地下工程第7章 地下工程施工降水.ppt
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1、第七章第七章 工程降水工程降水概述概述地下水的不良作用及防止措施地下水的不良作用及防止措施降低地下水的方法降低地下水的方法工程降水设计计算工程降水设计计算工程降水施工工程降水施工工程降水对环境影响及其防范措施工程降水对环境影响及其防范措施工程实例工程实例概述概述工程降水的目的及意义工程降水的目的及意义保证地下结构的安全施工(干槽作业)保证地下结构的安全施工(干槽作业)防止工程事故:流砂、管涌、坑低失稳防止工程事故:流砂、管涌、坑低失稳提高边坡的稳定性提高边坡的稳定性减少板桩和支撑的压力减少板桩和支撑的压力改善基坑和填土的砂土特性改善基坑和填土的砂土特性工程降水不当引起的工程事故的比例很大工程降
2、水不当引起的工程事故的比例很大基坑渗流力基坑渗流力降水加固原理降水加固原理有关降水的基本概念有关降水的基本概念动水压力(渗透压力)动水压力(渗透压力)水在渗流过程中受到土粒的阻力,水对土粒产生反力,水在渗流过程中受到土粒的阻力,水对土粒产生反力,该反力叫做动水压力该反力叫做动水压力动水压力与水力坡度成正比动水压力与水力坡度成正比当当 时时,产生流砂现象,产生流砂现象有关降水的基本概念有关降水的基本概念渗透系数渗透系数渗透系数是水力坡度等于渗透系数是水力坡度等于1时的渗透速度时的渗透速度渗透系数渗透系数单位:单位:m/s、m/d渗透系数大小与土的形成条件、颗粒级配、结构有关渗透系数大小与土的形成
3、条件、颗粒级配、结构有关渗透系数的取值对降水工程设计具有重要意义渗透系数的取值对降水工程设计具有重要意义土层渗透系数取值土层渗透系数取值有关降水的基本概念有关降水的基本概念地下水的种类地下水的种类按埋藏条件分:上层滞水、潜水、层间水按埋藏条件分:上层滞水、潜水、层间水上层滞水:局部性、多层、在潜水之上上层滞水:局部性、多层、在潜水之上潜水:第一个连续分布隔水层上部的水,受雨水和地潜水:第一个连续分布隔水层上部的水,受雨水和地表水影响,潜水层面标高即为水位标高表水影响,潜水层面标高即为水位标高层间水:埋藏于两个隔水层之间的水,包括承压水和层间水:埋藏于两个隔水层之间的水,包括承压水和非承压水非承
4、压水各种地下水的垂直分布各种地下水的垂直分布有关降水的基本概念有关降水的基本概念l降水井的类型降水井的类型潜水完整井潜水完整井潜水非完整井潜水非完整井承压完整井承压完整井承压非完整井承压非完整井无压完整井无压完整井无压非完整井无压非完整井地下水的不良作用与防范措施地下水的不良作用与防范措施不良作用不良作用潜蚀潜蚀流砂流砂管涌管涌基坑突涌基坑突涌潜蚀潜蚀分类分类机械潜蚀:动水作用下,土粒受到冲刷、冲走,导致机械潜蚀:动水作用下,土粒受到冲刷、冲走,导致土体结构破坏土体结构破坏化学潜蚀:水的溶解作用导致土颗粒之间胶结作用的化学潜蚀:水的溶解作用导致土颗粒之间胶结作用的破坏,结合力减弱破坏,结合力减
5、弱产生的条件产生的条件适宜土层和足够的水动力条件适宜土层和足够的水动力条件土层的不均匀系数(土层的不均匀系数(d d6060/d/d1010)愈大,愈易产生潜蚀;愈大,愈易产生潜蚀;当当d d6060/d/d1010大于大于1010时,易产生潜蚀时,易产生潜蚀两种相互接触的土层,当二者的渗透系数之比两种相互接触的土层,当二者的渗透系数之比K K1 1/d/d2 2大大于于2 2时,易产生潜蚀时,易产生潜蚀潜蚀潜蚀l当渗流水流的水力坡度大于当渗流水流的水力坡度大于5 5时,水呈紊流,易时,水呈紊流,易产生潜蚀,临界水力坡度为:产生潜蚀,临界水力坡度为:l潜蚀潜蚀的预防措施的预防措施加固土体加固土
6、体人工降低地下水的水力坡度人工降低地下水的水力坡度设置反滤层设置反滤层反滤层构造反滤层构造l定义定义 指指土的松散颗粒被地下水饱和后,在动水压力即水头差土的松散颗粒被地下水饱和后,在动水压力即水头差的作用下,产生的悬浮流动现象的作用下,产生的悬浮流动现象l发生发生地层地层 粉粉细砂地层细砂地层l工程工程意义意义 突发性突发性、工程危害大、工程危害大流砂流砂流砂破坏示意图流砂破坏示意图l流砂的形成原因流砂的形成原因水力坡度极大,流速大冲动细颗粒使之悬浮水力坡度极大,流速大冲动细颗粒使之悬浮饱和时胶体颗粒吸水膨胀,土颗粒密度下降,能悬饱和时胶体颗粒吸水膨胀,土颗粒密度下降,能悬浮流动浮流动砂土在振
7、动作用下结构破坏,体积缩小,土颗粒悬砂土在振动作用下结构破坏,体积缩小,土颗粒悬浮于水而流动浮于水而流动l流砂形成的条件流砂形成的条件水力坡度极大,动水压力超过土颗粒重量使之悬浮水力坡度极大,动水压力超过土颗粒重量使之悬浮时,达到临界水力坡度时,达到临界水力坡度流砂流砂砂土孔隙度大砂土孔隙度大砂土渗透系数愈小排水性能差,愈易形成流砂砂土渗透系数愈小排水性能差,愈易形成流砂砂土中含有较多的片状矿物,易形成流砂砂土中含有较多的片状矿物,易形成流砂l流砂的防止措施流砂的防止措施人工降低地下水位人工降低地下水位采用地下连续墙截水采用地下连续墙截水设置帷幕设置帷幕水下开挖水下开挖其他方法:冻结法、化学加
8、固等其他方法:冻结法、化学加固等流砂流砂井点降水防止流砂井点降水防止流砂l定义定义指疏松的砂土层时,地基土在具有一定渗透速度指疏松的砂土层时,地基土在具有一定渗透速度(水力坡度)的水流作用,其细小颗粒被冲走,土中(水力坡度)的水流作用,其细小颗粒被冲走,土中孔隙逐渐增大,形成细管状渗流通道,从而掏空地基孔隙逐渐增大,形成细管状渗流通道,从而掏空地基或坝体,使之变形、失稳,此现象为管涌。或坝体,使之变形、失稳,此现象为管涌。l产生条件产生条件土中粗、细颗粒粒径比土中粗、细颗粒粒径比D/dD/d大于大于1010土的不均匀系数土的不均匀系数d d6060/d/d1010大于大于1010两种相互接触土
9、层渗透系数比两种相互接触土层渗透系数比K K1 1/d/d2 2大于大于2 2渗透的水力坡度大于临界水力坡度渗透的水力坡度大于临界水力坡度管涌管涌管涌破坏示意图管涌破坏示意图l管涌的防治措施管涌的防治措施增加支护桩的入土深度,使渗流路线增加增加支护桩的入土深度,使渗流路线增加人工降低地下水位,改变地下水的渗流方向人工降低地下水位,改变地下水的渗流方向管涌管涌l含义含义当基坑开挖,基底有承压水,承压水顶板厚度小时,当基坑开挖,基底有承压水,承压水顶板厚度小时,水头压力能顶穿基坑底板的现象,称为基坑突涌水头压力能顶穿基坑底板的现象,称为基坑突涌基坑突涌基坑突涌l突涌形式突涌形式基底顶裂,出现网状或
10、树枝状裂缝,地下水涌入,基底顶裂,出现网状或树枝状裂缝,地下水涌入,带出下部土颗粒带出下部土颗粒基底发生流砂现象,边坡失稳,地基悬浮流动基底发生流砂现象,边坡失稳,地基悬浮流动基底发生类似于基底发生类似于“沸腾沸腾”的喷水现象,使基坑积水,的喷水现象,使基坑积水,地基土扰动地基土扰动突涌产生条件与防治措施突涌产生条件与防治措施承压水层顶板厚度:承压水层顶板厚度:减压井减压井基坑突涌基坑突涌基坑突涌基坑突涌降水方法的分类降水方法的分类明排法明排法井点法井点法轻型井点轻型井点喷射井点喷射井点电渗井点电渗井点引渗法引渗法管井法管井法大口井法大口井法辐射井法辐射井法降水技术的发展降水技术的发展降水技术
11、有一百多年的历史降水技术有一百多年的历史最早采用明排或竖井降水最早采用明排或竖井降水18961896年,柏林地铁施工第一次用深井降水年,柏林地铁施工第一次用深井降水1925192519301930年,真空泵井点年,真空泵井点19391939年,德国在年,德国在Salzg-itterSalzg-itter铁路一段长距离挖方中采用铁路一段长距离挖方中采用电渗稳定边坡电渗稳定边坡19501950年以来:多级井点、喷射井点、辐射井点年以来:多级井点、喷射井点、辐射井点降水方法降水方法明排法明排法原理原理降水方法降水方法明排法明排法l适用条件适用条件l不易产生流砂、流土、管涌和塌陷等现象的粘性土、不易产
12、生流砂、流土、管涌和塌陷等现象的粘性土、砂土和碎石土砂土和碎石土l基坑地下水位超过基础底板标高不大于基坑地下水位超过基础底板标高不大于2.02.0m ml渗透系数小于渗透系数小于0.50.5m/dm/d,降水深度小于降水深度小于2.02.0m ml单独使用或联合使用单独使用或联合使用降水方法降水方法明排法明排法l排水沟和集水井的设置排水沟和集水井的设置l布置在距拟建建筑物基础边净距布置在距拟建建筑物基础边净距0.40.4m m以外,排水沟离以外,排水沟离开坡脚不小于开坡脚不小于0.30.3m m,在基坑四角或每隔在基坑四角或每隔30304040m m设置设置1 1个集水井(坑)个集水井(坑)l
13、排水沟底面应比挖土面低排水沟底面应比挖土面低0.30.30.40.4m m,集水井(坑)集水井(坑)比沟底低比沟底低0.50.5m ml沟、井截面根据排量确定:沟、井截面根据排量确定:l基础较深或地下水位较高时,应分层明排或导排法基础较深或地下水位较高时,应分层明排或导排法分层明排法原理分层明排法原理井点法降水根据井型的不同进行分类:井点法降水根据井型的不同进行分类:1.1.轻型井点轻型井点2.2.喷射井点喷射井点3.3.电渗井点电渗井点降水方法降水方法井点法降水井点法降水降水方法降水方法轻型井点轻型井点l原理原理l适用条件适用条件lK=0.1K=0.180m/d80m/dl单级:小于单级:小
14、于6 6m ml二级:二级:6 69m9m轻型井点全貌图轻型井点全貌图二级轻型井点二级轻型井点降水方法降水方法轻型井点轻型井点l井点设置井点设置l沿基坑周围布置,线状或封闭状,距边坡线不小于沿基坑周围布置,线状或封闭状,距边坡线不小于1.01.0m ml井点间距井点间距0.80.82.402.40m ml主要设备:主要设备:l井点管:直径井点管:直径38 38 5555mmmm,长度长度5 5 7 7m m,下端下端1 1 1.71.7m m为滤管,孔眼直径为滤管,孔眼直径12 12 1818mmmm,包滤包滤l连接管:胶皮管、钢管、塑料管,直径连接管:胶皮管、钢管、塑料管,直径38 38 5
15、555mmmm线状布置线状布置封闭状布置封闭状布置降水方法降水方法轻型井点轻型井点l主要设备:主要设备:l集水管:直径集水管:直径100 100 127127mmmm,分节连分节连接,长度接,长度5 5 m m,法兰盘连接,每隔法兰盘连接,每隔0.8 0.8 1.61.6m m设一连接井点管的接头设一连接井点管的接头l抽水设备:抽水设备:l真空泵真空泵l射流泵射流泵真空泵原理真空泵原理射流泵原理射流泵原理集水总管集水总管射流器射流器离心泵离心泵压力表压力表循循环环水水箱箱真空表真空表喷射井点喷射井点原理:原理:3 3集水总管集水总管4 4排水总管排水总管5 5高压泵高压泵6 6集水池集水池扬水
16、器结构示意扬水器结构示意喷射井点喷射井点适用条件适用条件土层渗透系数土层渗透系数K=0.1K=0.180m/d80m/d降水深度大于降水深度大于6m6m,最大可达,最大可达20m20m井点布置井点布置基本同轻型井点基本同轻型井点井距井距1.51.53m3m成孔直径成孔直径400400600mm600mm电渗井点电渗井点原理原理电渗井点电渗井点适用条件适用条件饱和粘土,特别是淤泥、淤泥质粘土饱和粘土,特别是淤泥、淤泥质粘土配合轻型井点和喷射井点配合轻型井点和喷射井点渗透系数渗透系数K K小于小于0.1m/d0.1m/d布置布置同轻型井点和喷射井点同轻型井点和喷射井点极距极距:轻型井点轻型井点0.
17、8-1.0m0.8-1.0m;喷射井点;喷射井点1.2-1.5m1.2-1.5m间歇通电:间歇通电:24h24h停停2-3h2-3h引渗井点引渗井点适用条件适用条件当含水层的下层水位低于上层水位,上层含水当含水层的下层水位低于上层水位,上层含水层的重力水可通过钻孔渗入到下部含水层,起层的重力水可通过钻孔渗入到下部含水层,起混合水位满足降水要求时,可采用引渗自降混合水位满足降水要求时,可采用引渗自降通过井孔抽水,使上层含水层的重力水通过井通过井孔抽水,使上层含水层的重力水通过井孔引导渗入下部含水层,使其混合水位满足降孔引导渗入下部含水层,使其混合水位满足降水要求时,可采用引渗抽降水要求时,可采用
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