8地下水控制基坑支护.docx

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8地下水控制基坑支护

附：

建筑基坑支护技术规程（JCJ-99）

8地下水控制

　　8．1一般规定

　　8．1．1地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求，应根据场地及周边工程地质条件、水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析、确定。

　　8．1．2地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水和回灌等型式单独或组合使用，可按表8.1.2选用。

表8.1.2　　地下水控制方法适用条件

　　8．1．3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。

截水后，基坑中的水量或水压较大时，宜采用基坑内降水。

　　8．1．4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上层稳定。

　　8．2集水明排

　　8．2．1排水沟和集水井可按下列规定布置：

　　1．排水沟和集水井宜布置在拟建建筑基础边净距0.4m以外，排水沟边缘离开边坡坡脚不应小于0.3m；在基坑四角或每隔30~40m应设一个集水井；

　　2．排水沟底面应比挖土面低0.3~0.4m，集水井底面应比沟底面低0.5m以上。

　　8．2．2沟、井截面根据排水量确定，排水量V应满足下列要求：

　　V≥1.5Q（8.2.2）

　　式中Q——基坑总涌水量，可按附录F计算。

　　8．2．3抽水设备可根据排水量大小及基坑深度确定。

　　8．2．4当基坑侧壁出现分层渗水时，可按不同高程设置导水管、导水沟等构成明排系统；当基坑侧壁渗水量较大或不能分层明排时，宜采用导水降水方法。

基坑明排尚应重视环境排水，当地表水对基坑侧壁产生冲刷时，宜在基坑外采取截水、封堵、导流等措施。

　　8．3降水

　　8．3．1降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于15倍井管直径，在地下水补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。

　　8．3．2降水井的深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定。

设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑底面以下0.5m。

　　8．3．3降水井的数量n可按下式计算：

　　n=1.1Q/q（8.3.3）

　　式中Q——基坑总涌水量，可按附录F计算；

　　q——设计单井出水量，可按本规程第8.3.4条计算。

　　8．3．4设计单井出水量可按下列规定确定：

　　1．井点出水能力可按36~60m3/d确定；

　　2．真空喷射井点出水量可按表8.3.4确定；

表8.3.4　　喷射井点设计出水量

　　3．管井的出水量q（m3/d）可按下列经验公式确定：

　　8．3．5过滤器长度宜按下列规定确定：

　　1．真空井点和喷射井点的过滤器长度不宜小于含水层厚度的1/3；

　　2．管井过滤器长度宜与含水层厚度一致。

　　8．3．6群井抽水时，各井点单井过滤器进水部分长度，可按下式验算：

　　y0＞l（8.3.6－1）

　　单井井管进水长度y0，可按下列规定计算：

　　1．潜水完整井：

　　2．承压完整井：

　　当过滤器工作部分长度小于2/3含水层厚度时应采用非完整井公式计算。

若不满足上式条件，应调整井点数量和井点间距，再进行验算。

当井距足够小仍不能满足要求时应考虑基坑内布井。

　　8．3．7基坑中心点水位降深计算可按下列方法确定：

　　1．块状基坑降水深度可按下式计算：

　　2．对非完整井或非稳定流应根据具体情况采用相应的计算方法；

　　3．计算出的降深不能满足降水设计要求时，应重新调整井数、布井方式。

　　8．3．8在降水漏斗范围内因降水引起的计算沉降量可按分层总和法计算。

　　8．3．9真空井点结构和施工应符合下列技术要求；

　　1．滤管直径可采用38~110mm的金属管，管壁上渗水孔直径为12~18mm，呈梅花状排列，孔隙率应大于15%；管壁外应设两层滤网，内层滤网宜采用30~80目的金属网或尼龙网，外层滤网宜采用3~10目的金属网或尼龙网；管壁与滤网间应采用金属丝绕成螺旋形隔开，滤网外应再绕一层粗金属丝；

　　2．当一级井点降水不满足降水深度要求时，亦可彩多级井点降水方法；

　　3．井点管的设置可采用射水法、钻孔法和冲孔法成孔，井孔直径不宜大于300mm，孔深宜比滤管底深0.5~1.0m.在井管与孔壁间及时用洁净中粗砂填灌密实均匀。

投入滤料的数量应大于计算值的85%，在地面以下1m范围内应用粘土封孔；

　　4．井点使用前，应进行试抽水，当确认无漏水、漏气等异常现象后，应保证连续不断抽水；

　　5．在抽水过程中应定时观测水量、水位、真空度，并应使真空度保持在55kPa以上。

　　8．3．10喷射井点的结构及施工应符合下列要求：

　　1．井点的外管直径宜为73~108mm，内管直径为50~73mm，过滤器直径为89~127mm，井孔直径不宜大于600mm，孔深应比滤管底深1m以上。

过滤器的结构与真空井点相同。

喷射器混合室直径可取14mm，喷嘴直径可取6.5mm，工作水箱不应小于10m3。

　　2．工作水泵可采用多级泵，水压宜大于0.75MPa。

　　3．井孔的施工与井管的设置方法与真空井点相同。

　　4．井点使用时，水泵的起动泵压不宜大于0.3MPa。

正常工作水压力宜为0.25P0（扬水高度）；正常工作水流量宜取单井排水量。

　　8．3．11管井结构应符合下列要求：

　　1．管井井管直径应根据含水层的富水性及水泵性能选取，且井管外径不宜小于200mm，井管内径宜大于水泵外径50mm。

　　2．沉砂管长度不宜小于3m。

　　3．钢制、铸铁和钢筋骨架过滤器的孔隙率分别不宜小于30%、23%和50%。

　　4．井管外滤料宜选用磨圆度较好的硬质岩石，不宜采用棱角状石渣料、风化料或其它粘质岩石。

滤料规格宜满足下列要求：

　　1）对于砂土含水层

　　D50=（6~8）d50（8.3.11－1）

　　式中D50、d50——填料和含水层颗料分布累计曲线上重量为50%所对应的颗粒粒径。

　　2）对于d50＜2mm的碎石类含水层：

　　D50=（6~8）d20（8.3.11－2）

　　3＝对于d20≥2mm的碎石类土含水层，可充填粒径为10~20mm的滤料。

　　4＝滤料应保证不均匀系数小于2。

　　8．3．12抽水设备主要为深井泵或深井潜水泵、水泵的出水量应根据地下水位降深和排水量大小选用，并应大于设计值的20~30。

　　8．3．13管井成孔宜用于孔或清水钻进，若采用泥浆管井，井管下沉后必须充分洗井，保持滤网的畅通。

　　8．3．14水泵应置于设计深度，水泵吸水口应始终保持在动水位以下。

成井后应进行单井试抽检查降水效果，必要时应调整降水方案。

降水过程中，应定期取样测试含砂量，保证含砂量不大于0.5‰。

　　8．4截水

　　8．4．1截水帷幕的厚度应满足基坑防渗要求，截水帷幕的渗透系数宜小于1.0×10-6cm/s。

　　8．4．2落底式竖向截水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可按下式计算：

　　l=0.2hw－0.5b（8.4.2）

　　式中l——帷幕插入不透水层的深度；

　　hw——作用水头；

　　b——帷幕厚度。

　　8．4．3当地下含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向截水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案。

　　8．4．4截水帷幕施工方法、工艺和机具的选择应根据场地工程地质、水文地质及施工条件等综合确定。

施工质量应满足《建筑地基处理规范》JGJ79－91的有关规定。

　　8．5回灌

　　8．5．1回灌可采用井点、砂井、砂沟等。

　　8．5．2回灌井与降水井的距离不宜小于6m。

　　8．5．3回灌井的间距应根据降水井的间距和被保护物的平面位置确定。

　　8．5．4回灌井宜进入稳定水面下1m，且位于渗透性较好的土层中，过滤器的长度应大于降水井过滤器的长度。

　　8．5．5回灌水量可通过水位观测孔中水位变化进行控制和调节，不宜超过原水位标高。

回灌水箱高度可根据灌入水量配置。

　　8．5．6回灌砂井的灌砂量应取井孔体积的95%，填料宜采用含泥量不大于3%、不均匀系数在3~5之间的纯净中粗砂。

　　8．5．7回灌井与降水井应协调控制。

回灌水宜采用清水。

附录F基坑涌水量计算

　　F．0．1均质含水层潜水完整井基坑涌水量可按下列规定计算（图F.0.1）。

图F.0.1均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算简图

（a）基坑远离边界；（b）岸边降水；（c）基坑位于两地表水体间；（d）基坑靠近隔水边界

　　1．当基坑远离边界时，涌水量可按下式计算：

　　F．0．2均质含水层潜水非完整井基坑涌水量可按下列规定计算（图F.0.2）

图F.0.2均质含水层潜水非完整井涌水量计算简图

　　（a）基坑远离边界；（b）近河基坑含水层厚度不大；（c）近河基坑含水层厚度很大

　　F．0．3均质含水层承压水完整井涌水量可按下列规定计算（图F.0.3）：

图F.0.3均质含水层承压水完整井基坑涌水量计算图

（a）基坑远离边界；（b）基坑于岸边；（c）基坑与两地表水体间

　　F．0．4均质含水层承压水非完整井基坑涌水量可按下式计算（图F.0.4）：

图F.0.4均质水层承压水非完整井基坑涌水量计算图

　　F．0．5均质含水层承压~潜水非完整非基坑涌水量可按下式计算（图F.0.5）：

　　F．0．6当基坑为圆形时，基坑等效半径应取为圆半径，当基坑为非圆形时，等效半径可按下列规定计算：

图F.0.5均质含水层承压~潜水非完整井基坑涌水量计算图

1．矩形基坑等效半径可按下式计算：

　　r0=0.29（a+b）（F.0.6－1）

　　式中a、b——分别为基坑的长、短边。

　　2．不规则块状基坑等效半径可按下式计算：

　　式中A——基坑面积。

　　F．0．7降水井影响半径宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时，可按下列经验公式计算：

附录G

本规程用词用语说明

　　一、为便于在执行本规程条文时区别对待，对于要求严格程度不同的词说明如下：

　　1．表示很严格，非这样做不可的用词：

　　正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”。

　　2．表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：

　　正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。

　　3．表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：

　　正面词采用“宜”；反面词采用“不宜”。

　　表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

　　二、条文中指明必须按其他标准、规范执行的写法为“按……执行”或“应符合……的规定”。

8地下水控制

　　8．1一般规定

　　8．1．1在基坑开挖中，为提供地下工程作业条件，确保基坑边坡稳定、基坑周围建筑物、道路及地下设施安全，对地下水进行控制是基坑支护设计必不可少的内容。

　　8．1．2合理确定地下水控制的方案是保证工程质量，加快工程进度，取得良好社会和经济效益的关键。

通常应根据地质条件、环境条件、施工条件和支护结构设计条件等因素综合考虑。

本条提出了控制方案的确定原则。

　　表8.1.2列出了我国基坑支护工程中经常采用的四种地下水控制方法及其适用范围。

在选择降水方法上，是按颗粒粒度成分确定降水方法，大体上中粗砂以上粒径的土用水下开挖或堵截法，中砂和细砂颗粒的土作井点法和管井法，淤泥或粘土用真空法和电渗法。

原苏联和我国一样，都是按渗透系数和降水深度选择降水方法，要选取经济合理、技术可靠、施工方便的降水方法必须经过充分调查，并注意以下几个方面：

（1）含水层埋藏条件及其水位或水压；

（2）含水层的透水性（渗透系数、导水系数）及富水性；

　　（3）地下水的排泄能力；

　　（4）场地周围地下水的利用情况；

　　（5）场地条件（周围建筑物及道路情况，地下水管线埋设情况）。

　　8．1．3在基坑周围环境复杂的地区，地下水控制方案的确定，应充分论证和预测地下水对环境的影响和变化，并采取必要的措施，以防止发生因地下水的改变而引起的地面下沉、道路开裂、管线错位、建筑物偏斜、损坏等危害。

　　8．2集水明排

　　8．2．1集水明排可单独采用、亦可与其他方法结合使用。

单独使用时，降水深度不宜大于5m，否则在坑底容易产生软化、泥化，坡脚出现流砂、管涌，边坡塌陷，地面沉降等问题。

与其他方法结合使用时，其主要功能是收集基坑中和坑壁局部渗出的地下水和地面水。

本条主要规定了布置排水沟和集水井的技术要求。

　　8．2．2~8．2．3根据经验排水量应大于涌水量的50%。

涌水量的确定方法很多，考虑到各地区水文地质条件均各异，因此，尽可能通过试验和当地经验的方法确定，当地经验不足时，也可简化为圆形基坑用大井法计算。

　　8．3降水

　　8．3．1本条规定了降水井的布置原则。

　　8．3．3本条规定了封闭式布置的降水井数量计算方法。

考虑到井管堵塞或抽气会影响排水效果，因此，在计算出的井数基础上加10%。

基坑总涌水量是根据水文地质条件、降水区的形状、面积、支护设计对降水的要求按附录F计算，列出的计算公式是常用的一些典型类型，凡未列入的计算公式可以参照有关水文地质、工程地质手册，选用计算公式时应注意其适用条件。

　　8．3．4单井的出水量取决于所在地区的水文地质条件、过滤器的结构、成井工艺和抽水设备能力。

本条根据经验和理论规定了真空井点、喷射井点、管井和自渗井的出水能力。

　　8．3．5试验表明，在相同条件下井的出水能力随过滤器长度的增加而增加，尽可能增加过滤器长度对提供降水效率是重要的，然而当过滤器的长度达到某一数值后，井的出水量增加的比例却很小。

因此，本条规定了过滤器与含水层的相对长度的确定原则是既要保证有足够的过滤器长度，但又不能过长，以致降水效率降低。

　　8．3．6利用大井法所计算出的基坑涌水量Q，分配到基坑四周上的各降水井，尚应对因群井干扰工作条件下的单井出水量进行验算。

　　8．3．7当检验干扰井群的单井流量满足基坑涌水量的要求后，降水井的数量和间距即确定，应进一步对由于干扰井群的抽水疏干所降低基坑地下水位进行验算，计算所用的公式实际上是大井法计算基坑涌水量的公式，只是公式中的涌水量（Q）为已知。

　　基坑中心水位下降值的验算，是降水设计的核心，它决定了整个降水方案是否成立，它涉及到降水井的结构和布局的变更等一系列优化过程，这也是一个试算过程。

　　除了利用上述条文中的计算公式外，也可以利用专门性的水文地质勘察如群井抽水试验或降水工程施工前试验性群井降水，在现场实测出基坑范围内总降水量和各个降水井水位降深的关系，以及地下水位下降与时间的关系，利用这些关系拟合出相关曲线，从而用单相关或复相关关系，确定相关函数，据此推测各种布井条件下基坑水位下降数值，以便选择出最佳的降水方案。

此种方法对水文地质结构比较复杂的基坑降水计算尤为合适。

　　条文中列出的公式为稳定流条件下潜水基坑降水的计算式。

对于非稳定流的计算可参考有关水文地质计算手册。

　　8．4截水

　　8．4．2竖向截水帷幕的形式两种：

一种系插入隔水层，另一种系含水层相对较厚，帷幕悬吊在透水层中。

前者作为防渗计算时，只需计算通过防渗帷幕的水量，后者尚需考虑绕过帷幕涌入基坑的水量。

本条根据经验规定了落底式竖向截水帷幕的插入深度。

　　8．4．3采用内部井降水方法可以减少对周围环境的影响。

　　8．5回灌

　　8．5．1基础开挖或降水后，不可避免地要造成周围地下水位的下降，从而使该地段的地面建筑和地下构筑物因不均匀沉降而受到不同程度的损伤。

为减少这类影响，可对保护区内采取回灌措施。

如果建筑物离基坑远，且为均匀透水层，中间无隔水层时，则可采用最简单、最经济的回灌沟的方法，如果建筑物离基坑近；且为弱透水层或者有隔水层时，则必须用回灌井或回灌砂井。

　　8．5．2回灌井与抽水井之间应保持一定的距离，当回灌井与抽水井距离过小时，水流彼此干扰大，透水通道易贯通，很难使水位恢复到天然水位附近。

根据华东地区、华南地区许多工程经验，当回灌井与抽水井的距离大于等于6m时，则可保证有良好的回灌效果。

　　8．5．3为了在地下形成一道有效阻渗水幕，使基坑降水的影响范围不超过回灌井并排的范围，阻止地下水向降水区的流失，保持已有建筑物所在地原有的地下水位仍处于原有平衡状态，以有效地防止降水的影响。

合理确定回灌井的位置和数量是十分重要的。

一般而言，回灌井平面布置主要根据降水井和被保护物的位置确定。

回灌井的数量根据降水井的数量来确定。

　　8．5．4回灌井的埋设深度应根据降水层的深度和降水曲面的深度而定，以确定基坑施工安全和回灌效果。

本条提出了回灌井的埋设深度和过滤器长度的确定原则。

　　8．5．5回灌水量应根据实际地下水位的变化及时调节，既要防止回灌水量过大而渗入基坑影响施工，又要防止回灌水量过小，使地下水位失控影响回灌效果，因此，要求在基坑附近设置一定数量的水位观测孔，定时进行观测和分析，以便及时调整回灌水量。

　　回灌水一般通过水箱中的水位差自灌注入回灌井中，回灌水箱的高度，可根据回灌水量来配置，即通过调节水箱高度来控制回灌水量。

　　8．5．6回灌砂井中的砂必须是纯净的中粗砂，不均匀系数和含水量均应保证砂井有良好的透水性，使注入的水尽快向四周渗透。

　　8．5．7需要回灌的工程，回灌井和降水井是一个完整的系统，只有使它们共同有效地工作，才能保证地下水位处于某一动态平衡，其中任一方失效都会破坏这种平衡，本条要求回灌与降水在正常施工中必须同时启动，同时停止，同时恢复。