《基坑降水设计》PPT课件.ppt

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1、深基坑降水设计及安全施工中国建筑西南勘察设计研究院 张 波手机：1、地下水动力学基本概念、地下水动力学基本概念n基本名词基本名词n 地下水：存在于地面以下岩体和土体孔隙、缝隙和孔洞中的水；n 上层滞水：包气带中局部隔水层或弱透水层上积聚的具有自由水面的重力水；潜水：埋藏在地表以下具有自由表面的地下水；n 承压水：充满在上下两个隔水层之间的含水层中，水头高出其上层隔水顶底面的地下水；n 影响半径：由抽水井中心到水位下降漏斗边缘的水平距离；n 渗透系数：当水力梯度等于1时地下水的渗透速度；n 设计降水深度：自地面高程至设计要求的水位高程之间的差值；n 降深：自某一水位高程降低至另一水位高程之间的差

2、值；n 含水层厚度：自静止水位高程至隔水顶板高程之间的差值；n 水头高度：自隔水顶板高程向上至某一水位高程的差值；n 基坑涌水量：当基坑开挖深度超过地下水静止水位或稳定水位时，地下水进入基坑的水量；n 干扰井群总抽水量：人工布置的所有抽水井总的出水量；n 单井抽水量：人工布置的抽水井群中某一个井的抽水量；n 管井出水能力：人工设置的抽水管井所能通过的水量；n 完整井：过水断面切穿含水层的井；n 非完整井：过水断面部分切穿含水层的井；基本公式基本公式n法国水力学家达西（Journee Darcy）1856法国第戎市（Dijon）n达西公式是地下水运动学中的最基本公式之一，一般采用n表达。n式中Q

3、：断面流量；K：渗透系数；：过水断面；J：水力坡度；须强调指出，达西公式是一个断面流量计算公式。公式中过水断面的概念是至关重要的。在式中，若规定式中的水力坡度J为1，则K为常量，Q的大小为所确定。裘布依公式裘布依公式n 进行均质地层、潜水完整井计算，裘布依公式是最常用的公式之一。这个公式是法国水力学家裘布依（Jules Dupuit，18041866)在达西定律的基础上导出的。裘布依推导公式时的假定条件是：含水层是均质、各向同性、等厚、水平的；地下水为层流，符合达西定律，地下水运动处于稳定状态；静水位是水平的，抽水井具有圆柱形定水头补给边界；对于承压水，顶底板是完全隔水的，对于潜水，井边水力坡

4、度不大于1/4。n 进行该公式推导有许多方法。本文选下述推导进行问题的论述。n均质地层、潜水、稳定流、计算点为圆心的条件下，过水断面为等轴园柱曲面。表达式中：式中 r：圆半径；h：水头高度；则 变为代入边界条件，井径：r0、R，水头：h0、H。并对该式进行积分：化自然对数为常用对数，因H-h0=S0，所以 n 详细推导可在各地下水运动学书籍中查到，本文不详述。只强调在推导过程中，当进行积分，代入井径由r0到R，水头由h0到H边界条件时，常常被忽略的积分定义域：n0r0R；0h0H；n 之所以强调该定义域0r0R；0h0H，是因为若r0=0，h0=0，则无过水断面，地下水不流动，意味着裘布依公式

5、无意义；若r0=R，h0=H，则同样无过水断面，地下水不流动，裘布依公式亦无意义；定义域0r0R；0h0H还说明，裘布依公式只研究地下水，在距圆心0点r0距离处的，过水断面上的地下水流动状况。n 裘布依公式在研究距圆心0点、距离r0处，过水断面上的地下水流动状况时，并不涉及造成该处水头的原因。同时、裘布依公式在研究r0处过水断面上的地下水流动状况时，并不涉及地下水流出该断面后的性状。2、基坑涌水量计算、基坑涌水量计算面状基坑涌水量计算面状基坑涌水量计算n进行面状基坑涌水量计算所依据的主要工作规范有JGJ/T111-98建筑与市政降水工程技术规范（以下简称为市政规范）、YB9258-97建筑基坑

6、工程技术规范（以下简称为冶金规范）、JGJ120-99建筑基坑支护技术规程（以下简称为建筑规程）、GB50307-1999地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（以下简称为地铁规范）。n现将各规范有关潜水完整井降水计算的规定，摘录如下：市政规范第条、按下列公式计算：或 式中 Q：基坑出水量；S：基坑设计水位降深值；R：影响半径。冶金规范第13.2.4.规定：按圆形（矩形、不规则形换算为圆形）或线形基坑计算基坑涌水量Q，计算方法见表。表中规定圆形潜水完整井计算式为：式中 Q-基坑计算涌水量；S-设计水位降深；建筑规程条规定“Q-基坑总涌水量,可按附录F计算”。其附录F的式为:式式中 Q-基坑涌水量;

7、S-基坑水位降深;r0:基坑等效半径,按本规程第条规定计算。条规定：降水井影响半径可按下列经验公式计算，潜水含水层 式中R-降水影响半径；S-基坑水位降深；市政规范第条、按下列公式计算：或 式中 Q：基坑出水量；S：基坑设计水位降深值；R：影响半径。冶金规范第13.2.4.规定：按圆形（矩形、不规则形换算为圆形）或线形基坑计算基坑涌水量Q，计算方法见表。表中规定圆形潜水完整井计算式为：式中 Q-基坑计算涌水量；S-设计水位降深；建筑规程条规定“Q-基坑总涌水量,可按附录F计算”。其附录F的式为:式式中 Q-基坑涌水量;S-基坑水位降深;r0:基坑等效半径,按本规程第条规定计算。条规定：降水井影

8、响半径可按下列经验公式计算，潜水含水层 式中R-降水影响半径；S-基坑水位降深；地铁规程1条规定“块状基坑，可简化为圆形，其基坑出水量,可采用“大井法”选择表中的公式计算”。（摘录中市政规范的公式，系错误的涌水量公式）。条状基坑涌水量计算条状基坑涌水量计算n我国降水设计所依据的JGJ/T111-98建筑与市政降水工程技术规范（以下简称为市政规范）、YB9258-97建筑基坑工程技术规范（以下简称为冶金规范）、GB50307-1999地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（以下简称为地铁规范）中给出了条状（线性）基坑涌水量的计算公式。n现将各规范有关潜水完整井降水计算的规定，摘录如下：市政规范第条、

9、按下列公式计算：式中 Q：条状基坑出水量；L：条状基坑长度；：抽水前与抽水时含水层厚度的平均值；冶金规范第13.2.4.规定：按圆形（矩形、不规则形换算为圆形）或线形基坑计算基坑涌水量Q，计算方法见表。表中规定线形潜水完整井计算式为：式中 Q-条状基坑计算涌水量；L：条状基坑长度；地铁规程2条规定“流向切穿含水层的条形基坑，出水量,可选择表中的公式计算”。式中 Q-条状基坑出水量;L：条状基坑长度；B：条状基坑宽度；这几个公式基本就是同一个计算公式，只是地铁规范采用的是考虑条状基坑两端进水的的计算式，而其它公式是不考虑条状基坑两端进水的计算式。公式中几个参数的意义n1、含水层厚度n（1）非完整

10、井的含水层厚度的确定 （2）非完整井的含水层厚度与完整井的含水层厚度关系n 含水层厚度越大涌水量越大，布井越多，降水方案越可靠。含沙量越高；n2、渗透系数n （1）地层渗透系数、井壁渗透系数、井管渗透系数；n （2）成都市各地渗透系数：西部22.0m/d,南部20.0m/d,东部17.0m/d,北部；n 渗透系数越大涌水量越大，布井越多，降水方案越可靠。含沙量越高；n3、降深n 降深越大涌水量越大，布井越多，降水方案越可靠；含沙量越高；n4、影响半径n 影响半径越大涌水量越小，布井越少，降水方案越不可靠；基坑降水设计的基本步骤基坑降水设计的基本步骤原苏联斯卡巴拉诺维奇所著的水文地质计算一书中所

11、列的计算相互作用钻孔组的步骤为：1、给定钻孔的分布图，它们的数量、结构（过滤器的长度和直径）及降深后根据第51和52节所列的相应公式确定每一钻孔的涌水量Q；2、按第51和52节公式中的一个公式，计算在疏干地段中心及对于解题具有代表性的各点的地下水降落水位高度；变化钻孔的数量（钻孔间的距离）和降深，甚至过滤器的长度和直径，定出能够保证在设施中心点或在其他规定点上具有所需的地下水位降深值的方案；3、按公式（75）计算钻孔的透水能力Q；按第51和52节所列的相应公式算出每一钻孔的涌水量Q应等于或略小于该钻孔的透水能力Q。在相反的情况下，需改变原始资料S、r及L，进行重新计算；4、建立无压含水层的降落

12、曲线时，在靠近钻孔行列的地方，应考虑钻孔内与钻孔壁外的水位差距h，这一差距称作水跃或脱水段；5、形成降落漏斗所需的疏干时间，可以近似地按下式计算；这个计算步骤中，并没有什么“基坑涌水量”的计算。可见降水设计只需计算干扰井群中的单井涌水量、井群总涌水量、设施中心地下水水位高度（或降深）、危险点地下水水位高度（或降深）、降水井的进水能力，即基本完成设计。至于水跃值及疏干所需的时间可视具体情况决定是否进行计算。降水计算中应注意的问题n1、计算基坑涌水量是无意义的！n大井法大井法:由C.B.特罗扬斯基提出.实际计算的是所布置的干扰井群总涌水量。所谓“基坑涌水量”只是干扰井群总涌水量的代名词！只需计算干

13、扰井群中单井的涌水量即可！2、降水计算只是一种近似计算！达西公式、裘布依公式是理论计算公式。但是实际工作中公式所规定的基本条件都是不具备的。降水半径是经验公式。所得计算成果只能是近似结果！3、完整井与非完整井单井涌水量相差约20%。可将非完整井采用完整井计算，得到的涌水量再增加20%。4、成都地区降水井的布置一般井间距20-25m。井深确定，降水井深度应根据场地静止水位、井内降深以及基岩埋深情况综合确定。当场地有足够的含水层厚度时，可按基坑挖深加810m作为井深，当场地含水层厚度有限时，井深按进入基岩35m为宜。5、降水计算正确与否的唯一衡量标准：场地内各个地点地下水位的下降位置是否满足规定值

14、。6、成都的西、南部宜以降水为主，东、北部宜以降水加明排为主，部分地区只能明排；3、管井出水能力n管井的出水能力n这里的q表示的是管井的出水能力。这是同一源于C.K.阿不拉莫夫允许临界速度的钻孔出水能力的经验公式。n井的涌水量n这是干扰井群中单井的涌水量。n井与管井是两个完全不同的概念。4、管井的含砂量n管井的含砂量n 管井抽水流量不低于管井设计流量，抽水稳定后，井水含砂量应小于1/2万（体积比）。n 含砂量是针对管井而言；含砂量与管井抽水量有关；含砂量与测定时间有关；n 含砂量的规定是针对管井的运行寿命制定的。n 含砂量的体积比与重量比大体为2倍关系。n含砂量是抽水的附带物，降水的目的是抽水

15、，不是抽砂。含砂量只能控制在一定的范围，不能因噎废食；5、井结构n井管管材n （1）钢管n （2）钢筋混凝土管n （3）塑料管n （4）其它管材滤水管n1、过滤器阻砂，是由井管、过滤管的孔隙率、缠丝、砾料所完成的；n2、包网过滤器只 用于粉细砂层；n3、DB51/T5072-2011规范中根本没有包网过滤器。中规定包网过滤器的孔隙率不宜小于15%.所以、一般情况下，最好不用包网过率器；井壁管n没有孔隙率的管材。n井壁管的作用：n1、封闭地层；n2、收集沉砂；（滤水管也可用作沉砂管）井的结构n1、井的结构应根据地层、出水量的不同，进行针对性的设计。砾料（滤料）nDB51/T50722011规范中

16、规定：井管外填的滤料的厚度在粉细砂含水层中为150-200mm，在中粗砂中不宜小于100mm，在碎石、卵石层中不小于75mn；滤料的粒径宜为含水层土颗粒平均粒径的6-8倍；滤料应为硬质岩石，形状宜为圆形、亚圆形，严禁用软质岩石的填料。6.井的平面布置n1、地铁基坑一般横向尺寸均在20-30m，降水井一般可在基坑两侧布置。注意应采取三角型布置；n2、基坑两端头部位应视具体情况布置或不布置井位。但井排布井必需超越端头一定位置。一般宜为基坑宽度的12倍长度。7、井的运行n抽水时间n洗井n水泵选型与换泵n 基坑降水设计中，抽水设备的选择，是一个至关重要的环节。设计中降水设施处的水头降低值，不是自然条件

17、所提供的，而是抽水设备所形成的。抽水设备的选择恰当与否，直接影响到降水设计的成败。应该根据降水的设计数值，选择与之相适应的抽水设备。若抽水的能力小于设计数值，就达不到降水的目的。若大于设计数值，就会造成井的寿命短促，降水系统的失效。一般情况下，抽水设备应多预备一些规格以适应抽水不同阶段的需要。8、地铁深基坑施工中与降水有关的安全问题n1、采用了降水措施后，不一定能解决局部的水位过高的问题。可以采用局部加井、局部明排处理；n2、成都地区的下伏基岩，一般为白垩纪的泥岩或泥质粉砂岩为主。这套地层在水文地质学中定为非含水层或隔水层。但事实上有时也赋存较大水量的承压裂隙水；成都局部地区这套地层中发育有溶

18、洞；n3、在地下建筑距河流较近时，一定要注意河水对降水的影响。河水对基坑安全的威胁。n4、基坑被水淹后，一定不能急速排除基坑内的水体。n5、降水对已有地铁建筑物的影响n （1）降水对已有建筑物的沉降、倾斜变形影响；n （2）水压差对已有建筑物的稳定影响；n6、降水对已有建筑物的沉降、倾斜变形影响。n7、降水对地下管线的沉降、倾斜变形影响8、上层滞水问题。n9、改迁管线的水影响问题。上海松江工业园上海松江工业园 成都华阳水淹基坑成都华阳水淹基坑成都膨胀土地区某基坑因上层滞水引起的开裂成都膨胀土地区某基坑因上层滞水引起的开裂成都某基坑降水引起的房屋开裂成都某基坑降水引起的房屋开裂杭州九堡客运站杭州九堡客运站谢 谢！