基坑降水设计

第一部份：井点降水计算的前提

一、所需水文地质资料

(1).水层性质——承压水、潜水； (2).含水层厚度H；

(3).含水层的渗透系数K和阻碍半径R；

(4).含水层的补给条件，地下水流动方向，水力梯度； (5).原有地下水埋藏深度，水位高度和水位动态转变资料； (6).井点系统的性质——完整井、非完整井。 二、了解建筑工程对降低地下水位的要求

(1).建筑工程的平面布置、范围大小，周围建筑物的散布和结构情形； (2).建筑物基础埋设深度、设计要求的水位下降深度； (3).由于井点排水引发土层紧缩变形的许诺范围和大小。

第二部份：基坑降水方式 一、明沟排水

(一)、明沟排水的适用条件

明沟排水是指在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方式。明沟排水(简称明排)一样适用于土层比较密实，坑壁较稳固，基坑较浅，降水深度不大，坑底可不能产生流砂和管涌等的降水工程。当具有以下条件时，一样能够采纳明沟排水方案。

(1)地质条件。场地为较密实的、分选好的土层，专门是带有必然胶结度或粘稠度的土层时，由于其渗透性低，渗流量较少，在地下水流出时，边坡仍稳固，即便在挖土方时，底部可能会显现短时间翻浆或轻微变更，但对地基无损害，因此适宜明排；本地层土质为硬质粘土夹无水源补给的砂土透镜体或薄层时，由于在基坑开挖进程中，其所贮存的少量水会专门快流出而被疏干，有利于明诽；在岩石土质中施工时，一样均能够进行明排。

(2)水文条件。场地含水层为上层滞水或潜水，其补给水源较远，渗透性较弱，漏水量不大时，一样能够考虑采纳明排随水。

(3)挖土方式。当采纳拉铲挖斗机、反向铲和抓斗挖土机等机械挖土，为幸免由于挖土进程中显现的临时浸泡而阻碍施工时，对含水层的砂、卵石．涌水量较大、具有必然阵水深度的降水工程，也能够采纳明排降水。

(4)其他条件。当基坑边坡为缓坡或采纳堵截隔水后的基坑时；建筑场地宽敞，临近无建筑物时；基坑开挖面积大，有足够场地和施工时刻时：建筑物为轻型地基荷载等条件下，采纳明排降水的适用条件能够扩大。

明沟排水的抽水设备经常使用离心泵、潜水泵和污水泵等，以污水泵为宜。 (二)、明沟排水工程的布置

随着基坑的开挖，当基坑深度接近地下水位时，沿基坑周围(基础轮廓线之外，基坑边缘坡脚内)设置排水沟或渗渠，在基坑四角或每隔30~40m设一直径为~的集水井，沟底宽大于，坡度为％—％，沟底比基坑底低~，集水井底比排水沟底低~。集水井容积大小决定于排水沟的来水量和水泵的排水量，宜保证泵停抽后30分钟内基坑坑底不被地下水淹没。随着基坑的开挖，排水沟和集水井随之分级设置与加深，直到坑底达到设计标高为止。基坑开挖至预定深度后，应付排水沟和集水井进行修整完善，沟壁不稳时还须利用砖石干砌或用透水的砂袋进行支护。

二、轻型井点降水

(一)、轻型井点的降水原理及适用条件

轻型井点抽水系真空作用抽水，如图1所示。轻型井点由井点管、过滤器、集水总管、支管、阀门等组成管路系统，井由抽水设备启动，在井点系统中形成真空，并在井点周围必然范围形成一个真空区，真空区通过砂并扩展到必然范围。

图1轻型井点系统

(a)轻型井点系统整体布置图； (b)单井点布置图

一、井点管；二、过滤管；3、沉淀管；4、集水总管；五、连接管；六、水泵房；7、静水位；八、动水位；九、弯头；10、由任；1一、阀门，1二、粘土；13、砾科

(二)、轻型井点工程的布置

轻型井点系统的平面布置由基坑的平面形状、大小，要求降深，地下水流向和地基岩性等因家决定，可布成环形、U型或线形等，一样沿基坑外缘~布置。当降水基坑为矩形、圆形、三角形成不规那么形状时，常采纳环形封锁式或U形井点布置。当降水深度在6m之内时，采纳单级井点降水。当降水深度较大时，可采纳下卧降水设备或多级井点降水(图2)。

图3 二级轻型井点系统的布置

1. 地下水静止水位；2.从第二级抽水时地下

水位的降落曲线；3.从第一级抽水时地下

水位的降落曲线

三、喷射井点降水

(一)、喷射井点降水原理及适用条件

喷射井点系统由高压水泵、供水总管、井点管、喷射器、测真空管、排水总管及循环水箱所组成。

喷射井点要紧适用于渗透系数较小的含水层和降水深度较大(8~2m)的降水工程。其要紧优势是降水深度大，但由于需要双层井点管，喷射器设在井孔底部，有二根总管与各井点管相连，地面管网敷设复杂，工作效率低，本钱高，治理困难。

四、电渗井点降水

电渗降水一样只适用于含水层渗透系数较小d)的饱和粘土，专门是在淤泥和淤泥质粘土当中的降水。由于粘性上的颗粒较小，地下水流动十分困难，其中仅自由水在孔隙中流动，其它部份地下水那么处于被毛细管吸附的约束状态，不能在压力水头作用下参与流动，当向土中通以直流电流后，不仅自由水、而且被毛细管约束的枯滞水也能参与流动，增加孔隙水流动的有效断面，其渗透性提高数十倍，从而缩短降水时刻，提高降水成效。 一、管井降水

(一)、管井降水原理及适用条件

管井降水方式即利用钻孔成井，多采纳单井单泵(潜水泵或深井泵)抽取地下水的降水方式。当管井深度大于15m时，也称为深井井点降水。管井井点直径较大，出水量大，适用于中、强透水含水层，如砂砾、砂卵石、基岩裂隙等含水层，可知足大降深、大面积降水要求。

(二)、管井防水工程的布置

抽降管井一样沿墓坑周围距基境外缘布置，如场地宽敞或采纳垂直边坡或有锚仟和土钉护坡等条件下，应尽可能距离基坑边缘远些，可用3~5m；当基坑边部设置围护结构及止水帷幕的条件下，可在墓坑内布置管井，采纳坑内降水方式。

管井的间距和深度应依照场地水文地质条件、降水范围和降水深度确信。井间距一样为10~20m。当降水层为弱透水层或降水深度超过含水层底板时，井间距应缩小，可用6~8m；当降水层为中等送水层或降水深接近含水层底板时，井间距可为8~12；当降水层为中等到强透水层，含水层厚度大于降水深度时，可用12~20m；当降水深度较浅，含水层为中等以上透水层．具有必然厚度时，井间距可大于20m。井点深度要大于设计井中的降水深度或进入非含水层中3~5m，井中的降水深度由基坑降水深度、降水范围等计算确信。 六、辐射井点降水

(一)、辐射井点降水的原理及适用条件 辐射井降水是在降水场地设置集水竖井，于竖井中的不同深度和方向上打水平井点，使地下水通过水平井点流入集水竖井中，再用水泵将水抽出，以达到降低地下水位的目的。该降水方式一样适用于渗透性能较好的含水层(如粉土、砂土、卵石土等)中的降水，能够知足不同深度，专门是大面积的降水要求。

(二)、辐射井点降水工程的布置

辐射井降水的竖井和水平井点设置，应依照场地水文地质条件、降水深度和降水面积等综合考虑确信。

集水竖井一样设置在基坑的角点外2~3m，竖井直径3~5m，深度超过基坑底3~5m。关于长方形基坑，可在对角设置两个集水竖井；当基坑长度较大时，可在一长边的两个角和另一边中部各设置一个集水竖井；基坑长度大于100m时，可按50~80m间距设置一个竖井。关于正方形基坑，其边长大于40m，可在基坑的四个角设置竖井。当降水面积专门大时，除在周边按50—8hn间距布设竖井外，还能够在基坑中部设置临时降水井点。

水平井点在集水竖井内施工，其平面位置一样沿基坑周围布设，形成封锁状。当面积较大或降水时刻要求紧时，可在基坑中部打入水平井点，形成扇形状。 七、自渗井点降水

自渗井点降水法适用于以下条件：

(1)在降水范围内的地层结构为三层以上，含水层有两层以上，备含水层之间为相对隔水层(以粉质粘土为主)或隔水层(以粘土为主)。基层含水层的埋深以距离基坑底5~20m为宜。

(2)基层含水层的水位(或水头)低于上部含水层水位，并低于基坑施工要求降低水位。

(3)基层渗透系数大于上层含水层的渗透系数，且具有必然厚度(一样大于2m)，能消纳的水量大于或等于降水深度内的基坑涌水量。

(4)上层地下水的水质未受污染，符合引入基层地下水的要求。 这种降水方式是最近几年来进展起来的一类新型井点降水方式，具有施工简单、快速，不用抽水设备，不排水，不耗能，不占用处地，便于治理，本钱低等优势。

八、综合井点降水

关于一些特定的水文地质条件和工程有特殊要求，采纳某一种井点降水难以取得中意的降水成效时，能够同时采纳两种或多种降水方式，如管井与轻型井点降水相结合．喷射井点和电渗井点降水相结合，管井与引渗砂砾井相结合，轻型井点与喷射井点降水相结合等。下面介绍渗抽结合的阵水方式。

在具有必然自渗条件，但自渗后的水位降深不能知足降水要求，或降水面积较大，光靠周边围降不能使基坑中部的降水深度及降水时刻知足设计、施工要求时，能够采纳砂砾井或管井引渗配合轻型井点或管井抽水来达到降水目的。 当场地具有浅层自渗条件，但自渗后的水位埋深高于降水深度或降水面积大时．沿基坑周围或中部布置砂砾引渗井，以降低上层滞水水位，并于基坑周围边沿适当增加管井抽取下部砂层的地下水，以加深引渗井中的混合水位，从而达到设计降水深度和保证降水工期的要求。两种井的间距和深度应依照场地水文地质条件和降水要求确信，可参照以上相同井点布置。

当场地具有深层自渗条件，但降水深度专门大，或降水面积专门大时，可在基坑周边或中部布置引渗管井，以降低上层滞水和中部浴水含水层中的水位，再选用部份管井作为抽水井，抽取下部承压(潜水)含水层中的地下水．以知足降水要求。此方式能够将地下水位降至20m以下。

当上层滞水或潜水含水层埋藏较浅，其含水层为粉、细砂，基坑深度进入第二含水层或以下时，尽管具有深层自渗条件，但只有引渗管井难以有效地疏干含水层，常常引发边坡或桩间土的坍塌。因此，采纳引渗管井降低地下水位，再用轻型井点疏干上层滞水或潜水的残留水、以保证降水成效和边坡稳固。

第三部份：井点降水方案设计

一、井点降水方式的选择及降水工程的布置 (一)降水方式的选择

在查明降排水区的水文地质条件和明确降水任务要求的基础上，参考表1选

表1 各类井点适用范围

择适合的降水方式。由于各类降排水方式具有必然程度的通用性，在具体选择时应作方案比较，以期取得经济合理的降水成效。 (二)降水工程的平面布置

降水工程的几何图形是多样的，但井点布置大体上可分为两种形式：块状形的基坑采纳环形封锁式，条形状的基坑采纳直线形式的布置方式。

(1)环形封锁式平面布置。凡基坑成块状的均宜采纳封锁式井点布置。当遇有降水面积大。封锁式井点布置因跨度大不能知足降水要求时，可分块进行抽水。 (2)线型平面布置。当降水工程基坑为条形状图形时，如管沟、电缆沟、运河、沟渠等工程，均采纳线形式布置井点。究竟采纳单排或采纳双排(坑二侧)井点布置，需视工程特点而定。当基坑宽度不大于5m及地下水位降低又不超过4m时，一样均采纳单排井点布置。

降水工程，依照井点布置在坑外或坑内又可区分为三种类型：即坑外降水、坑内降水及坑外与坑内相结合降水。

(1)坑外降水。即将井点布设在基坑之外，适用于以下条件：①当坑壁不设保护结构，地下水将向境内渗流．在坡趾周围易产生渗流破坏，宜采纳坑外井点降水方案；②基坑底部以下有承压含水层，需降水深度较大时，宜采纳坑外降水；③当基坑周围环境允许降水，或坑外降水对临近地面无大阻碍者，可在坑外降水。当含水层散布均匀时、可沿基坑边缘外侧平均等距离布置；当含水层散布不均匀时，在要紧富水地段加密布设。在基岩裂隙水场地，重点布置在补给与排泄两头。 (2)坑内降水。即将井点布置在基坑内部。在基坑边部设置围护结构及止水帐幕的条件下，采纳坑内降水方案，可减少降水的总出水量，缩小降水的阻碍范围，减小坑外的水位下降及相应的地面沉降，井点布置多呈网格状或梅花状。 (3)坑内与坑外相结合降水。采纳坑外降水时，假设基坑宽度较大，也能够在基坑内布置少量降水井点。 (三)井点管埋设深度计算

井点管的埋深(Hm)要紧取决于基坑深度、降水区内地下水的水力坡度、降水后水面距离基坑底的深度、降水期间地下水位的转变幅度、过滤器工作部份长度和沉砂管长度，如图2所示。井点管埋设深度可按下式确信：

Hm＞H1hiLZYT H1——基坑深度； h——井点外露高度；

I ——降水区内水力坡度；

L——井点管至基坑中心的距离； Z——降水期间地下水位的转变幅度； Y——过滤器工作部份长度；

T——沉砂管长度。 图2 井点埋设深度图 二、井点降水方案设计 (一)基坑总排水量计算 1.环形布置井点

降水井点按环形封锁式布置时，假设干扰井群中各井流量相等，井结构一致，那么可近似把基坑周围的井群当做一个以基坑为“中心”的大井，依如实际情形，选择相应标准中的有关单井涌水量计算公式进行近似计算，如： 关于潜水完整井

Q总1.366K(2H0SW)SW

R0lgr0关于承压完整井

Q总2.73KmSW R0lgr0式中 Q总——基坑总排水量； K——含水层渗透系数；

H0——含水层静止水位标高； m——承压含水层厚度；

SW——设计基坑水位降深； R0——引用阻碍半径(R0=R+ r0) R——阻碍半径； r0——引用半径。

关于不同排列的降水井群，其引用半径(r0)的计算公式如表3所示。 2.线型布置井点

降水井点按线型布置时，可依如实际情形选择相应标准中的涌水量计算公式近似计算。

如：

关于潜水完整水平集水建筑物

22H0HW Q总KLR0关于承压完整水平集水建筑物

Q总2KmSWL R0式中各符号意义同前。

(二)单井最大许诺出水量的计算

单井出水量决定于含水层的许诺渗透速度、过滤器长度及直径等，其理论计算最大许诺出水量为：

q120rl3K

式中 r——过滤器半径；

l——过滤器长度； 其他符号意义同前。

由于过滤器加工及成井工艺等人为阻碍，设计的单井出水量一样小于上式的计算值。实际工作中常利用现场抽水实验资料求得的单井涌水量值，与上述公式计算结果进行对照后确信。

表3 引用半径计算公式

(三)井点数量的确信

布设井点的数量是依照基坑总排水量与单井出水量进行试算而确信的。

(1)第一依照基坑总排水量及设计出水量确信初步布设井数(n)，计算公式如下：

n(1.1~1.2)Q总q

式中各符号意义同前。

(2)在抽水设备及水位降深确信的情形下，依如实际情形选择干扰井群公式计算单井的出水量。如： 关于潜水完整井群

q2K(2H0SW)SW nR0lnnrwr0n1关于承压完整井群

q2KmSW R0nlnnrwr0n1式中各符号意义同前。

单井出水量也可用以下体会公式计算

q1.25kiDHS

式中 D——过滤器直径； HS——过滤器有效长度； 其他符号意义同前。

(3)验算井群总出水量是不是知足要求。假设nq＞Q总，那么以为所布设井点数合理；假设nq＜Q总那么需增加布设井数。

(4)重复(2)、(3)步计算，直到计算出的井群总出水量大于基坑总排水量时井数即是需要的井数。 (四)井点间距的计算

井点间距按下式计算：

La

n式中 a——井点布设间距； L——基坑长度；

n——布设井点数。

当含水层散布不均匀时，在要紧富水地段井点间距可适当小些。 (五)水位降低查验

井点数量、井点间距及排列方式确信以后．使可选择相应标准中列出的干扰井群水位降深预测公式计算基坑的水位降深，要紧计算基坑内抽水阻碍最小处的水位降深值，检查其是不是知足设计水位降深的要求。

通过降深场的水位计算．若是达不到设计水位降的要求(过小或过大)，那么须从头调整 井点数与井点间距，再进行降深场的水位计算。

第四部份：降水工程设计书的编写

降水工程设计书是降水工程施工的依据和整体调度方案，故编制好设计书是完成降水工

作的关键性环节，应予以充分重视。 一、设计书的内容

(1)降水工程的任务。包括任务来源、降水范围、降水深度和工期要求等；

(2)降水区的自然地理概况。包括降水区的位置状况等；地形、水文、气象、交通及周围环境状况等；

(3)工程地质及水文地质条件。包括地层散布、岩性、结构、含水层类型、富水性、地下水的补给、径流、排泄条件和动态特点等；

(4)降水方案设计。降水方式的选择，降水设计方案的计算与优化；

(5)降水施工技术要求。钻探施工技术要求，并点管结构设计要求，下管、填砾、洗井

要求，设备安装与治理要求，降水场地的供排水部署和要求；

(6)降水监测与治理。降水期间的水位、流量观测要求，观测资料的整理与分析。

二、常编制的附图

(1) 降水区的平面图。包括基坑、井点、观测孔、泵组设置及排水布置等； (2) 降水区剖面图。包括水文地质剖面、降水孔及降水浸润曲线； (3) 降水井点与观测孔结构图等。

第五部份：工程实例

一、 太原钢铁公司某氧化铁皮坑工程喷射井点降水 (一)工程概况及降水要术

太原钢铁厂某氧化铁皮坑工程为φ18m圆形钢筋混凝土结构，深度(图1)。设计要求降水深度为—10m(自然地面设为±，即实际降水深度s=6m，降水面积为F=1000m2。

(二)场地水文地质条件

在深度20m范围内的土层要紧由亚粘土所组成，但在不同深度的亚钻土层内夹有薄层亚砂土和砂层和粘土层；地面以下为静止地下水位，土的渗透系数k=／d，含水层厚度m＝。

图1 井点平面布置图

(三)降水方案设计

依据水文地质的特点及工程要求降水深度，选用型喷射井点深层降水法。 1.有关水力参数的确信 抽水阻碍半径下式确信

R2SWmK2613.35.7103(m)

计算引用半径r0：

r0F190024(m)

3.1416井点过滤器半径r＝，长度l＝。 2.水力计算

(1) 基坑总涌水量Q的计算：

Q1.366K(2HS)S(213.36)61.3665.71500(m3/d)

lgRlgr0lg103lg24(2) 井点单井抽水量q的计算：

q120rl4K1203.14160.0541.545.747.1(m3/d) (3) 井点数量n按下式计算：

nQ155033(根) q47.1若是按现场抽水实验，喷射井点型．当工作水压力589kPa、实测抽水量为d时，井点数量n为：

1550n27(根)

58.5(4) 基坑周长为150m，其井点间距为

150a6(m)

26(5) 校核基坑水位降低值y0：

y0H2Q1(lgRr1rn)1.366Kn15501(lg10319.24)

1.3665.725(13.3)25.92(m)则S0Hy013.305.927.38(m)＞6m

(6) 井点埋设深度Hm按如下方式求出

从实验得知，水力坡度i=1/6，基坑中心距离最大为L=35m，iL＝1/6×35＝(m)，井点外露高度h＝，中心点基坑最大深度H1＝10m，挖掘面到降低水位为。那么

HmhH1iL0.30.3105.80.316.4(m) 3.井点过滤器、滤网及砂滤层的确信 (1) 过滤器进水的孔隙率的确信

q2rvlp

式中 q——单井抽水量，h；

v——许诺流速，≤536 m3/h； 2πrj——过滤器表面积，。 代入

1.9p≥0.105≥10%

360.5(2)滤网一样与土的颗粒组成有关，本工程库存有60—80目铜网供选用。 (3)砂滤层的确信。

按含水层的土的颗粒组成：

5d50≤D50≤10d50

那么砂滤填料粒径为~为宜，砂滤层厚度为7~10cm。 (四)降水成效

(1)降低地下水位。经持续抽水27天，基坑中心点水位降至。知足设计要求的降水深度，见图2；

(2)抽水量的转变。井群的抽水量随着抽水时刻的增加而减少，但最后相对稳固在必然值上。抽水初期总抽水虽最大达2940m3/d，抽水8天以后大体稳固转变在700~800 m3/d，最小值为490 m3/d，平均出水量为625 m3/d，单井抽水量平均为25 m3/d。

抽水量和水位降低与时刻的转变关系见图3。

图2 水位降低值

图3 Q、S与T关系曲线