注册岩土工程师地下水控制考前辅导

地下水控制许模成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室2019年注册岩土工程师执业资格考试考前培训之要点课程归属：第五章（土工结构、边坡、基坑与地下工程）5.5，以及第一章（岩土工程勘察）1.7部分；课程时间：4学时（半天）课程内容：（1）基本概念（2）例题分析（3）问题质疑提纲

水文地质基本概念地下水控制概论降水井的主要类型降水井的设计计算地下水控制的其它措施1.水文地质基本概念1.1地下水的类型及运动规律1.2地下水的作用1.3地下水相关参数的测定1.1地下水的类型及运动规律地下水的类型

按其储水空间（空隙）分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水；按其赋存特征分为包气带水(上层滞水)、潜水、承压水，详细分类特征见表。

(1)上层滞水：是指埋藏在地表浅处，局部隔水透镜体的上部且具有自由水面的地下水。其主要来源是由大气降水补给。因此它的动态变化与气候、隔水透镜体厚度及分布范围等因素有关。(2)潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的具有自由水面的地下水称为潜水。潜水直接受雨水渗透或河流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄，它的分布区与补给区是一致的。因此，潜水位的变化，直接受气候条件变化的影响。

(3)承压水：承压水是指充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。它承受一定的静水压力。由于承压水的上面存在隔水顶板的作用，它的埋藏区与地表补给区不一致。因此，承压水的动态变化，受局部气候因素影响不明显。

运动规律

地下水运动有层流和紊流两种形式。

通常地下水在岩土体中孔隙或微小裂隙中连续渗透时属层流运动；而在喀斯特化的空隙内流动，会产生紊流，其流线有互相交错的现象。地下水的渗流一般符合达西定律。V=kJ式中J——水力坡（梯）度；k——渗透系数(cm／s)，k是值的大小反映了介质透水性的强弱。

实践表明：在砂土中水的流动符合于达西定律；而在粘性土中只有当水头梯度超过所谓的起始梯度后才开始渗流。

1.2地下水的作用从不同研究角度、不同学科领域研究地下水的作用或功能，可极大地丰富水文地质学的内涵和外延，从而形成另一些新的交叉学科。例如，从资源角度研究地下水，形成了供水水文地质学，矿泉水水文地质学和卤水水文地质学等；从作为一种地壳深部信息载体角度研究地下水，形成了热水水文地质学和地震水文地质学。而从作为一种地质营力角度研究地下水，则可发现其作用有正负两方面。正的作用如地下水成矿，负作用则主要是地下水作为一种可诱发多种地质灾害的直接或间接营力，能在自然条件下或在人类工程活动中引起一系列直接制约工程设计、施工和运营以及严重影响人类生存环境的工程和环境地质问题。

地下水对工工程建筑的的危害作用用地下水对岩岩土体及结结构物的力力学作用（1）渗透透稳定性流土（流砂砂）管涌（2）水压压力作用基坑突涌浮托力或扬扬压力动水压力地下水的物物理化学作作用（1）地下下水的腐蚀蚀性（2）地基基冻胀（3）地下下水对岩土土体性能的的劣化地下水的赋赋存、变化化对工程影影响具体表表现在以下下几个方面面：(1)当地地下水潜水位上升升接近地表表时，由于毛毛细作用而而引起沼泽化，或由于强强烈蒸发浓浓缩作用而而引起的盐渍化，增强了岩土及地下下水对建筑筑材料的腐腐蚀性。(2)在河河谷阶地、、斜坡及岸岸边地带，，地下潜水上上升时，岩土体浸润润范围增大大，浸湿程度度加剧，岩岩土被水饱饱和、转化化、降低了了抗剪强度度，导致岩岩土体不均均匀沉降；；同时增大大了动水压力，可能产生生潜蚀作用用及流沙、、管涌现象象，破坏了了岩土体的的结构和强强度。以上上这些原因因，促使岩土体产生生变形、崩崩塌，滑移移等，都将对工工程产生不不利影响。。(3)在粉粉、细砂及及粉土为主主的场地，，地下潜水位位上升，地震时可可能产生砂土液化现象。在基基础开挖过过程中可能能产生流沙、管涌涌、底鼓、、侧壁变形形、坍塌等不良现象象，这些不不仅降低了地基基土的力学学强度，而且往往往给施工带带来很大困困难。(4)地下下水通过裂裂隙，断层层破碎带，，溶洞等通通道流人洞洞体内，造造成洞室淹淹没。地下水位的的上升，对上覆荷荷重较小的的地下广场场等，还可可能使基础上浮，使建筑物物失稳。(5)对于于膨胀性岩岩土地区，，当地下水位位季节性升升、降变化化或土体中中水分的增增减变化，可促使膨胀岩土产产生不均匀匀胀缩变形形。(6)在寒寒冷地区，，地下潜水位位升高，地基土中中含水量也也增多。使使地基土产生生冻结，地地面隆起。冻结状态态的岩土体体在温度升升高岩土解冻后后，其抗剪剪和抗压强强度大大降降低。以上这些些均易导致致建筑物开开裂失稳。。(7)若地下水位在在压缩层范范围内下降降时，岩土的的自重应力力增加，可可能引起地基基础的的附加沉降降。如果土质质不均或地地下水位突突然下降，，也可能使使建筑物发发生变形、、破坏。(8)在基基坑支护工工程中，地地下水位控控制设计和和支护结构构的侧向压压力更与地地下水密切切相关。(9)地下水位的的下降往往会引起起地表塌陷，，地面沉降降及地裂缝缝的复活，造成建筑筑物的严重重损坏。1.3地地下水相关关参数的测测定地下水参数数的测定方方法地下水流向向、流速测测定地下水流向向测定采用用几何法，，在场地内内不应少于于3个测孔孔(井)，，孔距按岩岩土的渗透透性、水力力梯度、地地形坡度确确定，一般般50~100m，，同时量测测各孔内水水位，用等等水位线的的垂线确定定流向。几何法测流流向示踪剂法测测流速抽水试验(1)抽水水试验类型型可按下表表规定选用用；(2)抽水水试验宜三三次降深，，最大降深深应接近工工程设计所所需的地下下水位降深深的标高；；(3)水位位量测应采采用同一方方法和仪器器，读数对对抽水孔为为厘米，对对观测孔为为毫米；(4)当涌涌水量与时时间关系曲曲线和动水水位与时间间的关系曲曲线，在一一定范围内内波动，而而没有持续续上升和下下降时，可可认为已经经稳定；(5)抽水水结束后应应量测恢复复水位。根据试验段段长度与含含水层厚度度的关系可可分为完整整孔和非完完整孔两种种。根据试验孔孔中存在多多个含水层层进行抽水水试验时又又可分为分分层抽水与与混合抽水水。根据抽水试试验的水量量、水位与与时间关系系应又可分分为稳定流流抽水试验验和非稳定定流抽水试试验。注水试验注水试验可可在试坑或或钻孔中进进行。对于毛细管管力作用不不大的砂土和粉土土，可采用试坑法或试坑单环法法；对粘性土应采用试坑双环法法；对于试验深度较大或或无地下水水的各类岩岩土宜采用钻孔法。压水试验压水试验应应按岩性不不同划分试试验段，试试验段长度度定为5~10m，试验分分为单栓塞塞试验和双双栓塞试验验，通过试试验可求出出渗透系数数k，透水水率w。注水试验、抽水水试验、压水试试验的适应范围围提纲水文地质基本概概念地下水控制概论论降水井的主要类类型降水井的设计计计算地下水控制的其其它措施复习要点熟悉各类降排水水措施的适用条条件、布置方式式，掌握其设计计计算方法；熟悉各种防渗和和排水技术及其其适用条件；掌握各种地下水水控制的施工方方法；了解地下水控制制对环境的影响响与防治措施。。2.地下水控控制概论在天然斜坡、坝坝和堤防，建筑筑物地基深开挖挖、切方边坡、、露天矿坑，隧隧道和竖井、埋埋入式结构物、、路面，以及山山边填土等稳定定性方面，地下下水渗流控制是是必须加以考虑虑的工程问题。。工程勘察必须考考虑在施工期间间和竣工后两种种条件下的地下下水控制问题，，因为作为自然然因素或建筑活活动影响的结果果，可能使竣工工后的条件与施施工中遇到的条条件大不相同。。施工期间，在下下列情况下往往往进行地下水渗渗流控制；①要要求提供干燥的的开挖环境，从从而使施工有效效地进行；②在在开挖中，减少少作用在板桩和和支撑上的侧向向荷载；③稳定定坑底，从而防防止流土、管涌涌和隆起；④改改善地基的承载载能力；⑤增加加挖方边坡和山山边填土的稳定定性；⑥在路面面工程中，切断断毛细水上升通通道，从而防止止抽吸现象和冻冻胀发生；⑦降降低在隧洞施工工中使用的气体体压力等。竣工后的控制往往往为达以下目目的：①要求降降低或消除作用用在底板上的扬扬压力，从而由由于减小地下室室、埋入式结构构、渠道衬砌、、溢洪道、干船船坞等的底板厚厚度而节约投资资；②提供干燥燥的地下室环境境；③减小作用用于挡土结构物物上的侧向压力力；④控制所有有大坝的渗流；；⑤控制路面、、山边填土和切切方边坡下的渗渗流和孔隙水压压力；⑥防止地地表水或地下水水受污染物的污污染等。地下水渗流控制制方法可分成三三种主要类型：：(1)截水墙和和防渗层：包括防渗铺盖盖和防渗衬砌等等，如果施工或或设置得当，它它们有可能封闭闭住水流。(2)降水系统统：用于降低水位位和减小孔隙水水压力，或在某某些情况下仅用用于减小孔隙水水压力。包括明明沟和各种井点点。(3)排水：用于控制水流流，降低水位，，减少孔隙水压压力和渗透力。。除此之外，以下下两种方法也是是常用的：(1)反滤层：在渗透性显著著不同的两种材材料间设置的反反滤层，用于控控制流速，从而而防止细粒迁移移、排水设施阻阻塞和管涌。(2)地表处理理：制止或防止斜斜坡上水的渗入入。地下工程中的地地下水控制在地下工程施工工过程中，常因因流砂、坑壁坍坍塌而引起工程程事故，造成周周围地下管线和和建筑物不同程程度的损坏；有有时坑底下会遇遇到承压含水层层，若不减压，，就会导致基底底破坏，同时伴伴随着隆胀流砂砂和坑底土的流流失现象。采用用降水或排水技技术可以防范这这类工程事故的的发生。因此，，控制地下水水位位已成为目前市政政工程开挖施工工的一项重要的的配套措施。工程降水技术中中，井点降水技术已有百余年的发发展史。人们在在地下工程活动动中，最早是开开挖一些简单的的集水坑道，继而出现了滤水井，采用水泵把井井内的水抽出；；后因工程实践践发展的需要，，出现了真空泵井点，即轻型井点；；到了20世纪纪30年代又出出现了电渗井点。再后来，由于于降水深度的不不断增加，又先先后出现了多级井点和喷射井点、深井井点。饱和土体是由液液态水和固态土土体颗粒二部分分组成。由于土土体颗粒和水分分子之间存在静静电引力作用，，土层中的水呈呈结合水和自由由水两种存在形形式。结合水是在分分子引力作用用下被吸附在在土粒表面，，这种引力可可高达几千至至上万个大气气压，这类水水无法在重力力作用下自由由运动，其中中的强结合水水通常只有在在加热成蒸汽汽时才能和土土粒分开。自由水包括重重力水和毛细细水，重力水水可以在自身身重力作用下下自由运动，，井点降水一一般是降低土土体中重力水水形成的水面面高程。地下水控制的的设计和施工工应满足支护护结构设计要要求，应根据据场地及周边边工程地质条条件、水文地地质条件和环环境条件并结结合基础支护护和基础施工工方案结合分分析、确定。。地地下水控制方方法可分为集水明排、降水、截水和回灌等形式单独或或组合使用，，可按下表选选用。提纲水文地质基本本概念地下水控制概概论降水井的主要要类型降水井的设计计计算地下水控制的的其它措施人工降低地下下水位常用井井点降水的方方法。井点降降水法是在基基坑的内部或或其周围埋设设深于坑底标标高的井点或或管井，以总总管连接所有有井点或管井井进行集中抽抽水(或每个个井管单独抽抽水)，达到到降低地下水水位的目的。。目前常用的降降水井点一般般有：轻型井点（真空井点、、电渗井点））、喷射井点、管井井点（深井井点））等。工程实实践中，可按按施工位置上上的土体的渗渗透系数、待待降水位深度度、设备条件件以及工程特特点选用。3.1轻型型井点轻型井点系统统由井点管、、连接管、集集水总管及抽抽水设备等组组成。。一般认为，轻轻型井点法适适用于渗透系系数为0.1～20m/d的土层，，对土层中含含有大量的细细砂和粉砂层层特别有效。。具有可以防防止流砂现象象和增加土坡坡稳定，且便便于施工的特特点。降水深度>6m，须采用用多级井点。。在粉土中，由由于毛细力作作用，孔隙水水单靠重力不不易排出，需需要采用真空空井点方式。。即在滤管上上下适当范围围填充粘土，，并在滤料段段之上至孔口口用粘土球密密封，造成良良好的真空度度，利于排水水。在渗透系数极极小的粘土和和粉土中，采采用电渗法达达到排水降低低水位的目的的。3.2喷射射井点当基坑开挖较较深，降水深深度要求大于于6m，而且场地狭狭窄，不允许许布置多级轻轻型井点时，，宜采用喷射射井点降水。。其一层降水水深度可达10～20m。适用于渗透透系数为1～20m／d的砂性土层。。3.3管井井井点实际使用中，，管井井点降降水系统由井井管和抽水设设备组成。井井管由井壁管管和过滤器两两部分组成。管井井点适用用于轻型井点点不易解决的的含水层水量量大、降水深深的场合，当当土粒较粗、、渗透系数很很大，而透水水层厚度也大大时，一般用用井点系统或或喷射井点不不能奏效，此此时采用深井井点较为适宜宜。其优点是是降水的深度度大、范围也也大，因此可可布置在基坑坑施工范围以以外，使其排排水时的降落落曲线达到基基坑之下。深深井点可单用用，亦可和井井点系统合用用。抽水设备为根根据不同降水水深度要求所所选用的水泵泵。当水位降深要要求在7m以内时，可用用离心式水泵泵；若降深大于7m，可采用不同同扬程和流量量的深井潜水水泵或深井泵泵。提纲水文地质基本本概念地下水控制概概论降水井的主要要类型降水井的设计计计算地下水控制的的其它措施4.降水井的的设计计算4.1设计依据(1)采用国国家标准和行行业标准的规规程规范，特特别是强制性性条文。《建筑基坑支支护技术规程程》JGJ120——99；《建筑基坑工工程技术规范范》YB9258—97；《建筑与市政政降水工程技技术规范》JGJ／T111—98；《供水水文地地质规范》；；《供水管井验验算规范》；；各地区规程规规范。(2)掌握建建筑物和构筑筑物的基础工工程和上部结结构设计中对对地下水控制制的要求和规规定，通过工工程降水设计计和施工予以以实现。(3)了解与与建筑方或总总承包方签订订的合同中对对降水工程的的技术方法、、技术手段和和工程质量约约定的内容及及条款，了解解工程技术和和质量与工程程费用支付的的关系，通过过技术经济比比较优化设计计方案。4.2降水方案设计计工程降水方案案设计思路及及程序可比照照土木工程设设计一般程序序：①确定范围和和目标；②勘察查明场场地的工程地地质条件；③确定设计方方案及方案对对比；④建立分析模模型计算方法法和确定参数数；⑤进行分析；；⑥根据经济和和施工可行性性比选并确定定最佳方案；；⑦作出详细的的设计；⑧施工检测。。(1)基本明明确设计方案案后，进一步步确定水文地地质参数根据降水场地地水文地质条条件分析，确确定水文地质质参数。仅介介绍常用的地地下水稳定流流理论的工程程降水方案设设计。稳定流流理论计算需需要的水文地地质参数主要要有：渗透系系数K，引用用半径R。上述参数的获获得，除了重重要的、复杂杂的降水工程程，需进行专专门的水文地地质勘察和进进行单孔或多多孔的抽水试试验来获得实实际的水文地地质层参数之之外，一般是是用半理论、、半经验的计计算公式，或或直接用经验验值，或用实实验室试验得得到的水文地地质参数。①渗透参数K：抽水试验验或经验值对于多层含水水层的降水(排水)或疏疏干，渗透系系数K可采用用平均渗透系系数Kcp：：②影响半径式中Sw—降水井降深深。(1)经验公公式(2)经验值值——p481(3)根据带带观测孔的抽抽水试验资料料，利用裘布布依公式计算算——p85(2)计算基基坑涌水量①大井法面状基坑--这一部分内容容可参考《建建筑基坑支护护技术规程》》附录F。F一0.1条均质含水层潜潜水完整井基基坑涌水量可可按下列规定定计算。（a）当基坑远离离边界时(b)岸边降水时(c)当基坑坑位于两个地地表水体之间间或位于补给给区与排泄区区之间(d)当基坑靠近隔隔水边界隔水边界F一0.2条条均质含含水层潜水非非完整井基坑坑涌水量可按按下列规定计计算(a)基坑远离边界界时(b)近河基坑降水水，含水层厚厚度不大时式中M——由含水层层底板到过滤滤器有效工作作部分中点的的长度。(c)近河基坑降水水，含水层厚厚度很大时F—0.3条条均质含含水层承压水水完整井涌水水量(a)当基坑远离边边界时，涌水水量可按下式式计算式中M——承压含水水层厚度。(b)当基坑位于河河岸边时(c)当基坑坑位于两个地地表水体之间间或位于补给给区与排泄区区之间时F—0.4条均质含水层承承压水非完整整井基坑涌量量F—0.5条均质含水层承承压一潜水非非完整井(a)矩形基坑等效效半径式中a、、b——分别别为基坑的长长、短边。(b)不规则块状基基坑等效半径径圆形基坑可直直接采用《建建筑基坑支护护技术规程》》附录F相关公式计算算。非圆形基坑等等效半径按下下述公式计算算：以上部分介绍绍是《建筑基基坑支护技术术规程》附录录F的内容，在降降水工程中常常用大井法计计算基坑涌水水量。②水文地质比比拟法。如果果进行了水文文地质初步勘勘察和单孔或或多孔的抽水水试验，在相相似和相同的的水文地质条条件下，可用用水文地质比比拟法进行基基坑涌水量计计算。③其余水文地地质计算方法法，可参考《《水文地质手手册》。④经验公式。。(4)设计单单井出水量在降水设计中中，单井出水水量应小于单单井出水能力力。单井出水水能力可按下下列方法确定定：①真空井点的的出水量可按按1.5～2.5m3／h（36~60m3／d）选用用。②喷射井点的的出水量可按按下表选用。。③管井的出水水量q(m3／d)可按下下列经验公式式确定：式中rs——过滤器半半径(m)；；l——过滤器器进水部分长长度(m)；；k——含水层渗渗透系数(m／d)。确定井点数与与井点间距还还需通过实际际排列最后确确定，这也是是试算的过程程。经复核计算，在满满足基坑地下水位位降低值（基坑底底板下不低于0.5m）的要求下下综合确定井点总总数及其排列，包包括必要时，基坑坑内设置抽水井，，另外还要考虑在在需要观测和监测测的位置布置适量量的观测井。(5)确定井点数数与井点间距(6)检验水位降降低。检验降水水位，主主要是检验基坑抽抽水影响最小处的的水位降深和基坑坑中心水位降深。。(7)降水井的最最终布置（井数、、井深、井距）应根据降水场地的的位置预测计算与与降水方案优化确确定。在检验水位降低的的同时，也要考虑虑可能出现的沉降降、流土(流砂)、管涌(潜蚀)、边坡不稳等工程程环境影响进行预预测计算。(8)单井结构设设计①管井②真空井点：一般般是固定配置，管管径为50mm，，有8m管长和10m管长，底部部为2m长的滤水水管。孔径为300mm左右。地地面下1.5～2.0m用粘土封封孔，其下填入适适宜的砾料。③喷射井点：井结结构设计可仿照真真空井点。井结构构参照“喷射点井井出水量表”的管管径和喷射器，按按供水井成井工艺艺设计。提纲水文地质基本概念念地下水控制概论降水井的主要类型型降水井的设计计算算地下水控制的其它它措施5、地下水控制的的其它措施5.1集水明排排基坑开挖时，对于于地表水汇流，边边坡地下水渗流，，可采用集水明排排的方法，基坑排排水沟和集水井可可按下列规定布置置：(1)排水沟和集集水井宜布置在拟拟建建筑基础边净净距0.4m以外外，排水沟边缘离离开边坡坡脚不应应小于0.3m；；在基坑四角或每每隔30～40m应设一个集水井井；(2)排水沟底面面应比挖土面低0.3～0.4m，集水井底面应应比沟底面低0.5m以上。沟、井截面根据排排水量确定，排水水量V应满足下列列要求：V≥1.5Q式中：Q——基坑坑总涌水量，可按按前述相应条件下下的基坑涌水量公公式计算。抽水设备可根据排排水量大小及基坑坑深度确定。当基基坑侧壁出现分层层渗水时，可按不不同高程设置导水水管、导水沟等构构成明排系统；当当基坑侧壁渗水量量较大或不能分层层明排时，宜采用用导水降水方法。。基坑明排尚