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土方与基坑工程:地下水控制

6-2-8 地下水控制
基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制,即在基坑工程施工过程中,地下水要满足支护结构和挖土施工的要求,并且不因地下水位的变化,对基坑周围的环境和设施带来危害。

6-2-8-1 地下水控制方法选择
在软土地区基坑开挖深度超过3m,一般就要用井点降水。

开挖深度浅时,亦可边开挖边用排水沟和集水井进行集水明排。

地下水控制方法有多种,其适用条件大致如表6-123所示,选择时根据土层情况、降水深度、周围环境、支护结构种类等综合考虑后优选。

当因降水而危及基坑及周边环境安全时,宜采用截水或回灌方法。

地下水控制方法适用条件表6-123
当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时,应进行坑底突涌验算,必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施,保证坑底土层稳定。

否则一旦发生突涌,将给施工带来极大麻烦。

6-2-8-2 基坑涌水量计算
根据水井理论,水井分为潜水(无压)完整井、潜水(无压)非完整井、承压完整井和承压非完整井。

这几种井的涌水量计算公式不同。

1.均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算
根据基坑是否邻近水源,分别计算如下:
(1)基坑远离地面水源时(图6-168a )
)
1lg()2(366.10
r R S
S H K
Q +-= (6-124) 式中 Q ——基坑涌水量;
K ——土壤的渗透系数; H ——潜水含水层厚度; S ——基坑水位降深;
R ——降水影响半径;宜通过试验或根据当地经验确定,当基坑安全等级
为二、三级时,对潜水含水层按下式计算:
kH S R 2= (6-125)
对承压含水层按下式计算:
k S R 10= (6-126)
k ——土的渗透系数;
r 0——基坑等效半径;当基坑为圆形时,基坑等效半径取圆半径。

当基坑
非圆形时,对矩形基坑的等效半径按下式计算:
r 0=0.29(a +b ) (6-127)
式中 a 、b ——分别为基坑的长、短边。

对不规则形状的基坑,其等效半径按下式计算:
π
A
r =
0 (6-128)
式中 A ——基坑面积。

(2)基坑近河岸(图6-168b )
2lg )2(366.1r b S
S H k
Q -= (b <0.5R ) (6-129) (3)基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间时(图6-168c )
]
)
()(2cos )(2lg[)2(366.12121021b b b b r b b S
S H k
Q +-+-=ππ (6-130)
(4)当基坑靠近隔水边界时
)
2(lg )lg(2)2(366.1000r b r r R S
S H k
Q +-+-= (6-131)
图6-168 均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算简图
(a )基坑远离地面水源;(b )基坑近河岩; (c )基坑位于两地表水体之间;(d )基坑靠近隔水边界
2.均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算 (1)基坑远离地面水源(图6-169a )
)
2.01lg()1lg(366.10
02
2r h l l h r R h H k
Q m m m +-++-= )2
(h
H h m += (6-132) (2)基坑近河岸,含水层厚度不大时(图6-169b )
]14.0lg 25.066.0lg 2lg [
366.12
2
200l M b M l r l l r b s l ks Q -+++= (b >M/2) (6-133) 式中 M ——由含水层底板到滤头有效工作部分中点的长度。

(3)基坑近河岸(含水层厚度很大时):
]44.022.066.0lg 2lg [
366.100b l arsh r l l
r b s l ks Q -++= (b >l ) (6-134) ]11.066.0lg 2lg [
366.100b
l r l l
r b s l ks Q -++= (b <l ) (6-135)
图6-169 均质含水层潜水非完整井涌水量计算简图
(a )基坑远离地面水源;(b )基坑近河岸,含水层厚度不大;
(c )基坑近河岸,含水层厚度很大
3.均质含水层承压水完整井基坑涌水量计算 (1)基坑远离地面水源(图6-170a )
)
1lg(73.20
r R
MS k
Q += (6-136)
式中 M ——承压含水层厚度。

(2)基坑近河岸(图6-170b )
)2lg(73.20
r b MS
k
Q = (b <0.5r 0) (6-137) (3)基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间(图6-170c )
]
)
(
)
(
2
cos
)
(2
lg[
)
2(
73
.2
2
1
2
1
2
1
b
b
b
b
r
b
b
S
S
H
k
Q
+
+
+
-
=
π
π
(6-138)
图6-170 均质含水层承压水完整井涌水量计算简图(a)基坑远离地面水源;(b)基坑近河岸;(c)基坑位于两地表水体之间4.均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算(图6-171)
)
2.0
1
lg(
)
1
lg(
73
.2
r
M
l
l
M
r
R
MS
k
Q
+
-
+
+
=(6-139)
图6-171 均质含水层承压水非完整井涌水量计算简图5.均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算
)
1
lg(
)
2(
366
.1
2
r
R
h
M
M
H
k
Q
+
-
-
=(6-140)
图6-172 均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算简图
6-2-8-3 集水明排法
在地下水位较高地区开挖基坑,会遇到地下水问题。

如涌入基坑内的地下水不能及时排除,不但土方开挖困难,边坡易于塌方,而且会使地基被水浸泡,扰动地基土,造成竣工后的建筑物产生不均匀沉降。

为此,在基坑开挖时要及时排除涌入的地下水。

当基坑开挖深度不很大,基坑涌水量不大时,集水明排法是应用最广泛,亦是最简单、经济的方法。

1.明沟、集水井排水
明沟、集水井排水多是在基坑的两侧或四周设置排水明沟,在基坑四角或每隔30~40m设置集水井,使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水井内,然后用水泵将其排出基坑外(图6-173)。

图6-173明沟、集水井排水方法
1-排水明沟;2-集水井;3-离心式水泵;
4-设备基础或建筑物基础边线;5-原地下水位线;6-降低后地下水位线
排水明沟宜布置在拟建建筑基础边0.4m 以外,沟边缘离开边坡坡脚应不小于0.3m 。

排水明沟的底面应比挖土面低0.3~0.4m 。

集水井底面应比沟底面低0.5m 以上,并随基坑的挖深而加深,以保持水流畅通。

沟、井的截面应根据排水量确定,基坑排水量V 应满足下列要求:
V ≥1.5Q (6-141)
式中 Q ——基坑总涌水量,按6-2-8-2节提供的方法计算。

明沟、集水井排水,视水量多少连续或间断抽水,直至基础施工完毕、回填土为止。

当基坑开挖的土层由多种土组成,中部夹有透水性能的砂类土,基坑侧壁出现分层渗水时,可在基坑边坡上按不同高程分层设置明沟和集水井构成明排水系统,分层阻截和排除上部土层中的地下水,避免上层地下水冲刷基坑下部边坡造成塌方(图6-174)。

图6-174分层明沟、集水井排水法
1-底层排水沟;2-底层集水井;3-二层排水沟;
4-二层集水井;5-水泵;6-原地下水位线;7-降低后地下水位线
2.水泵选用
集水明排水是用水泵从集水井中排水,常用的水泵有潜水泵、离心式水泵和泥浆泵,其技术性能如表6-124、表6-125、表6-126和表6-127所示。

排水所需水泵的功率按下式计算:
2
1175ηηQH
K N =
(6-142)
式中 K
——安全系数,一般取2;
1
Q——基坑涌水量(m3/d);
H——包括扬水、吸水及各种阻力造成的水头损失在内的总高度(m);
——水泵效率,0.4~0.5;
η
1
——动力机械效率,0.75~0.85。

η
2
一般所选用水泵的排水量为基坑涌水量的1.5~2.0倍。

潜水泵技术性能表6-124
B型离心水泵主要技术性能表6-125。

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