, 3天抗压强度达15MPa。 除了以上的一些方法，还可以根据不同的情况采取一些别的方法，但是采取的方法必须经济、合理、适用性高，符合工程实际情况。第二章 砂岩基坑降水实例 上面介绍了几种对砂岩基坑的降水方法，下面根据一个具体的实例来说明一下。 根据场地工程岩土工程勘察报告，该区地下水为阶地型潜水，主要含水层为碎石层.粉质粘土层.卵石层.第三系泥质层为隔水底板。根据场地岩土工程勘察报告地层揭示如下：1. 填土层：厚度为1.005.6m。地层能描述：黄褐色，主要以人工回填的粉土为主混有大量的砾石、灰土、煤渣及碎砖块的建筑垃圾和生活垃圾，局部见少量的植物根系，均匀性较差，松散稍密稍湿。2. 碎石层：埋深0.708.40m，厚度为1.05.5m。地层描述：青灰色或杂色，主要以碎石、角砾为主，磨圆度较差，粒径一般为2060mm，局部含有大量石块；充填物主要有粉质粘土及砂砾等，细粒约占总重的20%40%，以中密为主。3. 粉质粘土层：埋深1.09.0m，厚度0.57.2m。地层描述：黄褐色，孔隙发育，无光泽，干强度低，韧性低，稍湿饱和，均匀性一般，局部混有少量粉细砂，可塑软塑。4. 卵石层：埋深4.213.0m，厚度0.38.5m。地层描述：青灰色，颗粒母岩主要以砂岩、白云母、变质岩等，级配良好，磨圆度一般，多成亚圆形，粒径一般为4060mm，粒径大于20mm的细粒约占总重的50%65%，充填物为细沙及园砺，偶见漂石，局部夹薄层细砂透镜体，中密密实，以中密为主。5. 砂质泥岩：埋深9.119.7m，勘察厚度14.7m（未穿透）地层描述：棕红色，泥钙质胶结，顶部12m内成岩度差，呈强风化状，其下成岩度稍好，呈中风化状，遇水易软化、崩解。 根据岩土工程勘察报告场地地下水埋深3.111.0m，地下水季节变化幅度为1.02.0m。 其中基坑深度为19m，根据当地的地层情况降水井的深度应该深入砂岩层1m以上。降水井采用管井降水。 2.1涌水量的计算 一般基坑井点降水的方法有：1.大口径井点（一般指的是的管井，适用于渗透系数较高的土体疏干，加上真空负压后便可用于粉土层、淤泥质粘土层）。2.喷射井点（适用于含水量较高的土层，尤其是含沙土层，但出水量不大，所以通常用于辅助降水）3.轻型井点（价钱便宜，用以降低水位，缺点有效深度不够，可用于于挖深较浅的基坑，布设在基坑外侧，同时可起到加固土体的效果。但是粘土层不适用）4.电渗井点（价格昂贵，一般的基坑不宜采用，适用于粘土、淤泥质土）本文采用管井降水方法计算涌水量：当为承压完整井时，且水头h大于含水层厚度a时：当为承压完整井时，且水头h等于含水层厚度a时：其中a ：含水层厚度，单位米（m）；Dg ：过滤管外径（m）；h ：井中的水深，单位米（m）；H ：无压含水层厚度或承压含水层的水头高度或厚度，单位米（m）；K ：渗透系数，表示含水层的渗透性质，在达西公式中，水力坡度i=1时的渗透速度（表示地下水的运动状态、粘滞系数、含水层颗粒大小、形状、排列）；单位米/天（m/d）；r ：管井或抽水井的半径，单位米（m）；R ：影响半径，裘布衣公式中以抽水井为轴心的圆柱状含水层的半径（不以井的出水量、水位下降值的大小改变），表示井的补给能力；单位米（m）；Q ：管井出水量，单位m3/d；2.1.1渗透系数的确定一、利用稳定流抽水试验资料计算渗透系数（1）当只有1个观测孔计算承压水渗透系数时采用：计算潜水渗透系数时采用： （2） 当2个观测孔时计算承压水渗透系数时采用： 计算潜水完整井渗透系数时采用： 二、当无抽水试验资料时可根据下表估测 根据颗粒粒径估算渗透系数岩性岩层颗粒渗透系数K（m/d）粒径（mm）所占比重（%）轻亚粘土0.050.1亚粘土0.010.25黄土0.250.5粉土质砂0.501.0粉砂0.050.170以下15细砂0.10.2570510中砂0.250.5501025粗砂0.51.0502550砾砂1.02.05050100圆砾75150卵石100200块石200500砾石5001000 2.1.2潜水及承压水利用抽水试验算出的影响半径 一、（1）当有一个观测孔时，潜水影响半径采用：承压水影响半径采用： （2）当有2个观测孔时，潜水影响半径采用： 承压水影响半径采用公式： 二、资料不足时可采用经验公式1）潜水库萨金公式:2）承压水集哈尔特公式: 三、当无资料时根据经验值估算1）根据颗粒直径确定影响半径 颗粒直径估算影响半径岩性地层颗粒R（m）粒径（mm）占重量（%）粉砂0.050.170以下2550细砂0.10.257050100中砂0.250.550100300粗砂0.51.050300400砾砂1.02.050400500圆砾2.03.0500600砾石3.05.06001500卵石5.010.0150030002）根据单位出水量和单位水位下降值确定影响半径； 单位出水量估算影响半径R单位出水量q=Q/Sw影响半径R（m）m3/(h.m)L/(s.m)7.22.03005007.23.62.01.01003003.61.81.00.5501001.81.20.50.3325501.20.70.330.210250.70.210 单位水位下降估算影响半径R 单位水位下降量=Sw/Q Sw(m) Q(L/(s.m)单位水位降低m/(L.s)影响半径R（m）5.010 还可以利用经验公式来计算涌水量，用经验公式时应确定井的出水量Q与水位下降S之间关系的曲线方程，据此可求出在设计水位降深时井的出水量，据QS曲线类型选择计算公式。在有2次以上抽水试验资料的基础上给出Q=f（S）的出水量与水位下降关系曲线。观察Q=f(S)，有无直线关系。根据手册第二版第三册城镇给水表，通过确定Q与S之间的关系直线型、抛物线型、指数曲线型及对数曲线型根据适用条件选择对应的公式计算出水量2.2井点管计算与井距的确定以及降水管的尺寸布置。 井群布置应根据取水地段的水文地质条件确定。 若傍河取水，则则沿河布置一排或双排的直线井群；要避开有冲刷危险的河岸段，井离河岸保持一定的距离。 在远离河流地区，一般是沿垂直地下水流向方向布置单排或多排的直线井群；若地下水丰富，也可成梅花形或扇形布置，当有古河床时，宜沿古河床布置； 大厚度含水层或多层含水层，且地下水补给充足时，可分段或分层布置取水井组； 岩浆岩类地区井群应根据其分布与裂隙发育程度布置且应布置在富水地段。 井间距通常可按井影响半径的2倍计算，在个别情况下井群占地有限制时，可按相互干扰使单井出水量减少20%30%进行计算。 出水量的计算采用理论公式计算误差较大，有条件最好用生产试验资料进行校核。 沿基坑周边布置降水井点45个，间距约为18.0m20.0m，水位降深为13.70m15.60m，降水井为完整井，降水深度15.00m20.00m；降水井成孔直径600mm700mm，井管直径为300mm500mm。管井顶部5.0m为水泥管，齐下为包有滤网的滤水管，底部2.50m为沉砂管，管底以不小于7mm钢板焊接封闭。 基坑顶部应根据降水井排布情况设置主排水管，主排水管中的水经沉淀池三级沉淀后排入污水管网。沉淀池可为钢板制作也可为37砖墙，长4.5m，宽1.5m，高1.8m。2.3降水施工技术要求（1） 管井井点布置 管井井点沿基坑周边布置，布置情况详见“基坑支护及降水平面布置图”，施工时可根据场地总体布置情况适当调整，但调整间距不得大于1.5m。（2）井管技术要求 井管成孔采用冲击成孔，井管安装后必须洗井，保持滤网畅通，过滤器长度与含水层厚度相适应，取10.0m，即4节管长度，过滤器孔隙率在30%以上，包网采用金属网或尼龙网，网与管壁间必须垫肋，高度不小于6mm，卵石层中滤管采用外包30目左右的滤网一层，砂岩中滤管为实管。 井管外滤料厚度不小于120mm，采用磨圆度较好520mm的滤料，不得采用鹅卵石，从井底填至井口下5.0m左右，上部用粘土封好。井管管底要要求必须密封，密封材料具有一定的耐腐蚀性，保证密封质量。（3）降水井施工A.降水井施工工艺 降水井施工工艺：降水井位测量及布设钻井换浆下放滤水管填下砾料洗井下放潜水泵设置排水管线联动抽水 首先开始降水施工，一边成井，一边洗井，并同时开始下泵临时抽水，当排水管线安装完毕后，由排水管线向外排出；降水施工完毕7天后，可进行土方开挖。B.降水井施工要求 为了保证降水井的质量和安全等要求，降水施工必须达到下面的要求：1. 降水孔的成孔直径要大于或等于设计的成孔直径2. 降水井的深度小于或等于设计的井深的2%3. 降水井的垂直度以1度适宜4. 成井后必须清洗干净5. 井底必须密封6. 井管连接必须是垂直的，其上要保持水平，偏斜度小于17. 抽水泵必须试运行之后才可以放入井内抽水8. 不可以随意拉线9. 必须对供电设备进行测试，防止漏电，电压和电线必须和抽水泵一致10. 地面排水管主线根据现场实验确定，铺设时不可以影响其他工作，不能漏水11. 井管安装完毕之后，立刻进行填料，使用设计的滤料（4）抽水排放 在正式抽水前，必须进行抽水试验，确定井中的含沙量、出水量，来确定抽水泵的功率和泵量，在有需要的时候设置大功率、大出水量，进行抽水。（5）其他施工时必须有备用电源，防止停电时不能抽水而造成的不必要的损失2.4对于砂岩层的降水 通过计算，采用基坑外围不知管井井点降水.基坑内布置排水明沟.集水井的降水.排水措施，通过每个井点的抽水，使地下水位降至砂岩层面，同时为排干基坑坡体渗入的地下水，在基坑底部砂岩出露区域卵石层与砂岩层交接部位设置PVC排水管，基坑底部设置排水明沟或盲沟和集水井，排水明沟或盲沟沟宽为0.2m.深0.150.25m，坡度不小于3%，集水井间距暂定为15m，可根据抽排情况适当调整。对于砂岩层的应急预案：1.坑底流砂降水是防治流砂的最有效的办法，当出现流砂现象，在基坑内增加降水井点（如轻型井点），或加大抽水速度，将坑内地下水位降至开挖面以下1m。2.管涌(1)采取增加降水井点，加大抽水速度的方式，降低承压水压力。(2)管涌严重时可先向坑内灌水压重，减小坑内外水头差，稳定管涌情况，再采用双液注浆或浇灌快干砼封堵涌口，也可采用钻孔减压措施等。3.降水井水位降不下去(1)检查深井设备，排除机械故障。(2)测量井底沉淀物的深度，如沉淀物过厚，应重新洗井，排除沉渣。4.排水保证措施排水是否正常将直接影响降水运行，因此现场必须在施工区域内合理布置排水沟。根据降水最高峰值估算、同时考虑水量大，排水沟截面尺寸600mmx600mm，且应与排水指定市政管沟（管道）入口，能够迅速将大量地下水排入市政管（沟）道内。 第三章 降水对周边建筑物的影响和防治措施 井点降水时，由于地下水的流失，造成地下水位的下降，地基的自重应力增加，致使土层被压缩，土颗粒随水流失，引起了周围地面的沉降。因为土层的不均匀性和形成的水位降低漏斗曲线，所以地面沉降多为不均匀沉降，会导致周围的建筑物基础下沉.房屋的开裂等。因此，井点降水时，必须采取一些措施，防止产生建筑物基础的下沉和房屋的开裂等危害。根据场地的情况采用下面一些适合的方法。3.1回灌井点法 回灌井点降水就是在是在降水区与临近建筑物直径的土层埋置一道回灌井点，使用补充地下水的办法，来使回灌井点的范围大于降水井点的影响半径，从而形