第一章-高层建筑深基坑地下水控制课件.ppt
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- 第一章 高层建筑 基坑 地下水 控制 课件
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1、第一章第一章 高层建筑深基坑地下水控制高层建筑深基坑地下水控制第一节第一节 地下水的基本特性地下水的基本特性与深基坑工程有关的地下水一般分为上层滞水、潜水和承压水三类。1.上层滞水上层滞水 上层滞水是处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中,包括土壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节性存在的水。主要特征:受气候控制,季节性明显,变化大。工程意义:腐蚀、盐碱化 上层滞水分布于上部松散地层的包气带之中,含水层多为微透水至弱透水层。无统一水面,水位随季节变化,不同场地不同季节的地下水位各不相同,涌水量很小,且随季节和含水层性质的变化而有较大的变化。2.潜水、潜水、潜水:潜水:埋藏在
2、地表以下,第一层较稳定的隔水层以上具有自由面的重力水。潜水分布在松散地层,基岩裂隙破碎带及岩溶等地区,含水层可为弱透水层、强透水层。特征:特征:(1)潜水有自由表面;(2)水量受气候条件影响,季节性变化明显(3)水温随季节而有规律的变化 (4)水质易受污染。补给来源:补给来源:大气降水、地表水、深层地下水排泄:排泄:渗入地表水体、蒸发 3.承压水承压水承压水:地表以下,充满两个稳定隔水层之间的重力水称为承压水或自流水。承压水分布于松散地层,基岩构造盆地、岩溶地区,充满两个隔水层之间的含水层中的地下水。该承压水对基坑底板和基坑施工的危害较大,一般由于其埋深大、水头高、水量大等原因,给深基坑的治水
3、工作带来一定的困难。特征:特征:(1)承压水具有一定压力 (2)承压水不受气候的影响,状态较稳定 (3)不易受污染 (4)承压水的形成与分布的地质构造及沉积条件有密切关系。一、动水压力和流砂一、动水压力和流砂 粒径很小的非黏性土,在动水压力作用下,土颗粒极易失去稳定,而随地下水一起流动涌入坑内,这种现象成为流砂,也称为管涌冒砂。发生流砂现象时,地基完全失去承载力,工人难以立足,施工条件恶化;土边挖边冒,难以达到设计深度;引起边坡塌方,使附近建筑物下沉、倾斜,甚至倒塌;拖延工期,增加施工费用。因此,在施工前,必须对工程地质资料和水文资料进行详细调查研究,采取有效措施来防治流砂现象。(一)流砂的成
4、因(一)流砂的成因1.产生流砂的外因产生流砂的外因取决于外部水位条件 地下水的渗流对单位土体的土颗粒产生的压力称为动水压力,用 表示,它与单位土体内渗流水受到土颗粒的阻力T大小相等、方向相反。如图1-1所示,水在土体内从A向B流动,沿水流方向任取一土柱体AB,其长度为L,横断面积为S,两端点A、B之间的水头差为。计算动水压力时,考虑地下水的渗流加速度很小,因而忽略惯性力。DG作用于AB土体上的力有:,;其中g为重力加速度,为水的密度,S为断面积;土柱体内水的重量 ;为土柱体中的土颗粒对渗流水的总阻力,,T为土体的阻力。根据静力平衡条件,得AWAPgh SShgPBWBWLSgWZPTLSPZ0
5、cosLSgPPPWZBA将 代入上式,可得 式中,称为水力坡度。设水在土中渗流时,对单位土体的压力为 ,由作用力等于反作用力、但方向相反的原理,可知:由此式可知:动水压力与水力坡度成正比;动水压力作用方向与水流方向相同。LzzBAcos wWBAWBAAAWIIgLHHhLzhzhgTLHLHHIBADGWDITG 由于动水压力与水流方向一致,所以当水在土中渗流的方向改变时,动水压力对土就会产生不同的影响。如水流从上向下,则动水压力与重力方向相同,加大土粒间的压力。如水流从下向上,则动水压力与重力方向相反,减少土粒间压力,也就是土粒除了受水的浮力外,还要受到动水压力向上举的趋势。如果动水压力
6、等于或大于土的有效重度,即 此时,土粒即可能失去自重,在动力压力作用下处于悬浮状态,随着渗流的水一起流动,即出现所谓流砂。DG2.产生流砂的内因产生流砂的内因取决于土的性质由土的三相比例指标换算公式可知,土在水中的有效重度与孔隙比的关系:式中 土的饱和重度;土的相对密度;土的孔隙比。所以,土粒愈细,有效重度愈小,孔隙比愈大,在孔隙水动力压力作用下就愈容易产生流砂。根据经验,流砂一般容易发生在细砂、粉砂等砂性土壤中。所以,为避免施工过程出现流砂,施工前即应了解工程场地的地质、水文情况、以便预先采取措施防治。WsWsated11satsde(二)流砂的防治措施(二)流砂的防治措施 基础是建筑物的十
7、分重要组成部分,它对建筑物的安全和正常使用影响极大,在实际施工过程中必须结合工程地质条件、建筑材料及施工技术等因素,并将上部结构与地基基础综合考虑,使基础工程安全可靠、经济合理、技术先进,便于施工。在基础施工过程中,如果没有解决好这一问题,基础就会跟着砂层一起流动,发生位移,这样地基础的持力层就会发生变化,这对建筑物来说是十分有害的,也是绝对不容许有这种现象发生的。实践证明,建筑物的事故很多是与地基基础有关的。例如著名的意大利比萨斜塔的倾斜就是由于地基的不均匀沉降而造成的。我国上海工业展览馆建于1954年,总重10000t,地基为厚14m的淤泥软质粘土。建成后,当年地基下沉0.6m,目前大厅平
8、均每年沉降量达1.6m。因此我们在进行施工时,必须要认真处理好基础,一般多层建筑中,基础工程造价约占总造价的20%-25%,对高层建筑或需地基处理时,则所需费用更大。另外,地基基础属于隐蔽工程,一旦出现事故,不容易处理。因此基础工程实属百年大计,必须慎重对待。细砂、粉砂等砂性土壤一般容易发生流砂现象,但是否出现流砂现象的重要条件是动水压力的大小和方向。在一定条件下土转化为流砂,而在另一些条件下,又可将流砂转变成为稳定土。因此,在基坑开挖中,防治流砂的原则是“治砂必先治水”。防治流砂的途径有:一是减少或平衡动水压力;二是改变动水压力方向;三是截断地下水流。防治流砂具体措施:防治流砂具体措施:(1
9、)枯水期施工(2)抛沙袋或大石块重压法(3)打钢板桩法(4)水下挖土法(5)人工降低地下水位法:(6)地下连续墙法:此外,在含有大量地下水土层或沼泽地区施工时,还可以采取土壤冻结法等。对位于流砂地区的基础工程,应尽可能用桩基或沉井施工,以节约防治流砂所增加的费用。二、地下水控制方法的选择二、地下水控制方法的选择 在基坑工程施工中,对地下水的治理一般可从两个方面进行,一是降低地下水位;二是堵截地下水。降低地下水位的常用方法可分为集水明排集水明排和井点降水井点降水两类。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,
10、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。方法名称方法名称 土类土类 渗透系数渗透系数 (m/d)(m/d)降水深度降水深度 m m 水文地质特征水文地质特征 集水明排集水明排 20.020.0 55 真空井点真空井点 填土、粘性土、砂土填土、粘性土、砂土 0.10.120.020.0 单级单级66 多级多级 2020 喷射井点喷射井点 填土、粘性土、砂土填土、粘性土、砂土 0.10.120.020.0 55 含丰富的潜水、含丰富的潜水、承压水、裂缝水承压水、裂缝水 截水截水 粘性土、砂土粘性土、砂土 碎石土
11、、岩溶岩碎石土、岩溶岩 不限不限 不限不限 回灌回灌 填土、砂土、碎石土填土、砂土、碎石土 0.10.1200200 不限不限 第二节第二节 降低地下水的方法降低地下水的方法一、集水明排法一、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,可采用集水明排法。集水明排法属于重力式排水,它是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟,并每隔一定距离设置集水井,使基坑内挖土时渗出的水经排
12、水沟流向集水井,然后用水泵将水抽出坑外。集水明排法是应用最广泛、最简单、经济的方法。1.明沟、集水井布置明沟、集水井布置 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3040m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1-2)。排水沟排水沟和和集水井集水井可按下列规定可按下列规定布置布置:(1)排水沟和集水井宜布置在拟建建筑基础边净距O.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3040m应设一个集水井;(2)排水沟底面应比挖土面低0.30.4m,集水井底面应比沟底面低0.5m以上。集水明排单独使用时(
13、无井点降水等措施),降水深度不宜大于5m。否则,坑底容易产生软化、泥化、坡角出现流砂、管涌,边坡塌陷,地面沉降等问题。2.基坑涌水量的计算基坑涌水量的计算 地下水渗入基坑的涌入量的涌水量与土的种类、渗透系数、水头大小、坑底面积等有关,可通过抽水试验确定或实验经验估算,或按大井法计算。流入基坑的涌水量Q为从四周坑壁和坑底流入的水量之和,一般按下式计算:000004lg185.1157.128.6lglg)2(366.1mRmxKsxxRssHKQ在选择水泵考虑水泵流量时,因最初涌水量比较稳定,涌水量大,按上式计算出的涌水量应增加10%20%。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
14、,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1-3)。3.水泵选用水泵选用集水明排水是用水泵从集水井中排水,常用的水泵有离心泵、潜水泵和软轴水泵。排水所需水泵的功率按下式计算:(1-6)式中 K1安全系数,一般取2;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);1水泵效率,0.40.5;2动力机械效率,0.750.85。一般所选用水泵的排水量为基坑涌水量的1.52.0倍21175QHKN 4 4、当当基坑侧壁基坑侧壁出现出现分层渗水分层渗
15、水时:时:可按不同高程设置导水管、导水沟等构成明排系统;当基坑侧壁当基坑侧壁渗水量较大或不能分层明排渗水量较大或不能分层明排时:时:宜采用井点降水方法。基坑明排尚应重视环境排水,当基坑明排尚应重视环境排水,当地表水地表水对基坑对基坑侧壁产生冲刷时:侧壁产生冲刷时:宜在基坑外采取截水、封堵、导流等措施。二、降水法二、降水法 井点降水法是将带有滤管的降水工具沉设到基坑四周的土中,利用各种抽水工具,在不扰动土的结构的情况下,将地下水抽出,使地下水位降低到坑底以下,保证基坑开挖能在较干燥的施工环境中进行。优点:(1)可避免大量涌水、冒泥、翻浆,而且在粉细砂、粉土层中开挖基坑中,可以有效防止流砂现象发生
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