基坑降水与基坑监测.ppt

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,S,h,R,H,原地下水位,基坑降水与基坑监测 水井理论与水井涌

2、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 不透水层 潜水非完整井 挡土结构与基坑工程,基坑降水与基坑监测 水井的分类,R,承压完整井,M,R 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。

3、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 = Fk,Q = 2 xyk,y 2 =,ln x + c,y2 y1 =,(ln x2 1 ) =, ln x, k, k x1,基坑降水与基坑监测,R,H,2r,y1 x1,y x x2,y2,S l 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 xy,dy dx,该断面上的水力坡度为： i = dy

4、/ dx 裘布依微分方程： dy dx 积分后得： Q k 对任意两点：,2,Q Q x ln 2,y y =,(ln x2 1 ) =, ln x,Q Q x2, k, k x1,流线,H 2 l 2 =, k r,Q = k,= 1.366k,基坑降水与基坑监测,R,H,2r,y1 x1,y x x2,y2,S l 不透水层 流线,2 2 2 1,ln,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 R ln H 2 l 2 即： R ln r 将l=H-S代入，并用常用对

5、数代替自然 对数：,H 2 l 2 (2H S )S R R lg lg r 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,R,R,r0,Q = 1.366k,(2H S )S lg R lg r0,r0由井点

6、管围成的基坑,等效半径 R群井降水影响半径， =R+r0 R单井降水影响 半径 S H l,基坑降水与基坑监测,挡土结构与基坑工程,Q = 1.366k,(2H S )S lg 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，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 kH

7、 R = 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 )S lg R lg r,(2H S )S Q,lg R = 1.366k,+ lg r,3.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 ),

8、lg R n lg ( r1 2r ,rn ),2, 1,Q 1.366k , ,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 1 Mk , ,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、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

9、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

10、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，使之形成真空，这时,地下水和土

11、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,1,7,2,3,5,6,8,4 1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

12、产生负压，并卷吸地下水 同工作水一起沿内管上升，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

13、,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。,基坑降水与基坑监测 电渗井点 电渗井点其原理是利用,2,3,1,基坑,2,1,1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

14、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,2,3,1,基坑,2,1,挡土结构与基坑工程,基坑降水与基坑监测 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

15、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,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 kH R = 10S k,由于土层一般成层分布

16、，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：,n i =1,pi hi,ai (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

17、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

18、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

19、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，及 时将监测结果反馈给设计和施工方

20、，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