第七章第七章 降排水工程降排水工程第一节第一节 概述概述第二节第二节 降排水的分类及适用条件降排水的分类及适用条件第三节第三节 排水工程排水工程 第四节第四节 降水工程降水工程 1. 2003年年10月中旬（雨季）东区月中旬（雨季）东区CBD，发生发生基坑塌方。基坑塌方。 2. 2005年年10月（近期雨季）月（近期雨季） 某某5m基坑，悬臂基坑，悬臂桩支护发生部分倾覆。桩支护发生部分倾覆。 3. 紫荆山路，某高层建筑紫荆山路，某高层建筑10m深深基坑，止水帷基坑，止水帷幕发生渗漏而导致边坡变形，引起周围楼房沉降。幕发生渗漏而导致边坡变形，引起周围楼房沉降。地下水作用引起的工程事故地下水作用引起的工程事故第一节第一节 概述概述 降排水工程概述降排水工程概述 基坑开挖施工时，应具备的三个条件：基坑开挖施工时，应具备的三个条件： 基坑在开挖期间保持干燥状态；基坑在开挖期间保持干燥状态； 保证基坑边坡的稳定和基坑底板的稳定；保证基坑边坡的稳定和基坑底板的稳定； 不影响邻近建筑物及地下管线的正常使用。不影响邻近建筑物及地下管线的正常使用。 1. 含水层被揭穿，在压差作用下，地下水必然会含水层被揭穿，在压差作用下，地下水必然会大量渗入基坑，造成大量渗入基坑，造成基坑浸水基坑浸水，使现场施工条件变差，使现场施工条件变差，地基承载力降低；地基承载力降低； 2. 在动水压力作用下，可能引起流砂、管涌和在动水压力作用下，可能引起流砂、管涌和边边坡失稳坡失稳等现象；等现象； 3. 当基坑下存在承压含水层，若不降低压力水头，当基坑下存在承压含水层，若不降低压力水头，很容易导致很容易导致基坑底部破坏基坑底部破坏。地下水作用可能导致的问题地下水作用可能导致的问题 降排水用于地下水位以下的基坑（槽）开挖、基础施工和地基处理，常用的方法如下：一、明沟排水一、明沟排水 明沟排水是在基坑(槽)内设置排(截)水沟和集水井，用抽水设备将地下水从集水井(坑)内排走，以达到疏干基坑内地下水的目的。 当基坑开挖不深，地下水位高出基坑底面不多，且坑壁土层不易产生流砂、管涌或坍塌时，采用此方法。 第二节第二节 降排水的分类及适用条件降排水的分类及适用条件二、井点降水二、井点降水 井点降水是利用井(孔)在基坑周围同时抽水，把地下水位降低到基坑底面以下的降水方法。 井点降水在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或某侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，与总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑底0.51.0m以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工 。井点降水方法的种类井点降水方法的种类： 单层轻型井点、多层轻型井点、喷射井单层轻型井点、多层轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井点以及小沉井井点等。砂混凝土管井点以及小沉井井点等。 一般来说，当土质情况良好，土的降一般来说，当土质情况良好，土的降水深度不大，可采用单层轻型井点；当降水深度不大，可采用单层轻型井点；当降水深度超过水深度超过6m，且土层垂直渗透系数较小，且土层垂直渗透系数较小时，宜用二级轻型井点或多层轻型井点，时，宜用二级轻型井点或多层轻型井点，或在坑中另布井点或在坑中另布井点 。一、场地排水方法一、场地排水方法 施工现场在工程开工前，应按施工组织设计规划做好场地排水，以避免场地大量积水，基坑开挖地表雨水和滞水大量渗入，造成基坑泡水，破坏边坡稳定，影响施工正常进行和基础工程质量。故此必须做好现场场地的截水、疏水、排洪和基坑内的排水等工作。第三节第三节 排水工程排水工程二、基坑二、基坑(槽内槽内)排水方法排水方法(一一)普通明沟和集水井排普通明沟和集水井排水法水法 普通明沟和集水井普通明沟和集水井系在开挖基坑的一侧、系在开挖基坑的一侧、两侧或四周，或在基坑两侧或四周，或在基坑中部设置排水明沟，在中部设置排水明沟，在四角或每隔四角或每隔2030m设一集水井，使设一集水井，使地下水流汇集于集水井地下水流汇集于集水井内，再用水泵将地下水内，再用水泵将地下水排出基坑外。排出基坑外。适用条件适用条件：当基坑不深，地下水位高出基坑底面：当基坑不深，地下水位高出基坑底面不多，且土质情况较好，坑壁土层不易产生流砂、不多，且土质情况较好，坑壁土层不易产生流砂、管涌或坍塌时，可采用此方法。管涌或坍塌时，可采用此方法。 (二二)分层明沟排水法分层明沟排水法 当基坑开挖土层由多当基坑开挖土层由多种类型土组成，中部夹有种类型土组成，中部夹有透水性强的砂类土层时，透水性强的砂类土层时，为避免上层地下水冲刷基为避免上层地下水冲刷基坑下部边坡，造成塌方，坑下部边坡，造成塌方，可在基坑边坡上设置可在基坑边坡上设置23层明沟及相应的集水井，层明沟及相应的集水井，分层阻截并排除上部土层分层阻截并排除上部土层中的地下水。中的地下水。 应注意防止上层排水应注意防止上层排水沟的地下水溢流向下层排沟的地下水溢流向下层排水沟，冲坏、掏空下部边水沟，冲坏、掏空下部边坡，造成坍方。本法可保坡，造成坍方。本法可保持基坑边坡稳定，减少边持基坑边坡稳定，减少边坡高度和扬程。坡高度和扬程。适用于深度较大，适用于深度较大，地下水位较高，地下水位较高，且上部有透水性强土层且上部有透水性强土层的建筑物基坑排水。的建筑物基坑排水。 三三)深沟排水法深沟排水法 当地下设备基础成群，基坑相连，土层渗水当地下设备基础成群，基坑相连，土层渗水量和排水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂量和排水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂性，可在基坑外距坑边性，可在基坑外距坑边630m或基坑内深基或基坑内深基础部位开挖一条纵长深明排水沟体为主沟，使附础部位开挖一条纵长深明排水沟体为主沟，使附近基坑地下水沟通过深沟自流入下水道或另设集近基坑地下水沟通过深沟自流入下水道或另设集水井，用泵排到施工场地以外沟道排走。在建水井，用泵排到施工场地以外沟道排走。在建(构构)筑物四周或内部设支沟与主沟连通，将水流筑物四周或内部设支沟与主沟连通，将水流引至主沟排走。引至主沟排走。 (四四)暗沟或渗排水层暗沟或渗排水层 排水法排水法 在场地狭窄地下水很丰富的情况下，在场地狭窄地下水很丰富的情况下，设置明沟困难，可结合工程设计，在基础设置明沟困难，可结合工程设计，在基础底板四周设暗沟底板四周设暗沟(又称盲沟又称盲沟)或渗排水层，或渗排水层，暗沟及渗排水层的排水管暗沟及渗排水层的排水管(沟沟)坡向集水坑。坡向集水坑。(五五)工程设施排水法工程设施排水法 选择基坑附近深基础工程先施工，作选择基坑附近深基础工程先施工，作为施工排水的集水井或排水设施，使基础为施工排水的集水井或排水设施，使基础内及附近地下水汇流该较低处集中，再用内及附近地下水汇流该较低处集中，再用水泵排走。水泵排走。 (六六)综合排水法综合排水法 在深沟截水的基础上，如中部有透水在深沟截水的基础上，如中部有透水性强的土层，再辅以分层明沟排水或在上性强的土层，再辅以分层明沟排水或在上部再辅以轻型井点截水等方法同时使用部再辅以轻型井点截水等方法同时使用 。 优点：优点： 设备简单、施工简便、成本低。设备简单、施工简便、成本低。缺点：缺点： 坡面、坡脚、坑底渗水；坡面、坡脚、坑底渗水； 若坑壁夹有粉细砂薄层，边坡可能失稳；若坑壁夹有粉细砂薄层，边坡可能失稳； 渗水缓慢，降水不快，施工速度缓慢。渗水缓慢，降水不快，施工速度缓慢。基坑基坑(槽内槽内)排水方法的优缺点排水方法的优缺点 三、基坑排水计算三、基坑排水计算(一一)基坑涌水量计算基坑涌水量计算 地下水渗入基坑的涌水量与土的种类、地下水渗入基坑的涌水量与土的种类、渗透系数、水头大小、坑底面积等有关，渗透系数、水头大小、坑底面积等有关，可通过抽水试验确定或实践经验估算，或可通过抽水试验确定或实践经验估算，或按大井法计算。按大井法计算。 流入基坑的涌水量为从流入基坑的涌水量为从四周坑壁和坑四周坑壁和坑底底的水量之和。的水量之和。 假想半径按下式估算：假想半径按下式估算：(二二)水泵功率计算水泵功率计算 基坑排水设备常用离心泵、潜水泵和污水泵。基坑排水设备常用离心泵、潜水泵和污水泵。水泵选型应根据涌水量、基坑深度（排水扬程）而水泵选型应根据涌水量、基坑深度（排水扬程）而定。选用的水泵排水量应比基坑总涌水量大定。选用的水泵排水量应比基坑总涌水量大1.52.0倍。倍。水泵的选用水泵的选用第四节第四节 降水工程降水工程 降水工程是利用井降水工程是利用井(孔孔)在基坑周围同在基坑周围同时抽水，时抽水，把地下水位降低到基坑底面以下把地下水位降低到基坑底面以下的降水方法。的降水方法。 当地下水位高出基坑底面的标高较大，当地下水位高出基坑底面的标高较大，尤其是坑壁地层为松散的粉细砂、粉土或尤其是坑壁地层为松散的粉细砂、粉土或透水性较强的砂砾、卵石等地层，且地下透水性较强的砂砾、卵石等地层，且地下水的补给源又比较充足，采用明沟排水坑水的补给源又比较充足，采用明沟排水坑壁易发生流砂、坍塌等影响施工时，可采壁易发生流砂、坍塌等影响施工时，可采用井点法降水。用井点法降水。一、降水原理一、降水原理 通常饱和土是由液态水和固态土粒二通常饱和土是由液态水和固态土粒二部分组成。土层中的液态水分为结合水和部分组成。土层中的液态水分为结合水和自由水二类。自由水二类。 结合水结合水是分子引力作用下吸引在土粒是分子引力作用下吸引在土粒表面的水体，这种引力高达几千至上万个表面的水体，这种引力高达几千至上万个大气压，因此这类水通常只有在加热成蒸大气压，因此这类水通常只有在加热成蒸汽时才能和土粒分开。汽时才能和土粒分开。 自由水自由水是指土粒表面电场影响范围之是指土粒表面电场影响范围之外的重力水和毛细水，外的重力水和毛细水，井点降水一般是降井点降水一般是降低土体中自由水形成的水面高程低土体中自由水形成的水面高程。 (二二)降水防治流砂现象的原理降水防治流砂现象的原理 基坑开挖时地表以下的土层受到向下的基坑开挖时地表以下的土层受到向下的渗透力的作用，对砂性土层而言，当渗流的渗透力的作用，对砂性土层而言，当渗流的水力坡度增大到某一种程度时，砂性土会呈水力坡度增大到某一种程度时，砂性土会呈流土破坏形式，即呈流态状涌出坡面，通常流土破坏形式，即呈流态状涌出坡面，通常称为流砂。称为流砂。 产生流砂的渗流水力坡度称为临界水力产生流砂的渗流水力坡度称为临界水力坡度。太沙基提出临界水力坡度坡度。太沙基提出临界水力坡度Ic： Ic(1n)(s1) 井点降水降低坑内、外的渗透水头差，井点降水降低坑内、外的渗透水头差，把渗透水力坡度控制在容许范围内，从而防把渗透水力坡度控制在容许范围内，从而防范了流砂现象的产生。范了流砂现象的产生。 (三三)降水增加地基抗剪强度的原理降水增加地基抗剪强度的原理 对降水深度对降水深度H范围内的土层，其含水量因降范围内的土层，其含水量因降水而显著减小，其重度从浮重度提高到饱和重度，水而显著减小，其重度从浮重度提高到饱和重度，这部分土层在增加的自重应力作用下逐渐固结，土这部分土层在增加的自重应力作用下逐渐固结，土体抗剪强度相应增加。体抗剪强度相应增加。 轻型井点是沿基坑的四周或一侧，将直轻型井点是沿基坑的四周或一侧，将直径较细的井点管沉入深于坑底的含水层内，径较细的井点管沉入深于坑底的含水层内，井点管上部与总管连接，通常总管利用抽水井点管上部与总管连接，通常总管利用抽水设备由于真空作用将地下水从井点管内不断设备由于真空作用将地下水从井点管内不断抽出，使原有的地下水位降低到坑底以下抽出，使原有的地下水位降低到坑底以下 。(一一)轻型井点降水方法轻型井点降水方法二、降水工程的方法二、降水工程的方法 喷射井点喷射井点是将喷射器装是将喷射器装置在井管内，置在井管内，利用高压水或利用高压水或高压气为动力高压气为动力进行抽水的井进行抽水的井点装置。点装置。 其降水深度较深。(二二)喷射井点降水方法喷射井点降水方法 喷射井点主要适用于渗透系数较小的喷射井点主要适用于渗透系数较小的含本层和降水深度较大（吕含本层和降水深度较大（吕20m）的降）的降水工程。水工程。 其主要其主要优点优点是降水深度大但由于需是降水深度大但由于需要双层并点管喷射器设在井孔底部，有要双层并点管喷射器设在井孔底部，有二根总管与各井点管相连，地面管网效设二根总管与各井点管相连，地面管网效设复杂，工作效卒低，成本高，复杂，工作效卒低，成本高，管理管理困难。困难。 管井井点用于渗透系数大，地下水含量丰富，轻管井井点用于渗透系数大，地下水含量丰富，轻型井点不易解决的地层。型井点不易解决的地层。 成井后，在地面用水泵或将水泵下到井管内抽水，成井后，在地面用水泵或将水泵下到井管内抽水，从而降低地下水位。从而降低地下水位。 管井井点常用的水泵有离心泵、深井泵和潜水泵。管井井点常用的水泵有离心泵、深井泵和潜水泵。离心泵主要用于降水深度一般小于离心泵主要用于降水深度一般小于7m的工程。大于的工程。大于7m，可采用不同扬程和流量的深井泵或潜水泵。，可采用不同扬程和流量的深井泵或潜水泵。(三三)管井井点降水方法管井井点降水方法 粘土颗粒表面一般带负电荷，吸附着各种粘土颗粒表面一般带负电荷，吸附着各种正离子。水分子是极性分子，颗粒周围的部分正离子。水分子是极性分子，颗粒周围的部分水分于又为正离子所吸附，当土体中通以直流水分于又为正离子所吸附，当土体中通以直流电荷时，这些正离子将携同周围被吸附的水分电荷时，这些正离子将携同周围被吸附的水分子一起移向阴极，吸附力消失，水分子被释放子一起移向阴极，吸附力消失，水分子被释放出来成为自由水。这种在上中插人金属电极并出来成为自由水。这种在上中插人金属电极并通以直流电，在电场作用下，上中水源源不断通以直流电，在电场作用下，上中水源源不断地流向阴极的现象称为电渗。地流向阴极的现象称为电渗。 电渗井点降水是电渗井点降水是利用轻型井点和喷射井点利用轻型井点和喷射井点的井点管作阴极的井点管作阴极，另，另埋设金同棒（钢筋或钢埋设金同棒（钢筋或钢管）为阳极管）为阳极，在电动势作用下构成电渗井点抽，在电动势作用下构成电渗井点抽水系统。水系统。(四四)电渗井点降水方法电渗井点降水方法 电渗降水一般只适用于含水层渗透系数较小（0lmd）的饱和粘土，特别是在淤泥和淤泥质粘土之中的降水。一、设计前应取得的资料一、设计前应取得的资料 地下水的类型、含水层厚度及顶板底板高程；地下水的类型、含水层厚度及顶板底板高程； 地下水位标高及其动态规律及各层水之间的水力地下水位标高及其动态规律及各层水之间的水力联系；联系； 各含水层的渗透系数；各含水层的渗透系数； 含水层的补给条件，基坑与附近水源的距离及水含水层的补给条件，基坑与附近水源的距离及水力联系；力联系； 基坑边界，开挖深度，采用支护方式及邻近建筑基坑边界，开挖深度，采用支护方式及邻近建筑物地基基础、地下管线的关系；物地基基础、地下管线的关系； 基坑工程的支护时间及当地的气象资料。基坑工程的支护时间及当地的气象资料。三三 井点降水设计井点降水设计（二）井点降水系统的设计（二）井点降水系统的设计1.基坑涌水量计算基坑涌水量计算 计算方法见前面第计算方法见前面第三节三节. 计算公式可参照表计算公式可参照表7-6.2.井点管埋置深度井点管埋置深度(或或s)LHhhir1l3.确定井点管数量与确定井点管数量与间距距单井井点出水量（最大允井井点出水量（最大允许进水量）水量） 计算井点数量和井点间距 复合井点数量（验证）计算基坑内抽水影响最小处的水位降深见：见：建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程JGJ 12099a.轻型井点和喷射井点轻型井点和喷射井点 q=aikDwH b.管井点管井点 滤水管的类型：滤水管的类型：a.圆孔滤水管、圆孔滤水管、b.条缝式条缝式 滤水管、滤水管、c.筋条滤水管筋条滤水管 过滤网的选择：钢丝网、铜丝网、塑料网、过滤网的选择：钢丝网、铜丝网、塑料网、 尼龙丝网或临时性用棕皮尼龙丝网或临时性用棕皮 各含水层的渗透系数各含水层的渗透系数 确定滤水管孔隙滤确定滤水管孔隙滤 设计滤水层设计滤水层 选择抽水设备选择抽水设备3. 井点管路系统的设计井点管路系统的设计四、降水工程对环境的影响及防范措施四、降水工程对环境的影响及防范措施 降水漏斗范围内的地下水位下降后，就必降水漏斗范围内的地下水位下降后，就必须会须会造成地面沉降造成地面沉降。由于漏斗形的降水面所产。由于漏斗形的降水面所产生的沉降是不匀匀的，这类不均匀沉降的发展生的沉降是不匀匀的，这类不均匀沉降的发展需要有一定的时间，在实际工程中，由于滤网需要有一定的时间，在实际工程中，由于滤网和砂滤层结构不良，把土层中的粘粒、粉粉甚和砂滤层结构不良，把土层中的粘粒、粉粉甚至细砂带出地面的情况是屡见不鲜的，这种现至细砂带出地面的情况是屡见不鲜的，这种现象会使周围地面很快地产生象会使周围地面很快地产生不均匀沉降不均匀沉降，给地，给地面建筑和地下管线造成不同程度的损坏。面建筑和地下管线造成不同程度的损坏。 (一一)井点降水影响范围和沉降的估算井点降水影响范围和沉降的估算 为了预估井点降水对周围环境的影响范围为了预估井点降水对周围环境的影响范围和造成的地面沉降，可借鉴已有的同类工程实和造成的地面沉降，可借鉴已有的同类工程实例，也可用一些简易的方法进行估算。例，也可用一些简易的方法进行估算。1.降水对环境影响范围的估算降水对环境影响范围的估算 降水漏斗的半径通常可以用库萨金公式进降水漏斗的半径通常可以用库萨金公式进行估算：行估算： 由于地层一般呈层分布，影响范围受土层的由于地层一般呈层分布，影响范围受土层的影响很显著。在软土地区，砂质粉土层中的实影响很显著。在软土地区，砂质粉土层中的实例的影响范围可达例的影响范围可达84m。对重要工程应采用。对重要工程应采用抽抽水试验水试验来确定降水影响半径。来确定降水影响半径。2.降水造成地面沉降的估算降水造成地面沉降的估算 井点降水无大量细颗粒随地下水被带走的情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况下，周围地面所产生的沉降量可用分层总和法进行计算：进行计算： ；简易的方法估算降水所引起的沉降值：简易的方法估算降水所引起的沉降值： 。3.深井井点降水对环境影响的估算深井井点降水对环境影响的估算 深井井点的降水深度大于深井井点的降水深度大于15m，滤水管布置，滤水管布置在渗透系数大于在渗透系数大于10cm/s的砂层土中。深井的砂层土中。深井泵的吸口宜高于井底泵的吸口宜高于井底1m以上，低于井内动水位以上，低于井内动水位3m左右。左右。 对环境的影响很小。对环境的影响很小。(二二)防止井点降水对周围环境产生不良影响的措施防止井点降水对周围环境产生不良影响的措施 井点降水在市政工程中起着重要的作用，但井点降水在市政工程中起着重要的作用，但必须防止其对周围环境的不良影响。必须防止其对周围环境的不良影响。1.在降水前认真做为对周围环境的调研工作；在降水前认真做为对周围环境的调研工作；2.合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的影响；影响；3.保护区边缘设置回灌水系统；保护区边缘设置回灌水系统；4.设置隔水帷幕。设置隔水帷幕。