地下水控制技术

地下水控制技术◇降水的作用·干燥作业环境·增强边坡稳定·增加基坑底稳定性·提高土体物理力学性能·增加地基抗剪强度◇降水作用◇降水影响·地表沉降施工降水引起的潜水位或微承压水头的下降，减少了水的浮托力，增加了土的有效压力，使土体产生附加沉降变形；·地表塌陷产生的动水压力可能使粉砂层产生流砂、潜蚀现象，使粉土产生“流泥”现象，从而引起局部地层被掏空，造成基坑周围建筑物下沉，周围地面产生塌陷。·破坏管线当不均匀沉降超过地下管线及其市政设施承受变形的能力时，还将发生管线错位、开裂等现象，造成供水、供气的漏失和中断，以及下水管道的堵塞等环境问题。◇降水方法·管井井点管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成。管井井点设备较为简单，排水量大，降水较深，较轻型井具有更大的降水效果，可代替多组轻型井点作用，水泵设在地面，易于维护。·适用条件适于渗透系数较大，地下水丰富的土层、砂层（粗砂~卵石地层），降水深度较大（一般8~20m的潜水或承压水地区）。但管井属于重力排水范畴，降水高度受到一定限制，要求渗透系数较大（20~200m/d）。·不同颗粒的土采用的降水方法·不同渗透系数的土采用的降水方法土的名称渗透系数（m/d）土的有效粒径（mm）采用的降水方法粘土重粉质粘土粉质粘土0.0010.001~0.050.05~0.10.003电渗法粉土粉砂0.1~0.50.5~1.00.003~0.025真空法、喷射井点、深井法细砂中砂粗砂1~55~2020~500.1~0.250.25~0.50.5~1普通井点法、喷射井点，深井法砾石≥50多层井点或深井法◇二元结构地层把上部由透水性弱、力学强度低的粘性土层，下部由强度高、透水性强的砂、砾、卵石层构成的地层结构。◇武汉地层特点武汉地区一级阶地广泛分布，由第四系全新统地层构成，汉口分布较广，武昌、汉阳相对较少，属于河流相，部分河湖相。第四系覆盖层为粘性土、淤泥质土、淤泥，下部为交互层，为粉细砂-细砂-含砾中粗砂，是典型的二元结构地层。二元结构地层采用的降水方法土的名称渗透系数（m/d）降水深度（m）采用的降水方法粘土、砂土〈20〈5明排填土、粉土粉砂0.1~20〈10轻型井点、喷射井点填土、粉土粉砂0.1~20〈20电渗井砂、碎石土、岩溶0.1~200〉5管井砂土、碎石土0.1~200〈20大口井·二元结构地层复式降水挖土深（m）地下水类型上层滞水＜5复式降水（明排+轻型井点）12~20复式降水（轻型井点+管井）＞20复式降水（轻型井点+深井）降水设计要求基坑开挖及地下结构施工期，地下水位保持在基坑地以下0.5～1.0m。深部承压水不引起坑底隆起。降水期间邻近建筑物及地下管线的正常使用。基坑边坡的稳定性。降水系统设计包括降水井布设、井深、井数、井距、井的结构及单井出水量等深刻理解地层条件、地下水赋存特征。选择降水方法。估算基坑范围内地下水量。计算降水井数量。降水井结构、降水网络设计。◇降水施工·轻型井点在基坑的四周或一侧埋设井点管深入含水层内，井点管的上端通过连接弯管与集水总管连接，集水总管再与真空泵和离心水泵相连，启动抽水设备，地下水便在真空泵吸力的作用下，经滤水管进入井点管和集水总管，排除空气后，由离心水泵的排水管排出使地下水位降到基坑底以下。·适用条件适于渗透系数为0.1~50m/d以上的土层，而对土层中含有大量的细砂和粉砂的土层特别有效，或用于明沟排水易引起流砂、坍方等。·组成由井点管、连接管、集水总管及抽水设备等组成。·轻型井点施工程序埋设井点管的程序是：放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管、填砂砾滤料、上部填粘土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备与总管连通→安装集水箱和排水管→开动真空泵排气、再开动离心水泵抽水→测量观测井中地下水位变化。·施工要点井点系统全部安装完毕后，须进行试抽，以检查有无漏气现象。真空度是判断井点系统良好与否的尺度，一般应不低于55.3~66.7kPa◇降水施工·喷射井点喷射井点降水是在井点管内部装设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机通过井点管的内管向喷射器输入高压水（喷水井点）或压缩空气（喷气井点）形成水气射流，将地下水经井点外管与内管之间的间隙抽出排走，本法设备较简单，排水深度大，可达8~20m。·适用条件基坑开挖较深、降水深度大于6m、土渗透系数为3~50m/d的砂土或渗透系数0.1~3m/d的粉砂、淤泥质土、粉质粘土中使用。其一层降水深度可达10~20m。场地狭窄，不允许布置多级轻型井点时，宜采用喷射井点降水。·组成喷射井管、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统组成。·喷射井点施工流程设置泵房，安装进、排水总管→水冲法或钻孔法成井→安装喷射井点管、填滤料→接通进水、排水总管，并与高压水泵或空气压缩机接通→将各井点管的外管管口与排水管接通，并通到循环水箱→启动高压水泵或空气压缩机抽取地下水→用离心泵排除循环水箱中多余的水→测量观测井中地下水位。·施工要点安装前应对喷射井点管逐根冲洗，检查完好方可使用。井点管埋设宜用套管冲枪（或钻机）成孔，冲孔直径为400~600mm，深度应比滤管底深1.00m以上。然后加水及压缩空气排泥，当套管内含泥量经测定小于5%时才下井管及灌砂，然后再将套管拔起。井点孔口地面以下0.50~1.00m深度范围内应采用粘土封口。·喷射井点施工要点下井管时水泵应先开始运转，以便每下好一根井管，立即与总管接通（不接回水管）后及时进行单根试抽排泥，并测定真空度，待井管出水变清后为止，地面测定真空度不宜小于93.3kPa。使用时开泵压力要小些（小于0.3MPa），以后再逐渐正常。抽水时如发现井管周围有泛砂冒水现象，应立即关闭井点管进行检修。各套进水总阀应用阀门隔开，各套回水管也应分开。为防止产生工作水反灌，在滤管下端应设逆止球阀。·管井井点施工流程成孔→下井管→砾料围填→孔口封闭→洗井→抽水等。·施工要点管井埋设可采用泥浆护壁冲击钻成孔或泥浆护壁钻孔方法成孔。钻孔底部应比滤水井管深200mm以上。井管下沉前应进行清洗滤井，冲除沉渣。滤水井管应置于孔中心，下端用圆木堵塞管口，井管与孔壁之间用3~l5mm砾石填充作过滤层，地面下0.5m内用粘土填充夯实。常用过滤器类型1-井口封闭板；2-围填中的砾料；3-井壁管；4-扶正器；5-过滤器；6-钻杆；7-胶皮活塞；8-喷水头·深井井点在深基坑的周围埋置深于基底的井管，通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出，使地下水位低于坑底。·适用条件适于渗透系数较大（10~250m/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深面积大，时间长的情况，降水深可达50m以内，对于有流砂的地区和重复挖填土方地区便用，效果尤佳。·组成深井、井管和潜水泵等组成。·深井井点施工流程井点测量定位→挖井口、安护筒→钻孔就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的砂砾过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→降水完毕拔井管→封井。·施工要点深井井管沉放前应清孔，一般用压缩空气洗井或用吊筒反复上下取出泥渣洗井，或用压缩空气（压力为0.8MPa、排气量为12m3/min）与潜水泵联合洗井。井管安放应力求垂直并位于井孔中间；管顶部比自然地面高500mm左右。·深井井点施工要点井管过滤部分应放置在含水层适当的范围内。井管下入后，及时在井管与土壁间填充砂砾滤料。粒径应大于滤网的孔径，一般为3~8mm的细砾石。填滤料要一次连续完成，从底填到井口下lm左右，上部采用不含砂石的粘土封口。一般采用压缩空气洗井法。·降水运行管理要点1.基坑周围井点应对称、同时抽水，使水位差控制在要求限度内。2.靠近建筑物的深井，应使建筑物下的水位与附近水位之差保持不大于1m，以免造成建筑物的不均匀沉降而出现裂缝。3.井点供电系统应采用双线路，防止中途停电或发生其他故障，影响排水。必要时设置能满足施工要求的备用发电机组，以防止突然停电，造成水淹基坑。4.抽排水中含沙量的检测，远期含沙量要满足要求。5.动态信息化降水运行。◇地表沉降沉降机理沉降计算ΔSw——承压水水位下降引起地面沉降值，cm；ms——为经验系数，0.5~0.9；σw——为承压水水位下降引起的附加应力，每下降lm水位引起0.01MPa的附加应力；Δhi——为下卧层各层厚度，cm；Esi——下卧层各层的压缩模量，MPa。沉降数值模拟沉降数值模拟◇复式降水引起的地表沉降◇降低降水影响效应措施采用复式降水技术严格的降水井施工工艺降水的动态信息化施工隔水与降水相结合回灌技术·实例1武汉国际贸易大厦深基坑降水国贸大厦占地约64.5×80m2（约5100m2），地上为50层，主楼占地面积约3000m2，开挖深度为-15.7m，电梯井处开挖深度为-16.8m。基坑降低承压水水位为18.0m，被誉为“楚天第一坑”。土层名称土层描述厚度范围（m）（平均厚度）Es（MPa）（KN/m3）1.人工填土主要为建筑垃圾充填、呈松散状态1.10~1.1.9（1.50）5~618.12.一般粘性土（2-1）粘土灰黄~灰褐色、流塑状态，属高压缩性土2.20~3.40（2.85）4~617.8（2-2）淤泥质粘土灰~灰褐色、流塑状态，夹有薄层粉砂7.10~7.50（7.30）3~517.1（2-3）粉土灰色、带粉砂及粉质粘土薄层2.00~2.50（2.25）8~1018.23.粉细砂灰~青灰色，中密状态，呈松散28.8~33.2（31.0）15~2019.14卵砾石夹砂青灰色，中密状态31.0沉降测点沉降分析·实例2武汉商场扩建工程深基坑复式降水占地约80.5×75m2，开挖深度为-12m。工程周边环境非常复杂复式降水轻型井点：间距1.1m,井深9m.深井井点：间距20~30m,井深25m。◇复式降水引起的地表沉降食堂：最大沉降25mm,不均匀沉降斜率控制在1.5‰商住楼：最大沉降23mm,不均匀沉降斜率控制在1.5‰μ为水位比降值I为水力坡度ΔSw为承压水水位下降引起地面沉降值ΔS为承压水水位下降值◇主要结论1.采用适当的降水方法对降低环境效应效果显著，2.对于二元结构地层，复式降水应优先选择，尤其是地铁明挖施工3.严格降水施工工艺4.加强降水运行的信息化5.降低降水施工的影响效应