毕业设计方案基坑工程降水设计方案.docx
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毕业设计方案基坑工程降水设计方案
本科毕业论文（设计）
题目：
中国人民解放军军通信指挥学院师团职干部
经济适用房基坑工程降水设计
姓名：
赵甲学号：
20101000187
院（系）：
工程学院专业：
地质工程
指导教师：
李德营职称：
副教授
评阅人：
冯晓腊职称：
教授
2014年6月
本科生毕业论文（设计）原创性声明
本人以声誉声明：
所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和成果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业论文作者（签字）：
签字日期：
年月日
摘要
本文主要对中国人民解放军军通信指挥学院师团职干部经济适用房地下室基坑工程中的基坑降水进行了设计。
该基坑位于长江冲击一级阶地，基坑范围内存在上层滞水和36m厚的承压含水层，基坑开挖深度为11.3m，底部已经揭穿隔水顶板，在基坑开挖过程中必然会导致流土、流砂以及突涌等工程地质问题的产生，因此必须进行降水设计。
根据场区承压水水位以及基坑开挖深度确定设计降水深度10.3m，通过分析地层条件和设计水位降深，综合比较各种降水方法，最终选择对于上层滞水采用明沟排水，对于下层承压水采用管井降水的处理方法，同时在基坑周围设置竖向隔渗帷幕，防止流土、流砂的产生。
通过计算基坑涌水量、单井出水能力确定管井数，由于基坑范围较大69.4m*87m以及隔渗帷幕的存在，为保证降水效果，采用坑内降水，并根据基坑大小对管井进行坑内环状布置。
然后验算基坑中心的水位降深为12.03m，满足设计要求。
最后，对基坑降水给周边环境带来的地面沉降进行了验算，通过几个关键点的验算，我们发现基坑周边地面沉降量和沉降差较小，最大沉降量为2.78cm，满足规范要求，同时也说明我们的设计方案是可行的。
关键词：
基坑降水设计管井地面沉降量
ABSTRACT
ThispapermainlytotheChinesepeople'sliberationarmy（PLA）armycommunicationcommandcollegeeconomyapplicableroominthebasementfoundationpitprecipitationinfoundationpitengineeringdesign.TheimpactoffoundationpitislocatedintheYangtzeriverlevelterrace,withinthescopeofthefoundationpitisperchedwaterconfinedaquiferand36mthick,excavationdepthof11.3m,hasexposedatthebottomofthewaterproofroof,willinevitablyleadtoflowintheprocessoffoundationpitexcavationsoil,sand,andasuddensurgeofengineeringgeologicalproblems,mustthereforebetodesignrainfall.Accordingtotheconfinedwaterlevelinjobsitedeterminethedesigndepthoftherainfallandexcavationdepthof10.3m,byanalyzingtheformationconditionsandthedesignwaterleveldrawdown,comprehensivecomparisonofprecipitationmethod,thefinalchoicefortheupperperchedwaterusegutterdrainage,forthelowerartesianwaterbytubewellprecipitationtreatmentmethod,verticalimperviouscurtainsetuparoundthefoundationpitatthesametime,preventtheformationofflow,flowsandsoil.Throughcalculationoffoundationpitwaterinflow,singlewellwaterabilitytodeterminethenumberoftubewell,duetolargefoundationpitrange69.4m*87maswellastheexistenceoftheimperviouscurtain,inordertoensuretheeffectofprecipitation,thepitdewatering,andaccordingtothesizeofthefoundationpittopitannulartubewellarrangement.Andthencalculatingthefoundationpitwaterleveldropdeeplyinthecenterofthe12.03m,meetthedesignrequirements.Finally,thefoundationpitprecipitationbringstothesurroundingenvironmentonthegroundsettlement,throughseveralkeypointschecking,wefoundthatthefoundationpitsurroundinggroundsettlementanddifferentialsettlementissmall,thelargestsettlementis2.78cm,cansatisfytherequirementsofspecification,wealsoillustratethedesignschemeisfeasible.
Keyword：
FoundationpitPrecipitationdesignTubewellGroundsettlement
目录
第一章绪论1
第二章工程概况及工程地质条件3
第一节基坑概况3
第二节基坑周边环境4
第三节气象及水文概况5
第四节地质构造概况5
第五节场区地形地貌和地层构造5
第六节场区地下水特征6
第三章基坑降水方案设计8
第一节常用基坑降水的几种方法介绍8
3.1.1明沟排水法8
3.1.2喷射井点降水8
3.1.3轻型井点降水8
3.1.4电渗井点降水9
3.1.5管井降水10
3.1.6辐射井点降水10
3.1.7自渗井点降水11
3.1.8综合井点降水11
第二节基坑降水法案设计12
3.2.1确定降水方法及降水工程布置12
3.2.2设计参数确定12
3.2.3降水方案常规设计与计算13
第三节降水系统施工组织设计16
第四节监测与维护要求17
第四章降水引起的地面沉降的预测与控制18
第一节降水引起的地面沉降机理18
第二节地面沉降量计算19
第三节地面沉降的防治措施20
第五章结束语22
致谢23
参考文献24
第一章绪论
近年来,随着国家经济的不断发展，我国的基础设施建设也不断加快,大量的高层、超高层建筑以及地铁等项目不断涌现，而这些项目的开展都离不开深基坑工程，因此必然会带来相应的问题，基坑降水就是其中之一。
基坑在开挖过程中产生的大量积水及地下水的压力与渗流都会影响工程施工。
若基坑中的地下水不予以处理,则会使土体强度下降,影响基坑的安全性和稳定性。
而且由于地下水渗流与水压力的存在，若不及时处理，则在进行基坑开挖时极易产生突涌、流砂和管涌等地质工程问题。
因此在实际工程中常采用降水兼防水帷幕的方法来减少地下水的影响。
基坑降水可以保证施工工作面的干燥与稳定，同时减小净水压力、降低坑底的潜水头,提高土的抗剪强度,增加边坡以及基坑的稳定性,加速土体固结。
基坑降水设计的关键是依据地下水位埋深、地层结构、关键隔水层深度选择一个合理经济有效的降水方法,以及优化井距、井数,实现动态降水。
此外，我们还必须认识到基坑降水会不可避免的对周围环境产生一定的不良影响。
在基坑降水过程中由于孔隙水的排出,孔隙水压力减小使得土体附加应力增大,发生固结沉降变形,影响基坑周围既有建筑物的稳定性,使周围建筑物产生裂缝、不均匀沉降等问题,影响其正常使用要求。
综上可以看到,深基坑降水设计是一个系统工程,选择合理经济的降水方案,优化井距、井数、并实现降水时间的合理分配,对满足基坑施工所需要的降水深度以及降水范围,保证基坑开挖支护的正常施工显得尤为重要;与此同时对基坑降水过程中引起的地表固结沉降进行预测,对影响半径范围之内的建筑物进行沉降变形评价,合理的预测降水引起的环境效应,为降水设计、井距、井数的优化提供指导,以期获得良好的经济和社会效益。
本论文主要是对中国人民解放军军通信指挥学院师团职干部经济适用房地下室基坑降水工程进行设计。
该基坑属于深基坑,基坑内存在厚度较大、渗透系数较大的孔隙承压含水层,同时基坑周围存在既有建筑,为保证基坑安全施工,必须进行降水设计。
通过选取合理的降水方式以及井距、井数的优化是实现本基坑降水施工以及减小固结变形的关键。
本文先对场区的地质条件进行了分析，然后根据地质条件比较各种降水方法，选择最为合理降水方案，通过计算确定井距、井数，最后验算基坑水位降深以及对周边环境产生的地面沉降是否满足要求。
如图1-1是对本文技术路线一个概括：
图1-1技术路线图
第二章工程概况及工程地质条件
第一节基坑概况
中国人民解放军军通信指挥学院师团职干部经济适用房项目为2栋24层住宅楼，下设2层满铺地下室，总建筑面积60205.32平方米，地上建筑面积48035.7平米，地下建筑面积12169.62平米。
基坑平面图见图2-1.
图2-1基坑平面图
基坑重要性等级为一级，形状大致为长方型，周长约330米，沿基坑周边开挖深度为自然地面下9.60m（地下室部分沿基坑周边承台底深度，承台厚度为1.1m，垫层厚度为0.1m）、10.00m（主楼地下室部分沿基坑周边承台底深度，承台厚度为1.5m，垫层厚度为0.1m），主楼二个电梯井开挖深度为自然地面下11.200m。
基坑开挖面积约6720m2，基坑开挖周长约330m。
基坑总面积约为6100m2，基坑采用的主要支护形式为排桩+内支撑的围护体系
表2-1基坑开挖深度与建筑物基础相对关系表
地下室构筑物
相对
标高（m）
绝对
标高（m）
自然地面
起算深度（m）
主楼
承台底标高（含垫层）
-10.600
12.900
10.000
主楼电梯井
桩顶标高
-11.650
11.850
11.050
承台底标高（含垫层）
-11.800
11.700
11.200
地
下
室
承台底标高（含垫层）
-10.200
13.300
9.600
负一层顶板标高
-1.500
22.00
0.900
负二层顶板标高
-5.100
18.400
4.500
负二层底板标高
-9.000
14.500
8.400
第二节基坑周边环境
基坑场区处于汉口解放大道通院院内，周边环境条件较为复杂。
图2-1基坑周边环境概况图
1、基坑西南面为紧临武汉楚剧院，距离基坑5.8～9.0m分布有1幢4层楼、1幢5层楼、1幢3层楼、1幢2层楼（据业主介绍以上建筑均为老建筑，天然地基，无详细施工资料），临解放大道边距基坑边13.2m有1栋8层的宿舍楼（无基础资料）；该边为整个基坑支护的重中之重。
2、西北面紧临通院住宅楼，距离22层经济适用房（深桩基础）为 3.8m，距离22层楼下的管道线仅为2.6m（据业主介绍该管道为下水道，可根据基坑支护的实际情况进行迁移）；距离9层住宅楼（桩基础）为9.0m。
该边无煤气管道及上水管。
3、东南侧为解放大道，道路边分布有电缆沟、上下水管道等各种城市生命线管道，离基坑最近距离有17.0m。
4、基坑东北侧为解放公园，距离基坑7m分布有1条电缆沟（该电缆为通院专用），距公园绿地为16.0m。
第三节气象及水文概况
武汉地区属亚热带季风气候，四季分明。
春季温暖潮湿，夏季炎热，秋季晴朗少雨，冬季干旱。
冬夏温差较大，七月份气温最高，平均达28.8～31.3℃，最高达41.3℃；１月份气温最低，平均为2.6～4.6℃，最低达-18.1℃。
武汉地区雨量充沛，多年平均降水量为1284.5mm，历年来最大降雨量为2107.1mm，最小降雨量为476.4mm（1902年）。
降水主要集中在4～7月份，约占年降水量的60%，其中6月份最高，最高达669.7mm（1889年），12月份降雨量仅为32mm。
多年平均蒸发量为1447.9mm。
夏季长江、汉水水位高涨（每年4月下旬至11月上旬），是防汛时期。
最高洪水位29.73m（吴淞高程系统）；冬季长江、汉水水位最低，最低枯水位为8.7m。
武汉地区4~7月份以东南季风为主，其余时间以北风或东北风为主，最大风力八级，最大风速27.9m/s（1956年3月17日）。
基本风压按30年一遇，10秒平均最大风速（m/s）为标准，武汉地区为2.5MPa。
第四节地质构造概况
武汉位于淮阳山字型构造南孤西翼，主要受控于燕山期构造运动，表现为一系列走向近东西至北西西的线型褶皱，以及北西、北西西、北东和近东西的正断层、逆断层及逆掩断层。
市区分布地层有古生界砂岩、页岩、灰岩及泥岩；中生界的砂砾岩、砂岩、页岩及泥岩；新生界的粘性土、砂、砂砾岩等，志留系页岩常组成背斜轴部，背斜两翼依次为泥盆、石炭、二叠、三叠各岩层。
三迭系地层常组成向斜的槽部。
由于强烈的南北向压应力作用，形成了东西向的紧密褶皱，并伴随压扭性断裂。
在南北向主应力支配下，还发育有其它次一级的构造，即北北东及北北西两组张扭性断裂。
据区域地质构造资料，武汉地区的大地构造均属古老的地质构造。
无第四纪全新世活动迹象，拟建建筑场地处于一个地质构造运动相对稳定的地带，无大的构造断裂分布，下伏基岩为白垩~下第三系含砾泥质粉砂岩、砂砾岩，属非可溶岩。
因此，拟建场区地质构造稳定性良好，适宜工程建设。
第五节场区地形地貌和地层构造
本场区地貌单元属长江冲积一级阶地。
场区地势较为平坦，本次勘察各勘探孔孔口地面高程在22.52～24.74m之间，场区地层从上至下的构成及其特征列表描述如下：
地层编号
岩土名称
层顶埋深（m）
层厚（m）
1-1
杂填土Qml
0.0
0.3-3.2
1-2
素填土Qml
0.5-1.9
0.4-1.6
2-1
粉质粘土Qal
0.3-3.2
0.9-8.2
2-2
粘土Qal
2.4-9.3
1.2-8.7
3
粉质粘土、
粉砂互层Qal
7.2-15.2
0.5-12.4
4-1
粉砂Qal
10.2-28.1
0.9-26.7
4-2
粉细砂Qal
22.2-39.5
1.2-21.3
表2-2地层埋深与层厚
表2-3场区地层相关参数表
地层编号
岩土名称
天然重度
（kN/m3）
综合建议值
压缩模量
（MPa）
C（kPa）
φ（°）
1-1
杂填土Qml
18.50
18
10
1-2
素填土Qml
18.30
5
33
3.2
2-1
粉质粘土Qal
19.0
16
7.5
6.0
2-2
粘土Qal
19.6
20
10
5.5
3
粉质粘土、
粉砂互层Qal
18.18
15
15
8.0
4-1
粉砂Qal
19.3
0
20
13
4-2
粉细砂Qal
19.3
0
30
21
第六节场区地下水特征
场区地下水按赋存条件及含水层性质可分为上层滞水和孔隙承压水两种类型，上层滞水主要赋存于
（1）单元层人工填土层中，无统一自由水面，其水位变化较大，水量随大气降水及地表排水强度波动，总体有限，但不容忽视；孔隙承压水赋存于（3）单元粉土、粉质粘土、粉砂互层（过渡层）及（4）单元砂土层中，与长江等地表水体及区域承压水体联系密切，水位相对稳定，水量丰富。
武汉地区水文资料显示，孔隙承压水位年变化幅度为3~4m，标高17.0～21.0m左右。
据勘察期间实测，场地上层滞水及潜水埋深在地表下0.20～3.20m；抽水试验井中测得场地承压水稳定水位在井口下3.20m，相当于标高19.65m。
根据抽水试验资料分析、整理、计算，建议孔隙承压水含水量渗透系数（K）取18.6m/d，影响半径R取322m。
图2-2基坑工程地质剖面图
第三章基坑降水方案设计
第一节常用基坑降水的几种方法介绍
在国内的基坑施工中采用的降水方法主要有明沟排水法、喷射井点降水法、辐射井点降水法、自渗井点降水法、轻型井点降水法、管井井点降水法、电渗井点降水法以及综合井点降水法等等，以下是对各种降水方法的适用条件与平面布置方法的简单介绍：
3.1.1明沟排水法
一、明沟排水的适用条件
基坑内侧明沟排水是指在坑内开挖排水明沟或明渠和集水井,然后采用潜水泵、污水泵和离心泵等将水集中抽到基坑外的方法。
该方法一般适用于土层比较密实,坑壁较稳定,基坑较浅,降水深度不大,不会产生流砂和管涌等问题的降水工程,当场地含水层为上层滞水或潜水,而且其补给源远离基坑,渗透性较弱,漏水量不大时,一般可以釆用明沟排水方案。
二、明沟排水的平面位置的布置
当基坑的开挖深度接近地下水位时,应该沿基坑四周（拟建建筑物的边线以外,降水基坑底内边缘坡脚0.4m内）开挖排水明沟或明渠和集水井,在基坑的每个角点或间距25-30m处设一直径为1.0-1.5m的集水井,明沟的底宽一般大于0.3m,坡度为0.5%—1.0%,沟底相对基坑底低0.3-0.5m,集水井底相对排水沟底低0.5-1.Om。
集水井的容积大小取决于排水沟的进水量以及水泵的排水量,最好能够保证泵在停止抽水以后30分钟内还可以使基坑坑底不被地下水掩没。
排水沟以及集水井也随着基坑的开挖而进行分级设置和加深,直到坑底降水达到相应的设计标高为止。
降水基坑开挖到事先设定的深度后,需要对排水沟以及集水井进行相应的修整完善,排水沟沟壁不稳时还要利用透水性好的砂袋或砖石干砌进行支护。
3.1.2喷射井点降水
当基坑开挖较深，降水深度要求大于6.0m，而且场地狭窄，不允许布设多级轻型井点时宜采用喷射井点降水。
其一层降水深度可达10.0—20.0m。
适用于渗透系数为3.0—50.0m/d的砂土层中。
该方法最大的优点是降水能够达到较大的深度,该方法的缺点是要双层井点管,由每根井点管与二根总管相连,喷射器设在降水井的底部,地面管网埋设复杂,功效低,成本大。
喷射井点系统由供水总管、喷射器、井点管、高压水泵、排水总管、测真空管以及循环水箱等组成。
3.1.3轻型井点降水
一、轻型井点的降水原理及适用条件
基坑降水轻型井点降水井布设如图3-1所示,抽水的原理为利用真空作用抽吸地下水。
基坑降水井由抽水设备启动,在井点系统中形成真空,并在轻型井点周围的一定范围形成一个真空区。
图3-1轻型井点系统
图3-2二级轻型井点系统的布置
二、轻型井点系统的平面布置
根据基坑的开挖边线的形状、基坑的开挖的大小,要求降水深度,地下水流的方向以及基坑场地内地层岩性等因素决定轻型降水系统的布置方式，一般有单线状、双线状、U型以及环状等布置形式,一般布置在基坑外缘1.2-1.6m的位置。
当基坑的开挖形状为矩形、圆形、三角形成不规则形状时,井点常采用环形封闭式或U形布置。
当降水深度在6m以内时,采用单级井点降水。
当要求更大降深时,则需采用二级甚至多级轻型井点系统，所需配置设备及其占地范围也相应增加，如图3-2。
3.1.4电渗井点降水
电渗井点基坑降水适用于含水层透水性较差、持水能力较强的的饱和粘性土,特别是在淤泥和淤泥质粘土层中进行降水。
因为基坑场区内的淤泥以及於泥质粘土的颗粒很小,地下水在其中流动非常困难,在其空隙中流动的只有自由水,淤泥以及游泥质粘土中其它地下水均处于被毛细管吸附的约束状态,无法在仅有压力水头参与的情况下流动,当土中接通直流电后,应用电压比降使带负电的土粒向阳极运动（即电泳作用），带正电的孔隙水则向阴极方向产生电渗现象。
除了自由水外,被毛细管所束缚的枯滞水也能够参与流动,使其渗透性提高数十倍,从而减少降水时间,提高降水效果。
3.1.5管井降水
一、管井降水适用条件及原理
管井基坑降水适用于轻型井点不易解决的含水层颗粒较粗的粗砂—卵石地层，渗透系数大、水量较大、且江水深度较深的潜水或承压水地区。
可满足大降深、大面积降水要求。
管井进行降水是利用机械钻孔成井,一般采用潜水泵进行抽水,使地下水位下降的方法。
当钻孔深度大于15m时,也称为深井点降水。
有井管孔径较大,有出水量大的优点。
二、管井防水工程的布置
管井降水一般沿基坑周围距基坑外边缘1.2m布置,如果基坑场地较大或者采用了垂直边坡以及有锚杆和土钉护坡等，在这样的条件下,需要距离基坑边缘尽量远些,可用4-6m;当需要降水的基坑边上设置了相应围护结构或者止水帷幕的情况下,我们最好选择在基坑内布置管井,采用坑内降水的方法。
管井的间距以及深度需要根据该场地的水文地质条件、降水范围以及降水深度来进行确定。
一般情况下井间距为10-20m。
并且如果降水层为弱透水层或者降水深度超过了含水层的底板时则需缩小井间距,可采用6-8m;而如果降水层为中等透水层或者降水的深度接近含水层的底板时,一般井间距为8-12m;而若降水层为中等甚至强透水层,含水层的厚度大于降水深度时,可用12-20m;此外,若降水的深度较浅,含水层是中等以上的透水层.并具有一定厚度时,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、降水范围等进行计算确定。
3.1.6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中设置集水竖井,在竖井中在不同方向及深度上开挖水平井点,这就使地下水通过水平井点进到集水竖井中,再用水泵将水抽出,从而使得地下水位降低。
这种降水方法适用于在渗透性比较好的含水层（比如砂土、粉土、卵石土层等）,可以满足不同
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