基坑与边坡工程第6章-基坑降水ppt课件.ppt
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1、制制 作作 人人:周:周 勇勇 Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论Lanzhou University of Technology6.1基坑降水概述基坑降水概述基坑降水概述基坑降水概述第第6章章 基坑降水基坑降水 在基坑开挖过程中,当基坑开挖面位于地下水位以下时,土中的含水层被切断,基坑外及坑内开挖面以下的地下水就会不断渗入基坑。对于放坡开挖的基坑,地下水的渗流很容易造成流砂、边坡失稳和基坑底面地基承载力下降。当基坑底面以下存在承压含水层时,基坑开挖至坑底后,由于坑内土体的卸荷作用,基坑底面有被承压水顶破而发生突涌、隆起的危险。为什么在进行深基
2、坑施工时必须做好地下水控制工作?Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论井点降水井点降水井点降水井点降水第第6章章 基坑降水基坑降水 根据工程地质和水文地质条件、基坑周边环境要求及支护结构形式,基坑工程地下水控制可以选用截水、降水、集水明排或其组合方法。目前,基坑降水常用方法有管井、真空井点、喷射井点等方法,并宜按下表的适用条件选用。方 法土类渗透系数(m/d)降水深度(m)管 井粉土、砂土、碎石土0.1200.0不限真空井点黏性土、粉土、砂土0.00520.0单级井点6m多级井点20m喷射井点黏性土、粉土、砂土0.00520.020m Lanzho
3、u University of Technology第第1章章 绪论绪论第第6章章 基坑降水基坑降水坑外降水坑外降水坑内降水坑内降水坑内与坑外相坑内与坑外相结结合降水合降水将井点布设在基坑以外将井点布置在基坑内部井点降井点降水类型水类型Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论Lanzhou University of Technology6.2降水设计与计算降水设计与计算降水设计与计算降水设计与计算6.2.1 基坑降水设计要求基坑降水设计要求建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)规定:基坑内的设计降水水位应低于基坑底面0.5m。按地下水位降深
4、确定降水井间距和降水井水位降深时,地下水位降深应符合下式规定:si sd (6-1)式中:si基坑内任一点的地下水位降深(m);sd基坑地下水位的设计降深(m)。第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论6.2.2 井点涌水量计算理论井点涌水量计算理论 井点涌水量的理论计算是以水水井井理理论论为基础的。水井理论由法国水力学家裘布依于1857年提出。该水井理论的基本假定是:第第6章章 基坑降水基坑降水(1)含水层是水平的,均质各向同性;(2)水流呈轴对称的径向流运动;(3)在距井轴一定距离R处,水位下降为零;(4)水流运动符合
5、达西定律。Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论基坑降水井分类当基坑降水井布置在潜水层内,井内地下水无压力时。当降水井布置在两层不透水层之间两层不透水层之间的承压含水层内时,该类降水井称为承压井。井底达到了含水层下的不透水层,水只能通过井壁进入井。井底未达到含水层下的不透水层,水可从井底或井壁、井底同时进入井内。第第6章章 基坑降水基坑降水承承压压井井潜水井潜水井完整井完整井非完整井非完整井地下水是地下水是否有压力否有压力完整程度完整程度Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论常见水井种类常见水井种类(a
6、)潜水完整井(无压完整井)(b)潜水非完整井(无压非完整井)第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论(d)承压非完整井(c)承压完整井 第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论(1)潜水完整井涌水量计算潜水完整井涌水量计算抽水时潜水完整井含水层抽水时潜水完整井含水层内的降落漏斗和流线网图内的降落漏斗和流线网图第第6章章 基坑降水基坑降水当含水层为均质土层、原地下水位为水平时,其水位降落漏斗为形状形状规则规则的旋的旋转转面面,其轴线与井轴重合。在剖面图上
7、,流线是一些曲线,这些曲线在上部与降落漏斗曲线近乎平行,而下部则与不透水层顶面近乎平行。Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论 按照水水井井理理论论假定,根据达达西西线线性性渗渗透透定定律律,取不透水层基底为x轴,取井轴为y轴,就可以求出流向井中的水流。对于任意横剖面为:(6-2)式中:A水流的横断面面积,取铅直的圆柱面铅直的圆柱面作为水流断面面积;x由井中心至边缘的距离,即圆柱半径;y由不透水层到距中心距离为x处曲线上的高。第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论该断面上的水
8、力梯度为:(6-3)将以上两式代入达西公式即可得出微分方程:(6-4)式中:Q水井的涌水量;v渗透速度;k渗透系数。将式(6-2)代入式(6-4)得:(6-5)积分后得:第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论取坐标为(x1,y1)、(x2,y2)的两点,则可写成:(6-6)由图6-2可知,单井降水的影响半径为R,潜水含水层厚度为H,设降水井半径为r,降水井内水位距不透水层的高度为h。此时,若需计算单井的流量,可以设设x1=r,y1=h,x2=R,y2=H,则得:第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou Universi
9、ty of Technology第第1章章 绪论绪论即:(6-7)(6-8)第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论(2)承压完整井涌水量计算承压完整井涌水量计算承压完整井水位降落承压完整井水位降落漏斗和流网图漏斗和流网图第第6章章 基坑降水基坑降水当降水井为承压完整井时,假设在井内均匀抽水,井中水位开始下降,而含水层周围的地下水将流向井中。经过一段时间后,井周围的原有水位就由水平变为向井弯曲的降落曲线。降落漏斗Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论取井底不透水层水平方向为x轴
10、,而取井轴为y轴,可任意圆柱剖面的水头梯度i和过水断面面积A的表示式如下:式中:x由井轴至任一点的水平距离;M承压含水层厚度。代入达西定律:分离变数得:积分得到:第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论第第6章章 基坑降水基坑降水设降水井半径为r,承压井内水位距含水层底板的距离为h。则计算单井的流量可以设设x1=r,y1=h,x2=R,y2=H,则得:Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论(3)群井涌水量计算群井涌水量计算群井总涌水量群井总涌水量并并不等于各个单井涌水量之和不等
11、于各个单井涌水量之和。相互作用的群井相互作用的群井第第6章章 基坑降水基坑降水 注意假设一群井降水系统,1n号单井均为潜水完整井,各各单单井井之之间间的的间间距距均均不不大大于于各各个个单单井井的的影影响响半半径径。在群井系统中任取一点A,其与各单井的距离为x1、x2、x3xn。Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论根据单井理论分析可得水位降落漏斗的方程式为:(6-11)式中:第一个井点在A点不透水层以上水位的高度;第一个井点处的水位;第一个井点的涌水量;第一个井点与A点的水平距离;第一个单井的半径。第第6章章 基坑降水基坑降水同理,可得:Lanz
12、hou University of Technology第第1章章 绪论绪论总降落曲线总降落曲线的方程式的方程式:式中:各个井点同时抽水时,各个井点的涌水量;每一个井点处的水位,令各井点令各井点处处的水位均相等的水位均相等。第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论,假设 ,由此,抽水时的总涌水量,n为单井井点总数。则公式(6-12)可写成:或 (6-13)(6-14)第第6章章 基坑降水基坑降水设各单井的半径均相等,即同时,各井的涌水量亦相近似,即 ,Q 为所有井点 为计算群井涌水量,在群井影响范围内任取一点,其水位高度等
13、于静止水位H,y=H公式(6-13)可写成:Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论由公式(6-13)、(6-14)可得:(6-15)(6-17)(6-18)第第6章章 基坑降水基坑降水潜水完整井的潜水完整井的群群 井井 涌涌 水量水量:Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论如 果 基 坑 降 水 设 计 将 各 井 点 设 在 一 个 圆 周 上,则x1=x2=x3=xn=x0,即等于圆的半径,代入上式,则得到潜潜水水完整井群井涌水量完整井群井涌水量计算公式:第第6章章 基坑降水基坑降水井点群重心处水位
14、降低数值Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论潜水完整井群井基坑涌水量计算简图潜水完整井群井基坑涌水量计算简图1矩形基坑;矩形基坑;2一等效圆形单井一等效圆形单井6.2.3 基坑涌水量计算基坑涌水量计算第第6章章 基坑降水基坑降水基坑降水井点系统一般布置在基坑周围,各个单井同时抽水,因此基坑涌水量计算需要考虑群井的相互作用,把把由由各各井井点点组组成成的的群群井井系系统统,视视为为一一口口大大的的圆圆形单井形单井。Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论参照参照公式公式(6-8),可得:式中:Q基坑降水总
15、涌水量(m3/d);k土的渗透系数(m/d);H潜水含水层厚度,即地下水位至不透水层的厚度(m);S 水位降落值(m);R单井降水影响半径(m);由井点管围成的基坑等效半径(m),可按计算;群井降水影响半径(m),A井点系统包围的基坑面积(m2)。为满足工程设计的需要,建建筑筑基基坑坑支支护护技技术术规规程程(JGJ120)附录)附录E给出了5种典型条件下的基坑涌水量计算公式。第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论 (6-21)式中:基坑地下水位设计降深(m);其余参数同公式(6-20)。第第6章章 基坑降水基坑降水1.
16、均质含水层潜水完整井的基坑降水总涌水量计算Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论 (6-22)(6-23)式中:h降水后基坑内的水位高度(m);l过滤器进水部分的长度(m)。第第6章章 基坑降水基坑降水2.均质含水层潜水非完整井的基坑降水总涌水量计算Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论 (6-24)第第6 6章章 基坑降水基坑降水3.均质含水层承压水完整井的基坑降水总涌水量计算承压含水层厚度Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论 (6-25)第第6章章 基
17、坑降水基坑降水4.均质含水层承压水非完整井的基坑降水总涌水量计算Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论 (6-26)第第6章章 基坑降水基坑降水5.均质含水层承压水潜水完整井的基坑降水总涌水量计算承压水含水层的初始水头Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论(1)降水影响半径降水影响半径6.2.4 基坑降水设计相关参数基坑降水设计相关参数按地下水稳定渗流计算井距、井的水位降深和单井流量时,影响半径(R)宜通过试验确定试验确定。缺少试验时,可按下列公式计算并结合当地经验取值:第第6章章 基坑降水基坑降水1)
18、潜水含水层(6-27)2)承压水含水层(6-28)井水位降深(m)潜水含水层厚度渗透系数(m/d)Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论(2)降水井的设计单井流量降水井的设计单井流量当已计算出基坑降水的总涌水量Q时,降水井的设计单单井流量井流量计算:(6-29)式中:q单井设计流量;Q基坑降水的总涌水量(m3/d),可按公式(6-21)(6-26)计算;n降水井数量。第第6章章 基坑降水基坑降水Lanzhou University of Technology第第1章章 绪论绪论(3)含水层渗透系数含水层渗透系数含水层的渗透系数k宜按现现场场抽抽水水
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