《土木工程施工技术》课件3 土方工程-地下水.ppt

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1、 1.3.3 地下水控制土木工程施工技术课件3 土方工程-地下水 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 1.3.3 地下水控制(一一)降水目的降水目的1、防止涌水、流砂，保证在较干燥的状态下施工；2、防止滑坡、塌方、坑底隆起；3、减少坑壁支护结构的水平荷载。11/6/20222 1.3.3 地下水控制11/6/20223 1.3.3 地下水控制事故原因 由于发生事故的联络通道所处的地质条件比较复杂，处在由于发生事故的联络通道所处的地质条件比较复杂，处在第

2、第7 7层承压水地层中，开挖过程中承压水冲破土层，而发生流层承压水地层中，开挖过程中承压水冲破土层，而发生流砂，流砂的产生带动土层扰动、移位，造成隧道结构破坏，引砂，流砂的产生带动土层扰动、移位，造成隧道结构破坏，引起地面土体沉陷，继而发生地面建筑物倾斜、部分倒塌，防汛起地面土体沉陷，继而发生地面建筑物倾斜、部分倒塌，防汛墙沉陷、坍塌等险情。墙沉陷、坍塌等险情。隧道联络通道流 沙塌方塌方顶破口事故诱因:11/6/20224 1.3.3 地下水控制7月2日-3日，险情在进一步发展和扩大 v 隧道内继续大量进水，水位上涨速度较快，约每小时涨移15M(100L/s)。管片损坏程度进一步扩展，并有管片

3、连接螺栓绷断的响声传出。v 地面沉陷的范围和深度在进一步扩大，以风井为中心的地面从沉陷漏斗发展成塌陷区，最深达4M，临江大厦门口地面塌陷最深处约2M，董家渡路沉陷达1M，中山南路明显下沉，地面开裂发展加快。v 音像楼倾斜加剧，楼板断裂；文庙泵站发生突沉；临江大厦沉降速率加快，沉降量达12.2mm，地下室出现裂缝。v 河床严重扰动、下沉、滑移，近30M防汛墙倒塌，近70M防汛墙结构严重破坏，黄浦江水冲入塌陷区、冲向风井，并进入地下隧道，加剧险情发展。临临江江大大厦厦门门口口地地面面塌塌陷陷文文庙庙泵泵站站突突沉沉11/6/20225 1.3.3 地下水控制抢险措施指挥部名录指挥部名录指挥部名录指

4、挥部名录地面组地面组地下组地下组管线组管线组防汛组防汛组监测组监测组专家组专家组注浆组注浆组拆房组拆房组地区组地区组治安交通组治安交通组新闻信息组新闻信息组指指 挥挥 部部总指挥：杨雄（副市长）总指挥：杨雄（副市长）11/6/20226 1.3.3 地下水控制风井黄 浦 江浦东南路站南浦大桥站隧道进水隧道进水1号线号线轨轨 道道 交交 通通 四四 号号 线线事故最大损害分析示意图第一、封堵隧道、向隧道内灌水、第一、封堵隧道、向隧道内灌水、尽快形成和保持隧道内外水土压力平衡尽快形成和保持隧道内外水土压力平衡专家组在险情发展过程中，对险情造成的最大损坏作了分析。专家组在险情发展过程中，对险情造成的

5、最大损坏作了分析。2号线号线11/6/20227 1.3.3 地下水控制 专家组一致认为阻止险情发展最重要的措施是专家组一致认为阻止险情发展最重要的措施是封堵封堵隧道，向隧道内灌水隧道，向隧道内灌水，尽快恢复和保持隧道内外的，尽快恢复和保持隧道内外的水土压力平衡。水土压力平衡。11/6/20228 1.3.3 地下水控制抢筑防汛围堰抢筑防汛围堰武警进场武警进场武警进场武警进场n 7 7月月2 2日起动紧急防汛抢险预案日起动紧急防汛抢险预案 11/6/20229 1.3.3 地下水控制采用旋喷桩，对渗水处紧急封堵采用旋喷桩，对渗水处紧急封堵 武警封堵防汛墙渗水处武警封堵防汛墙渗水处武警封堵防汛墙

6、渗水处武警封堵防汛墙渗水处n 对渗水处紧急封堵对渗水处紧急封堵n 在主堤内侧增设拉森钢板桩在主堤内侧增设拉森钢板桩n 对主堤和内侧地面进行注浆对主堤和内侧地面进行注浆 围堰内侧打钢板桩围堰内侧打钢板桩围堰内侧打钢板桩围堰内侧打钢板桩11/6/202210 1.3.3 地下水控制全面加固防汛主堤全面加固防汛主堤 n 采取吹泥管袋镇压棱体，采取吹泥管袋镇压棱体，土工布和模袋砼罩面，全面土工布和模袋砼罩面，全面加固防汛主堤。加固防汛主堤。武警们对防汛墙进行加固武警们对防汛墙进行加固武警们对防汛墙进行加固武警们对防汛墙进行加固加高后的主堤加高后的主堤加高后的主堤加高后的主堤n 在采取了各项紧急措施后，

7、7月4日5日，险情发展才趋于平稳。11/6/202211 1.3.3 地下水控制1.3.3.1 地下水流的基本性质地下水流的基本性质1 动水压力动水压力 GD 地下水分潜水和层间水地下水分潜水和层间水两种。两种。潜水即从地表算起第一潜水即从地表算起第一层不透水层以上含水层中所层不透水层以上含水层中所含的水，这种水无压力，属含的水，这种水无压力，属于重力水。于重力水。层间水即夹于两不透水层间水即夹于两不透水层之间含水层中所含的水。层之间含水层中所含的水。如果水末充满此含水层，水如果水末充满此含水层，水没有压力，称无压层间水；没有压力，称无压层间水；如果水充满此含水层，水则如果水充满此含水层，水则

8、带有压力，称承压层间水带有压力，称承压层间水(因因l1)。11/6/202212 1.3.3 地下水控制1 动水压力动水压力 GDh1z1H1h2z2H2L推论推论:水的单位阻力水的单位阻力T:T=w(H1 H2)/LT=w I动水压力动水压力 GDGD=T=w I11/6/202213 1.3.3 地下水控制流砂现象流砂现象当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂A.动水压力动水压力地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力，使水流对土颗粒产生的一种压力。其大小与水力坡度成正比，方向

9、同渗流方向。B.流砂原因流砂原因:当动水压力大于或等于土的浸水重度(GD)时，土粒被水流带到基坑内。主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中Lh11/6/202214 1.3.3 地下水控制动水压力动水压力 GDGD=-w I I=(H1 H2)/L流砂现象流砂现象:GD w (土的浸水重度土的浸水重度)GDwH1 H2L多发生在颗粒级配均匀而细的粉、多发生在颗粒级配均匀而细的粉、细砂等砂性土中。细砂等砂性土中。防治措施：防治措施：1）降水；）降水；2）防水帷幕）防水帷幕临界坡度临界坡度IcrGD=w w Icr=w Icr=w/w =(sat w)/w 11/6/202215 1.3.3 地下

10、水控制防治方法防治流砂的基本原则是减少或平衡动水压力；设法使动水压力方向向下；截断地下水流。其具体措施有：（1）枯水期施工法。枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。（2）抢挖并抛大石块法。分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。（3）设止水帷幕法。将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，从而使地下水只能从支护结构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流

11、砂产生。（4）冻结法。将出现流砂区域的土进行冻结，阻止地下水的渗流，以防止流砂发生。（5）人工降低地下水位法即采用井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射井点等）。使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的渗流向下，则动水压力的方向也向下，从而水不能渗流入基坑内，可有效地防止流砂的发生。因此，此法应用广泛且较可靠。11/6/202216 1.3.3 地下水控制1 集水明排集水明排1.3.3.2 地下水控制方法地下水控制方法11/6/202217 1.3.3 地下水控制集水井降水集水井降水11/6/202218 1.3.3 地下水控制适用性：集水井降水法一般适用于降水深度较小且土层为粗粒土层或渗水量小

12、的粘性土层。当基坑开挖较深，又采用刚性土壁支护结构挡土并形成止水帷幕时，基坑内降水也多采用集水井降水法。在井点降水仍有局部区域降水深度不足时，也可辅以集水井降水。11/6/202219 1.3.3 地下水控制构造：集水坑的直径或宽度一般为集水坑的直径或宽度一般为0.60.8 m0.60.8 m，其深度随着挖土的加深而加，其深度随着挖土的加深而加深，并保持低于挖土面深，并保持低于挖土面0.71.0 m0.71.0 m。坑壁可用砖垒筑，也可用竹筐、。坑壁可用砖垒筑，也可用竹筐、木板等简易加固。当基坑挖至设计标高后，集水坑底应低于基坑底面木板等简易加固。当基坑挖至设计标高后，集水坑底应低于基坑底面1

13、.02.0 m1.02.0 m，并铺设碎石滤水层（，并铺设碎石滤水层（0.3 m0.3 m厚）或采用双层滤水层，下厚）或采用双层滤水层，下部砾石（部砾石（0.1 m0.1 m厚）、上部粗砂（厚）、上部粗砂（0.1 m0.1 m厚），以免由于抽水时间过厚），以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出，并防止坑底土被扰动。长而将泥砂抽出，并防止坑底土被扰动。11/6/202220 1.3.3 地下水控制施工：集水井一般在基坑或沟槽开挖后设置，土方开挖到坑（槽）底后，先集水井一般在基坑或沟槽开挖后设置，土方开挖到坑（槽）底后，先沿坑底的周围或中央开挖排水沟，并设置集水井。土方开挖后地下水沿坑底的周围或中央开挖

14、排水沟，并设置集水井。土方开挖后地下水在重力作用下经排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。如果开在重力作用下经排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。如果开挖深度较大，地下水渗流严重，则应在逐层开挖，逐层设置挖深度较大，地下水渗流严重，则应在逐层开挖，逐层设置11/6/202221 1.3.3 地下水控制 沟、井截面根据排水量确定，排水量沟、井截面根据排水量确定，排水量V V应满足下式要求：应满足下式要求：V1.5Q V1.5Q 式中式中 Q Q基坑总涌水量，可按建筑基坑支护技术规程基坑总涌水量，可按建筑基坑支护技术规程JGJ120-99JGJ120-99附录附录F F计算。计算。抽水设备可

15、根据排水量大小及基坑深度确定。抽水设备可根据排水量大小及基坑深度确定。当基坑侧壁出现分层渗水时，可按不同高程设置导水管、导水当基坑侧壁出现分层渗水时，可按不同高程设置导水管、导水沟等构成明排系统；基坑明排尚应重视环境排水，当地表水会对基沟等构成明排系统；基坑明排尚应重视环境排水，当地表水会对基坑侧壁产生冲刷时，宜在基坑外采取截水、封堵、导流等措施。坑侧壁产生冲刷时，宜在基坑外采取截水、封堵、导流等措施。11/6/202222 1.3.3 地下水控制井点降水的作用井点降水的作用2.井点降水井点降水11/6/202223 1.3.3 地下水控制井点类型及适用范围井点类型及适用范围井点类型井点类型渗

16、透系数渗透系数降水深度降水深度最大井距最大井距主要原理主要原理单级轻型井点单级轻型井点0.120 m/d36 m1.62 m地上真空泵或喷射嘴地上真空泵或喷射嘴真空吸水真空吸水多级轻型井点多级轻型井点620喷射井点喷射井点0.12082023m地下喷射嘴真空吸水地下喷射嘴真空吸水电渗井点电渗井点H 10.3m取H 0=H=10.3m=1943m 3 11/6/202245 1.3.3 地下水控制（3）平面布置C=（46.4+26.4）2=145.6mW6型干式真空泵有效负荷长度为80m，所以采用两套抽水设备(m3/d)n=Q/q=1943/25.68=75.7n=1.1n=1.175.783.

17、3（根）取n 为83根井点管间距为1.6m821.6=131.2m145.6m，满足要求11/6/202246 1.3.3 地下水控制轻型井点施工排放总管埋设井点管用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备试运行正式抽水11/6/202247 1.3.3 地下水控制(3)井点管的埋设与使用井点管的埋设与使用 1）埋设方法：）埋设方法：水冲法：冲孔、埋管水冲法：冲孔、埋管钻孔法：正循环钻钻孔法：正循环钻、反循环钻、冲击钻、反循环钻、冲击钻振动水冲法：振动水冲法：2）井点系统的安装顺序是：）井点系统的安装顺序是：挖井点沟槽、铺设集水总管；挖井点沟槽、铺设集水总管；冲孔，沉设井点管，灌填砂滤料；冲孔，沉

18、设井点管，灌填砂滤料；弯联管将井点管与集水总管连接；安装抽水设备；试抽。弯联管将井点管与集水总管连接；安装抽水设备；试抽。11/6/202248 1.3.3 地下水控制冲孔冲孔埋管埋管填砂填砂封口封口11/6/202249 1.3.3 地下水控制井点管埋设井点管埋设11/6/202250 1.3.3 地下水控制 3)使用要求：使用要求：开挖前开挖前25天开泵降水；软土中提前天开泵降水；软土中提前2周降水。周降水。连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。轻型井点系统安装完毕后，轻型井点系统安装完毕后，应立即进行应立即进行抽水试验抽水

19、试验，如发现漏，如发现漏气、漏水现象，应及时处理。若气、漏水现象，应及时处理。若发现滤管被泥砂堵塞，则属于发现滤管被泥砂堵塞，则属于“死井死井”，应逐根用高压水反向冲，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重新沉设。经抽水试验洗或拔出重新沉设。经抽水试验合格后，井点孔到地面以下合格后，井点孔到地面以下0.51.0m的深度范围内，应用粘土填的深度范围内，应用粘土填塞孔，以防止漏气和地表水下渗。塞孔，以防止漏气和地表水下渗。11/6/202251 1.3.3 地下水控制井点降水井点降水11/6/202252 1.3.3 地下水控制5.电渗井点电渗井点 井渗井点是在降水井点井渗井点是在降水井点管的内侧打入金属

20、棒管的内侧打入金属棒(钢钢筋、钢管等筋、钢管等)，连以导线。，连以导线。以井点管为阴极，金属以井点管为阴极，金属棒为阳极，通入直流电棒为阳极，通入直流电后，土颗料自阴极向阳后，土颗料自阴极向阳极移动，称电泳现象，极移动，称电泳现象，使土体固结；地下水自使土体固结；地下水自阳极向阴极移动，称电阳极向阴极移动，称电渗现象，使软土地基易渗现象，使软土地基易于排水，如图于排水，如图111所示。所示。它用于渗透系数小于它用于渗透系数小于o1md的土层。的土层。60V的直流电源的直流电源11/6/202253 1.3.3 地下水控制1降水对周围环境的影响井点管埋设完成开始抽水时，井内水位开始下降，周围含水

21、层的水不井点管埋设完成开始抽水时，井内水位开始下降，周围含水层的水不断流向滤管，在无承压水等环境条件下，经过一段时间之后，在井点断流向滤管，在无承压水等环境条件下，经过一段时间之后，在井点周围形成漏斗状的弯曲水面，即周围形成漏斗状的弯曲水面，即“降水漏斗降水漏斗”，这个漏斗状水面逐渐，这个漏斗状水面逐渐趋于稳定，一般需要几天到几周的时间，降水漏斗范围内的地下水位趋于稳定，一般需要几天到几周的时间，降水漏斗范围内的地下水位下降以后，就必然会造成下降以后，就必然会造成地面沉降地面沉降。该影响范围较大，有时影响半径。该影响范围较大，有时影响半径可达百米。在实际工程中，由于井点管滤网及砂滤层结构不良，

22、把土可达百米。在实际工程中，由于井点管滤网及砂滤层结构不良，把土层中的粘土颗粒、粉土颗粒甚至细砂同地下水一同抽出地面的情况也层中的粘土颗粒、粉土颗粒甚至细砂同地下水一同抽出地面的情况也是经常发生的，这种现象会使是经常发生的，这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧，造成附近地面产生的不均匀沉降加剧，造成附近建筑物及地下管线的不同程度的损坏。建筑物及地下管线的不同程度的损坏。环境保护环境保护11/6/202254 1.3.3 地下水控制设置地下水位观测孔，并对临近建筑、管线进行监测，在降水系统运转过程设置地下水位观测孔，并对临近建筑、管线进行监测，在降水系统运转过程中随时检查观测孔中的水位，发现沉降

23、量达到报警值时，应及时采取措施。中随时检查观测孔中的水位，发现沉降量达到报警值时，应及时采取措施。降水施工时，应做好井点管滤网及砂滤层结构，防止抽水带走土层中的细颗降水施工时，应做好井点管滤网及砂滤层结构，防止抽水带走土层中的细颗粒。当有坑底承压水时，应采取有效措施防止流砂。粒。当有坑底承压水时，应采取有效措施防止流砂。如果施工区周围有湖、河、浜等贮水体时，应在井点和贮水体之间设置止水如果施工区周围有湖、河、浜等贮水体时，应在井点和贮水体之间设置止水帷幕，以防抽水造成与贮水体穿通，引起大量涌水，甚至带出土颗粒，产生帷幕，以防抽水造成与贮水体穿通，引起大量涌水，甚至带出土颗粒，产生流砂现象。流砂

24、现象。在建筑物和地下管线密集区等对地面沉降控制有严格要求的地区开挖深基坑，在建筑物和地下管线密集区等对地面沉降控制有严格要求的地区开挖深基坑，应尽可能采取止水帷幕，并进行坑内降水的方法，一方面可疏干坑内地下水，应尽可能采取止水帷幕，并进行坑内降水的方法，一方面可疏干坑内地下水，以利开挖施工，同时，需利用止水帷幕切断坑外地下水的涌入，大大减小对以利开挖施工，同时，需利用止水帷幕切断坑外地下水的涌入，大大减小对周围环境的影响。周围环境的影响。场地外缘设置回灌系统也是减小降水对周围环境影响有效方法。回灌系统包场地外缘设置回灌系统也是减小降水对周围环境影响有效方法。回灌系统包括回灌井点和砂沟、砂井回灌

25、两种形式。回灌井点是在抽水井点设置线外括回灌井点和砂沟、砂井回灌两种形式。回灌井点是在抽水井点设置线外45m45m处，以间距处，以间距35m35m插入注水管，将井点中抽取的水经过沉淀后用压力注入插入注水管，将井点中抽取的水经过沉淀后用压力注入管内，形成一道水墙，以防止土体过量脱水，而基坑内仍可保持干燥。这种管内，形成一道水墙，以防止土体过量脱水，而基坑内仍可保持干燥。这种情况下抽水管的抽水量约增加情况下抽水管的抽水量约增加10%10%，可适当增加抽水井点的数量。回灌井点布，可适当增加抽水井点的数量。回灌井点布置置防治方法：防治方法：11/6/202255 1.3.3 地下水控制1.3.3.3

26、截水截水井点井点截水帷幕截水帷幕不透水层不透水层 坑底坑底11/6/202256 1.3.3 地下水控制1)截水帷幕的厚度应满足基坑防渗要求，截水帷幕的渗透系数宜小于截水帷幕的厚度应满足基坑防渗要求，截水帷幕的渗透系数宜小于1.010-b cm/s。2)落底式竖向截水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可按下式落底式竖向截水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可按下式计算：计算：l=0.2h-0.5b 式中：式中：l帷幕插入不透水层的深度；帷幕插入不透水层的深度；h作用水头；作用水头；b帷幕厚度。帷幕厚度。不透水层不透水层 坑底坑底11/6/202257 1.3.3 地下水控制3)当地下含水层渗透

27、性较强，厚度较大时，可采用悬挂式当地下含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向截水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与竖向截水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案。水平封底相结合的方案。4)截水帷幕施工方法、工艺和机具的选择应根据场地工程截水帷幕施工方法、工艺和机具的选择应根据场地工程地质、水文地质及施工条件等综合确定。施工质量应满足地质、水文地质及施工条件等综合确定。施工质量应满足现行建筑地基处理规范现行建筑地基处理规范JGJ79的有关规定。的有关规定。承压水层黏土层11/6/202258 1.3.3 地下水控制1.3.3.4 回灌回灌回灌后的回灌后的水

28、位线水位线11/6/202259 1.3.3 地下水控制回灌井点原理回灌井点原理11/6/202260（1）避免两井）避免两井相通，回灌与相通，回灌与降水井点距离降水井点距离不宜小于不宜小于6米米（2）回灌井）回灌井点间距应根点间距应根据降水井点据降水井点和被保护物和被保护物的平面位置的平面位置确定。确定。（3）回灌井点宜）回灌井点宜进入稳定降水曲线进入稳定降水曲线下下1米，且位于渗米，且位于渗透性较好的土层中，透性较好的土层中，过滤管的长度应大过滤管的长度应大于降水井点过滤段于降水井点过滤段的长度。的长度。（4）设置水位观）设置水位观测井测井回灌井点布置回灌井点布置11/6/202261 1

29、.3.3 地下水控制施工要点施工要点（1）回灌井点埋设方法）回灌井点埋设方法:回灌砂井的灌砂量应回灌砂井的灌砂量应取井孔体积的取井孔体积的95%，填料宜采用含泥量不大于，填料宜采用含泥量不大于3%，不均匀系数在，不均匀系数在35之间的纯净中粗砂。之间的纯净中粗砂。（2）回灌水量保持平衡）回灌水量保持平衡:回灌水量可通过水位回灌水量可通过水位观测孔中水位变化进行控制和调节，不宜超过原观测孔中水位变化进行控制和调节，不宜超过原水位标高。水位标高。（3）设置高位水箱）设置高位水箱:回灌水箱高度可根据灌入水回灌水箱高度可根据灌入水量配置。量配置。（4）采用清水回灌；）采用清水回灌；（5）降水与回灌协调

30、工作。）降水与回灌协调工作。11/6/202262 1.3.3 地下水控制 上海启华大厦工程上海启华大厦工程 该工程位于两面是城市干道、一该工程位于两面是城市干道、一面为住宅的三角形地区，三面都面为住宅的三角形地区，三面都需要保护。施工时两套轻型井点需要保护。施工时两套轻型井点布置在支护结构钢板桩的里侧，布置在支护结构钢板桩的里侧，沿钢板桩外侧布置两套回灌井点，沿钢板桩外侧布置两套回灌井点，并用砂沟配合砂井进行回灌。施并用砂沟配合砂井进行回灌。施工期间降水和回灌工期间降水和回灌3个月，周围个月，周围建筑物及地下管线未受损害，始建筑物及地下管线未受损害，始终保持正常使用。终保持正常使用。11/6/202263