1、吉林大学远程教育课件,工程地质勘察,主讲人 李 欣,工程地质勘察,讲授：李欣,单位：吉林大学建设工程学院,工程地质勘察,第1章绪 言,第2章 工程地质勘察的几个基本问题,第3章 工程地质测绘,第4章 工程地质物探和勘探,第5章 工程地质野外试验,第6章 工程地质长期观测(以基坑观测为例),第7章 工程地质图的编绘与工程地质报告书 第8章 城市工程地质勘察,绪 言,讲授：李欣,单位：吉林大学建设工程学院,一、工程地质学的定义、任务和理论体系,1、工程地质学是和工程建设密切联系着的一门应用地质科学，研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约，预测和评价与工程建筑有关的工程地质问题，合理开发利用和妥善
2、保护地质环境的科学。,2、工程地质学的基本任务是： 1）研究和查明与建筑区有关的工程地质条件。 2）研究由于工程地质活动而可能出现的工程地质问题， 3）预测工程地质条件在自然因素或人类工程活动影响下的变化趋势，以制订合理开发利用和保护自然环境方案与措施。,3、工程地质学的理论体系由以下五个学科组成：1）工程地质学；2）土力学及岩体力学；3）工程动力地质学；4）专门工程地质学；5）区域工程地质学。,二、工程地质勘察的性质,从性质上来讲，该课程是工程地质学中一门方法性的学科，是如何运用地质学、工程地质学的理论和实践经验解决工程建设中地质问题的学科，是一门探讨工程地质调查和勘探方法的学科。,三、工程
3、地质勘察学的研究内容,1、勘察理论研究工程地质勘察的主要目的与任务是查明工程地质条件，分析论证存在的工程地质问题，对建筑场区作出工程地质评价。,三、工程地质勘察学的研究内容,2、勘察方法、技术和程序的研究为了获得精确可靠的地勘资料，勘察方法、勘察技术和勘察程序的适当选择和运用至关重要。,三、工程地质勘察学的研究内容,3 各类建筑工程地质勘察的研究各类工程建筑有其自己的特殊性，因此针对具体工程采取最有效的方法，划分适宜的勘察阶段，原定特殊的要求，合理地工作总体布置及分步实施方案，资料成果的表达形式等都有待于进一步探讨。,四、工程地质勘察学的基本研究内容,包括总论和各论两部分。总论主要全面阐述勘察
4、理论和方法，是种类工程地质勘察的指导原则，包括以下几各方面的内容： 1 工程地质勘察的基本问题 2 工程地质测绘 3 工程地质物探和勘探 4 工程地质野外试验与室内试验 5 工程地质长期观测 6 天然建材工程地质勘测 7 工程地质图的编绘与工程地质报告书的编写,四、工程地质勘察学的基本研究内容,各论是对各类工程地质建筑的工程地质勘察进行全面地论述，其内容非常广阔，究其主要的列如下： 城市规划及房屋构物工程地质勘察；地下建筑工程地质勘察 水利水电工程地质勘察； 道路和桥梁工程地质勘察； 海洋河湖工程地质勘察；矿山工程地质勘察； 核电站及国防工程的工程地质勘察。,五、工程地质勘察学的学习方法,1、
5、明确工程地质勘察的理论体系，确立正确地工程地质现象。 2、以工程地质勘察为线索，以工程地质问题为中心，培养研究的工程方法，研究具体厂址的工程地质条件，结合具体工程分析存在的工程地质问题。 3、勘察规范是对成果资料完善可靠的必要条件，针对具体的工程和地质条件，合理地布置工作量，详细查明存在的工程地质问题，并进行正确的评价，才是保障勘察成果能使工程的安全，经济的充分保证。 4、建立正确的勘察思想，尤其强调经济合理、分阶段、有步骤地运用各种勘察方法，取好高质量的工程地质信息，并以工程地质问题的分析为勘察工作的中心任务。 5、把握重点，举一反三。,本章内容已经结束,The end,第一篇 工程地质勘察
6、理论部分,第一节 工程地质勘察的任务,1、查明建筑场地的工程地质条件，指出对工程有利和不利的条件。阐明这些条件的地质特征，形成过程和控制因素。基本任务2、分析研究与建筑有关的工程地质问题，作出定性和定量的评价，为建筑物的规划、设计、施工提供可靠的地质依据。中心任务3 、分析与评价场地的工程地质条件和问题，选出优越的建筑场（工程地质条件优良，工程地质问题少而小）。战略条件,第二节 工程地质条件,1、 工程地质条件的定义工程地质条件是指与工程建筑有关的地质要素之综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构、水文地质条件、物理地质现象和天然建筑材料等六大要素。,第二节 工程地质条件,工
7、程地质条件是地质演化过程及其后生变化而逐渐形成的，即：内、外动力地质作有 物产物。工程地质条件的形成受大地构造、地形地势、气候、水文、植被等自然因素的控制。但是工程地质条件各要素之间又是相互联系、相互制约的，从而形成了差异巨大的工程地质条件模式。例如： 1）山区模式基岩为主断裂发育基岩裂隙水为主物理地质现象发育石料丰富； 2）平原区模式冲积层巨厚砂土、粘性土交互发育物理地质现象不发育孔隙水为主土料丰富； 3）山前平原区模式； 4）峡谷区模式； 5）岩溶地区模式； 6）花岗岩区模式。,第二节 工程地质条件,2 工程地质条件各要素的分析（1）地形地貌条件地形地貌是内外动力地质作用在漫长的地质历史过
8、程中形成的。一个地区地形地貌的各种形态及其总体特征往往有助于当地的地质结构、岩性的构成、地质作用和地质现象的分布以及它们对于已建成似建工程的危害性。地形地貌的研究对建筑场地的选择、建筑物的配置和形式、工程量的大小、勘察工作量的布置有重大影响。同时它还反映出地质结构、水文地质结构特征，成因类型、地壳运动，尤其是新构造运动特征。,第二节 工程地质条件,2 工程地质条件各要素的分析（2）岩土类型及其工程地质性质岩土是区域工程地质条件是最重要的因素，是工程地质条件诸因素中与工程建筑密切相关的。它决定着地形特征，地质作用的发育情况，地下水矿产的分布。同时岩土还是各种工程建筑的天然地基、环境和建筑材料。（
9、3）地质结构条件地质结构一词比地质构造含义更广，与工程地质关系更为密切，所参此采用地质 结构这一术语。,第二节 工程地质条件,2 工程地质条件各要素的分析（4）水文地质条件水文地质条件是影响岩土工程地质性质，致使工程地质问题复杂的重要因素，对其研究的主要内容有：水文地质结构补给、泾流和排泄条件；2）地下水类型、水质；3）地下水 位、水头、水量及变化；4）含水层、隔水层的分布及组合关系、厚度；5）岩土层的渗透性、富水性、承压性、渗透压力；6）地下水的侵蚀性。,第二节 工程地质条件,2 工程地质条件各要素的分析（5）物理地质现象 物理地质现象是内外地质动力作用对地壳表层岩土体综合作用的产物，如地震
10、、边坡变形与破坏、地面塌陷、泥石流、冲沟等。（6） 天然建筑材料 对于大型工程来讲，天然建材是工程地质条件的重要组成部分，它的质量，数量、开采条件和运输条件的优劣对工程的建筑类型、建筑规模、工程造价、工期长短是一上理要的制约因素，必须在勘察中放到应有的地位来专门解决。,第三节 工程地质问题,定义与分析工程地质问题是指据工程地质建筑与地质环境（可由工程地质条件具体表征）相互矛盾、相互表征而引起的，对建筑物本身的顺利施工和安全运行或对周围地质环境可能产生影响的地质问题。,第二节 工程地质条件,2 工程地质问题的类型1）、一般性工程地质问题：1区域稳定性问题；2地基稳定性问题；3）边坡稳定性问题；4
11、）围岩稳定性问题。2）、专门性工程地质问题：1城市及工业房屋建筑；A地基变形、沉陷、不均匀沉降问题；B地基承载力问题；C黄土地基湿陷性问题。2 道桥建筑：A路堤地基稳定性问题；B路堑边坡稳定性问题；C道路冻胀问题；D桥基、地基稳定性问题；E隧道围岩稳定性问题；F隧洞涌水问题、气温问题、有害气体问题。,第二章 工程地质测绘,工程地质测绘是工程地质勘察中一项最重要最基本的勘察方法，也是诸多勘察工作走在前面的一项工作。,第一节 工程地质测绘的任务、作用与意义任务：1）查明工程建筑场地的工程地质条件；2）指出对建筑场地和建筑物有影响的诸地质因素的分布，形成条件及变化规律；3）指出区内存在的主要工程地质
12、问题；4）对建筑场地进行初步地工程地质评价。2 作用及意义 综合反映地面及地下地质的情况； 初步掌握某些地质因素的分布规律、形成条件、变化规律及主要的工程地质问题；,第三节 工程地质测绘的 比例尺、范围和精度工程地质测绘的比例尺确定工程地质测绘就是把研究区域内的地表地质情况工程地质条件详细地反映到一定比例尺的地形底图上。不同比例尺的工程地质测绘所研究的工程地质条件及工程地质问题的浓度和广度是有一定差异的，详细程度和精度程度也不相同。因此在工程地质测绘中，正确地选择比例尺，关系到整个测绘工作质量的关键。影响工程地质测绘比例尺选择的因素包括： 1）区域地质和工程地质研究的程度； 2）工程地质条件的
13、复杂程度； 3）工程勘测阶段； 4）工程建筑类型及规模； 5）测绘区的范围。,3 编制测绘工作大纲 测绘工作大纲是进行测绘的依据，其内容力求全面，并尽符合实际情况。 测绘大纲编制的依据是根据勘察设计任务的要求，踏勘了解的情况和对搜集资料的研究的基础上进行的。测绘大纲内容包括以下必个方面的内容：1）、工作任务情况：目的、要求、测绘面积及选用的填图比例大； 2）、测区自然地理条件：位置、交通、水文气象、地形、地貌、冻结深度； 3）、测区地质概况：地层、岩性、构造、地下水、物理地质现象、建材等； 4）、工作量、工作方法、精度要求：工作量包括观察点、勘探点、室内现场试验工作； 5）、人员组织经费预算；
14、 6）、材料物资器材及机具的计划： 7）、工作计划及工作步骤； 8）、要求提出的各种资料及图件； 9）、可能遇到的困难及处理措施。,第六节 工程地质测绘的具体内容及特点,一、岩土类型及其工程地质性质的研究 1 岩土类型的划分 岩石类： 据成因：沉积岩、岩浆岩和变质岩； 据强度分：硬质岩石大于等于30MPA，极硬岩60MPA，次硬岩30-60MPA软质岩石小于等于30MPA，次岩5-30MPA，极软岩5MPA 据软化系数分：KR 软化岩石（KR0.75),不软化岩石(0.75) 据风化程度分：全风化、强风化、中等风化、微风化和未风化； 据特殊成分、结构和性质来划分特殊性岩石：易溶岩、膨胀岩、崩解
15、性岩、盐岩等 土类 据年代分：老堆积土（Q3以前，更新世）；一般堆积土（Q4以前全新世）；新近堆积土（Q4以来，文化期以来）欠压密 据成因分：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰渍土、风积土等； 按有机质含量分：无机土、有机土、泥炭质土和泥炭； 按颗粒级配分和IP分：碎石土、砂土、粉土和粘性土； 具有一定区域分布或工程地质意义上有特殊成分、状态、结构特征的土称为特殊土：崩解土、红土、黄土、混合土、软土（淤泥和淤泥质土）冻土、膨胀土、盐渍土、人工填土、分散土和污染土等； 砂土和粉土按密度来划分； 粘性土按状态（IL）来划分； 天然建材划分岩土类型另有规定。,2 岩土测绘描述内容 查清测绘区
16、内出露的岩石大类，形成时代、岩性组合情况，相互之间的接触关系。 沉积岩区：了解地层的1岩相变化情况；2 沉积环境；3 接触关系； 4 层理类型：层厚：巨厚1M，厚层1-0.5M,中厚0.5-0.1M,薄层小于0.1M；5岩性划分；6 结构；7 厚度；8 产状要素。对斜坡、硐室、坝基等地段特别注意软弱夹层或遇水易软化岩石的稳定性，必要时应专门划为一个特殊工程地质单元。 在岩溶地区应查明岩溶发育规律，岩溶形态、大小、形状位置、充填情况及岩溶发育与岩性、层理、构造断裂带的关系。 岩浆岩区：查明火成岩的类型、形成年代、产状和分布范围、详细研究： 岩石的结构、构造及矿物成分； 2 年代及与各岩体之间的关
17、系； 3 接触及蚀变情况； 原生构造及次生构造； 变质岩区： 1 变质类型（区域、接触、动力变质）； 2 变质程度浅变质，中等变质，深变质。 3 变质岩产状片麻理、片理和走向； 4原岩成分及性质； 5对劈理、节理、片理、带状构造的性质加以详细研究。 土类：要确定沉积物的年代、划分成因类型、岩性分类以及平面空间分布规律，对特殊土类土重点研究：1沉积环境山前平原，洪积扇、河谷； 2颗粒组成； 3 结构 4特征 5颜色 6 磨圆度：棱角状、次棱角状、浑圆状 7湿度：干、稍湿、很湿； 8 塑性程度：可塑，硬 9 密实程度：松、稍密、中密、密实； 10确定土的名称 11 厚度 12平面和空间分布规律；
18、13 形成条件（成因）：冲积、淤积。,3 岩土工程地质性质研究岩石类： 物理性质：容重、孔隙度、含水量、大开孔率； 水理性质：软化性，崩解性、透水性 力学性质：单轴抗压强度、饱和抗强度；抗拉强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比、三轴强度、动力性质、岩体变形模量。土类 物理性质：十大指标 水理性质： 力学性质：见土质学,二、地形地貌的研究研究地貌的成因、形态、特征及其发生、发展以及与工程地质条件诸因素的关系。1研究地貌的成因类型：（1）侵蚀构造型；（2）侵蚀堆积型；（3）剥蚀堆积型；（4）构造堆积型；（5）堆积型；（6）岩溶型。2研究地貌形态和地形的变化：研究微地貌特征、微地貌岩性结构；研究新构造运
19、动的性质及强度；5 物理地质现象的调查、它们在地貌上的特点：滑坡特征、崩塌、岩堆、泥石流、冲沟、岩溶、移动沙丘等。,三、地质结构的研究 对地质结构的研究对于分析区域稳定、场地稳定性、岩体结构类型划分、建筑物稳 定性评价、物理地质现象的评价均有重要意义。因此，在基岩山区的工程或平原区的重大工程应充分认识到该问题研究的必要性和重要性。1 褶皱：褶皱类型、两翼产状、对称性及预展程度，褶皱轴面产状、褶皱轴走向及 倾向方向等。对于选择坝轴线、坝址、硐轴线有重要意义。断层的研究：1）断裂发育方向；2）断裂规模宽度、影响带宽度、破坏程度；3）断层性质：压、张、扭；4）断层产状；5）上下盘相对位移；6）断层类
20、型；7）断裂带岩性、充填物质及胶结程度；8）断裂活动及活动期次；9）测绘区内构造体系划分。节理裂隙的研究：1）产状；2）宽度；3）长度；4）张开度（见P18表2-3）5）充填物质及胶结程度；6）性质、张、扭、节理、劈理、片理、原生节理、风化裂隙等；7）裂发育程度：A节理间距（P17表2-1）B线裂隙率（条/米P17表2-1）C面裂隙率K=裂隙总面积/测量面积，见P18表2-2；8）节理玫瑰化花图的制作：走向玫瑰花图，倾向玫瑰花图，综合玫瑰花图；9）裂隙极点图、裂等密图。4 软弱夹层的研究：1）成因；2）发育程度；3）规模；4）产状；5）性质（C、值）；6）对工程的影响。,四、水文地质条件的研究
21、研究内容：1）地下水类型；2）地下水变化幅度；3）地下水水质水量；4）含水层、透水层和隔水层的数目、埋藏位置；5）各含水层间的水力联系，相对隔水层的可靠性；6）地下水的侵蚀性对水泥制品的危害；7）水力坡度、流动方向、流速；8）地下水的补给区、泾流区和排泄区。地表水的测绘内容：1）查明河流、溪流水位、流量、流速、洪水位标高（100年、500年、1000年、10000年）及淹没情况。2）水井水位、水量、变化幅度及水井结构与深度；3）原泉类型、位置、水温、流量及动态变化；4）对重点地下水出露地表位置进行认真分析研究，与地质构造、滑坡等物理地质现象的关系。,五、物理地质现象1 自然地质现象：测绘中应解
22、决：1）规模与范围；2）分布规律与发育特征；3）形成的时期（新近或古代）；4）产生原因与机制；5）发生发展党内演化的趋势；6）判明其目前状态对工程建筑的影响及其由于人工活动可能造成的复活和扩大规模。 2 工程地质现象的研究 在某一地质环境中已修建的任何建筑物都被看作为一项重要的原型试验，研究该建筑是否适应这样的地质环境往往可以得到热爱多用勘探、试验手段才能得到的，在理论和实践上价值很大的资料。 通过这种研究，就可以划分出稳定性不同的地段，了解使建筑物受到损害的各种工程地质作用的发展情况，判明工程地质评价的正确性。六、天然建材的工程地质测绘（见建材一章）,第四节 工程地质坑探,1类型及适用条件常
23、用的坑探工程有：探槽、试坑、浅井、竖井（斜井）平硐和石门（或平巷等），前三者为轻型坑探工程，后三种为重型坑探工程。 2 坑探险的特点：直观细致性；精确可靠性；取样灵活性；大型原位测试的适应性 3 坑探占堪探工作量的10%，花费很大，困难大。 布置原则：1）露头很差，但覆盖较薄（3米以内）时，为测绘服务。2）效核其他堪察资料时；3）原状样采取或做大型原位测试时；4）工程重点部位及特殊问题的研究时 坑探的特殊要求；1）坑探工程任务书：2）描述内容：工程地质坑探需要获得：地质剖面，岩石、软弱面、软弱带的产状，断裂及破坏的详细情况，岩石物理状态的可靠性资料保持原状结构和状态的岩土样，要在坑道内做原位测
24、试。3）编制展视图（比例尺1：251:100）,第一节 概述1 野外试探的目的 取得更可靠性的表征岩土物理力学性质和含水层性质的资料数据，与室内试验互相校核和印证。2 野外试验的特点 保持试件的天然状态和结构（如结构、含水量、天然应力状态等），故又称为原位测试； 尺寸大、可综合反映岩土体的性质，代表性强。如均一性和各向性，不连续性等； 克服室内试验的局限性，如洞室松动圈，岩体渗透性，软弱不仅层的变形，强度可定向加荷；岩溶管道渗漏，天然应力状态，地基处理（灌浆）压水等。 避免取样制样的困难； 规模大，历时长，投资大，数据离散性大，数量； 故一般在详勘阶段进行。,3 野外试验工作类型 岩土体力学性
25、质试验载荷试验；触探（动、静）试验；旁压试验；十字板剪切试验；声波测井试验；点荷载试验；回弹试验；抗剪试验。 水文地质试验抽水试验（Q、K）；压水试验；注水试验；渗水试验；岩溶连通试验；应力测量试验应力解除法；水压致裂法；应力恢复法； 地基工程地质处理试验灌浆试验灌浆法，电渗法电永法，强夯试验强夯法，预压试验排水固结法，砂桩挤密试验，压拨、推桩试验；,4 野外试验的一般要求 每项试验都有特定的要求，用途和指标，解决具体问题； 每一个或每一组试验地段的选择，都有应该达到对研究地区或建筑场地的最有特点，最典型的部分进行论述和评价的目的。尤其在详勘阶段和施工阶段，更应该结合建筑物的具体要求布置在适当
26、的位置（平面坐标、深度）； 详细掌握试验地点（段）的地质剖面（地质结构）。岩层的空间位置，埋藏深度和厚度。 试验工作类型和方法应最限度地模拟建筑物理学工作状态和施力状态，以及地质作用的特点，地下水的作用特点等。 尽可能地多做对的实验和室内的验证校核，以准确的计算指标。 试验的数字应与勘察阶段霜适应，经达到解决论证的工程地质问题为前提。 鉴于原位测试在工程地质的相关课程中及野外实习中已大部分做过，这里仅讲压水试验入灌浆试验。、,第三节 降水工程在基础的施工中，往往涉及到降水的问题。降水方案的选择是否合理，对工程质量、工期及工程造价等有很大的影响。本文着重对基坑降水的方法与影响基坑降水的问题两方面
27、进行了介绍，在对基坑降水方法的介绍中，详细介绍了明沟排水与轻型井点降水法的布置和设计计算等过程。并且围绕影响基坑降水的几个重点问题进行的分析，给出了解决这些问题的方法及措施。,一 基坑降水的目的 近几年由于国民经济的持续发展，建筑业快速发展起来。在建筑密集的城市中兴建高层建筑、地下车库、地下铁道或地下车站时，往往需要在狭窄的场地上进行深基坑的开挖。而降低地下水位是基坑工程的一个难点。由于土质及地下水动力条件不同，基坑开挖施工方法也不同。在没有地下水条件下，基坑可以轻易地挖至几米或更多，但在地下水位较浅或有地下水流的情况，即便挖深2-3米也可能发生基坑塌方、地面沉降危及周围建筑物的安全。因工程降
28、水不当，而造成基坑工程失稳现象的事故时有发生。而且随着高层建筑越来越多，基坑开挖的面积和深度逐渐增大，由基坑开挖引发的一系列城市环境问题越来越突出，特别是长江中下游地区，为了基坑开挖施工，常常需要大量临时性的降水。但是，当对基坑地下水处理不当时，常能造成基坑坍塌、地面沉降等事故。致使工期延误，给国家造成损失。同时，基坑降水除了为地下工程提供安全的施工环境外，对后继工程能否完成也起着决定性的作用。所以，基坑降水在基坑开挖中占有举足轻重的作用。,二 国内外基坑降水的研究发展 迄今一百年前，在英国伦敦到伯肯翰铁路的基尔比隧道施工中布置了竖井抽水，这是国内外第一个有记录的工程降水实例。最初的基坑降水用
29、浅井，继而用深井，在喷射井点问世后，形成井点系统、深井、喷射井点在同一工程中交叉使用的大格局。 五十年代，美国开始对基坑施工中的地下水采用防渗隔离控制，如在德克萨斯某基坑工程中打设钢板桩阻止地下水渗入基坑。以后，逐步发展到用钻孔灌注桩排桩墙、膨润土隔离墙、地质隔板屏障、混凝土连续墙对基坑进行止水。 近二十年来，喷射注浆和压力注浆形成止水帷幕获得了快速发展，还出现了人工地层和冰冻墙方法，且在日本北海道多个工程中获得成功。 我国在1953年的北京地铁施工中采用了深井降水；到七十年代，已发展到采用电渗法、真空法、喷射井点等单项技术或多项技术综合应用的局面，最大降水深度达186m，最大排水量达。,三
30、基坑降水的方法 基坑降水采取何种方案主要取决于水文地质条件及周边环境的要求。从施工来说则要求提供一个比较干燥的坑内施工环境。为此应使地下水位低于基坑底面0.5-1.0m左右。如地下水位高于这个位置，则需要采取降水措施。 降水方法很多，美、欧、日和原苏联等国按地下水从含水层排出的原则把降水分为重力法降水、真空法降水、电渗法降水，或简化为重力法降水和强制法降水。我国已有的标准规范多以降水装置划分降水方法。每一种降水方法都有其适用条件和优缺点，如果选择不当，就可能达不到目的，甚至造成很大损失。选择降水方法，要考虑多种因素，但含水层特征无疑是最主要的。在选择降水方法上，美国基础与结构手册是按颗粒粒度成
31、分确定降水方法，大体上中粗砂以上用水下开挖或堵截法，中砂和细砂用集水井、井点法和深井法，淤泥或粘土用真空法和电渗法。原苏联比美国开展降水工作晚，和我国一样都是按渗透系数和降水深度选择降水方法（表1.1），从某种程度上说这比美、日、欧等国进了一步，因为含水层透水性不仅取决于粒度成份，也取决于颗粒排列及充填物情况，但也存在一些不足之处，像有些卵石层虽然渗透系数不大，但富水性较好，选用轻型井点就不适宜；有些工程场地狭小，不能布置多层井点，使用喷射井点较为适宜；而有时即使渗透系数和降水深度宜用轻型井点，但深处如有承压水就很难选用。因此，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
32、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) 下水道的排泄能力； (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）。,Table1.1 The applicable conditions of dewatering methods,表2.1 降水技术方法适用范围,（一）集水井降水 1.集水井降水定义 集水井降水（明沟降水），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，坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程。属于重力降水，是在开挖基坑时，沿坑底周围开挖排水沟，每
33、隔一定距离设集水井，使基坑内渗出的水经排水沟流向集水井，然后用水泵排出基坑。排水沟和集水井的截面尺寸取决于基坑的涌水量。但是，当基坑开挖深度较大，地下水的动水压力和土的组成，可能引起流砂、管涌、坑底隆起和边坡失稳时，则宜采用井点降水的方法。 当具备下列条件时，一般可以采用明沟排水方案。 (1)地质条件。场地为较密实的、分选好的土层，特别是带有一定胶结度或粘稠度的土层时，出于其渗透性低，渗流量较少，在地下水流出时，边坡仍稳定即使在挖土方时，底部可能会出现短期翻浆或轻微变动，但对地基无损害，所以适宜明排；当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，由于在基坑开挖过程中，其所储存的少量水会
34、很快流出而被疏干，有利于明排；在岩石土质中施工时，一般均可以进行明排。 (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，涌水量不大时，一般可以考虑采用明排降水。 (3)其他条件。当基坑边坡为缓坡或采用堵截隔水后的基坑时；建筑场地宽敞，邻近无建筑物时；基坑开挖面积大，有足够场地和施工时间时；建筑物为轻型地基荷载等条件下， 采用明排降水的适用条件可以扩大。,2.集水井降水的布置 随着基坑的开校，当基坑深度接近地下水位时沿基坑四周(基础轮廓线以外，基坑边 缘坡脚0.3m内)设置排水沟或渗渠，在基坑四角或每隔3040m设一直径为0.7-0.8m的集水井，沟底宽大于0.3m，坡度
35、为0.51，沟底比基坑底低0.3-0.5m，集水井底比排水沟底低0.5-1.0m。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。（见图 2-1 、图2-2）基坑开把至预定深度后，应对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。,1.基坑内线；2.排水沟；3.集水井 图2-1 基坑内明沟排水平面图,图2-2 基坑内明沟排水剖面图,（二） 井点降水法 井点降水法（预排水法），可分为轻型井点降水、喷射井点降水、深井井点降水、电渗井点降水。其是
36、指在基坑内及基坑外一定范围内布置一定数量，一定深度的抽水井，抽取主要承压含水层中的地下水，降低地下水位直至承压水对基坑底板向上的浮托力小于基坑底板土体的抗渗强度，抽水作业至基础施工完毕后，再使地下水恢复自然状态，属临时降水措施。在井点降水法中最常采用的是轻型井点降水系统与深井降水系统。,轻型井点 1轻型井点定义 轻型井点就是沿基坑的四周将许多井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，这样便可将原有地下水位降至坑底以下。 轻型井点降水系统（图2.3）适用于渗透系数较小的地层,其降深一般不超过6,但多级降水系统可使降水深度达到612。,1井
37、点管；2滤管；3总管； 1钢管；2小孔；3塑料管 4弯联管 ; 5水泵房； 4细滤网； 5粗滤网；6粗铁丝6原地下水位 ； 7降水后地下水位 保护网； 7井点管；8铸铁头 轻型井点全貌图 滤管构造图2-3 轻型井点系统,2.轻型井点布置 轻型井点降水系统的平面布置由基坑的平面形状、大小、要求降深、地下水流向和岩性等因素决定（图2.4） 。当基坑宽度小于两倍抽水影响半径时,可沿基坑外缘布置;当基坑宽度大于两倍抽水影响半径时,可在基坑中间加一排线形井点;当基坑宽度小且较窄(2 5),要求降深较小时,可只在地下水的上游布置一排井点,两端延伸长度一般以不小于基坑宽度为宜。若要求降深较大或土质渗透系数较
38、大时,则沿基坑两侧布置井点。井点间距可根据土质情况和要求的降水深度而定,或通过现场试验及地区经验确定。,图 2.4轻型井点降水系统的平面布置,当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，一般可采用单排井点，布置在地下水流的上游一侧（上图），其两端的延伸长度不小于基坑（槽）宽度为宜。如基坑宽度小于6m或土质不良，则宜采用双排井点。当基坑面积较大时，宜采用环形井点（下图）；有时为了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封闭。井点管距离基坑壁一般不宜小于0.71.0m，以防局部发生漏气。井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等按计算或经验确定，一般采用0.8或1.6m。靠近河流处与总管
39、四角部位，井点应适当加密。,3.轻型井点的计算 轻型井点的计算内容包括：涌水量计算、井点管数量与井距的确定井点计算受水文地质和井点设备等许多因素影响，算出的数值只是近似值。,(1)涌水量计算 轻型井点涌水量计算之前，先要确定井点系统布置方式和基坑计算图形面积。如矩形基坑的长宽比大于5或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时，需将基坑分块，使其符合计算公式的适用条件；然后分块计算涌水量，将其相加即为总涌水量。 渗透系数k值的确定： 渗透系数的测定方法有：现场抽水试验与实验室测定两种。对重大的工程，宜采用现场抽水试验，以获得较为准确的渗透系数值，其方法是在现场设置抽水孔，并距抽水孔为x1与x2处设两个观
40、测井（三者在同一直线上），根据抽水稳定后，观测井的水深y1和y2及抽水孔相应的抽水量Q，按下式计算K值。,在实际工程中往往会遇到无压非完整井点系统，其涌水量精确计算较为复杂，可近似按下式计算。,其中有效带的深度H0值系经验数值，可查下表得到。 有效带的深度值,当查表得到的值大于实际含水层厚度H时，则取=H。 同理，也可推导出承压完整井环形井点涌水量计算公式为：,式中：M承压含水层厚度（m）； K、R、x0、S同前。,(2)井点管数量与井距的确定 单根井点管的最大出水量q，按下式确定,式中：d滤管直径（m）； l滤管长度（m）； K渗透系数（m/d）。 井点管的最少根数n，按下式确定：,（根）,
41、井点管数量算出后，便可根据井点系统布置方式，求出井点管间距D。,式中：L总管长度（m）； n井点管根数（m）。 井距应与总管上的接头间距（0.8m）相配合。靠近河流处，井管宜适当加密。 根据实际采用的井点管间距，最后确定所需的井点管根数。,深井降水系统当降水深度超过15m时，可在管井井点中采用深井泵。这种采用深井泵的井点称为深井井点。在诸多井点降水方法中,深井井点降水因其降水效果好、施工简便,操作技术易于掌握,各种形状的基坑都能应用,已成为基坑降水的主要手段之一,它适用的水文地质条件是土层渗透系数较大,地下水丰富,降水深度较深的砂土层,这种方法降低水位深度可达15以上。,管井井点 管井井点就是
42、沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大（20200m/d）、地下水量大的土层中，宜采用管井井点。,喷射井点 喷射井点是根据射流原理制造的，由喷嘴喷出高压水在喷嘴周围形成负压将土层中的水抽至井点中，形成汽水溶液，由高速水流的动能将其排出地表。它适合土中水的渗透系数在0.1-50m/d的土质。 电渗井点 在深基础工程施工中，有时会遇到渗透系数小于0.1m/d的土层，这类土含水量大，压缩性高，稳定性差。由于土粒间微小孔隙的毛细管作用，将水保持在孔隙内，单靠用真空吸力的一般降水方法效果不佳，此时，必须采用电渗井点降水。 电渗井点是利用粘性土的电渗
43、特性，在直流电场中，土中的水流向阴极管集中排走，用以降低饱和粘土中的地下水位。,（三） 堵截法 堵截法是为了阻止地下水流入基坑，通过堵、截、灌、排等手段,将地下水对工程的影响降到最低程度。常用的有板桩截水、稀浆槽截水、冷冻截水、隔板结构墙、渗透灌浆和喷射灌浆等。 基坑降水方法的综合利用在基坑开挖范围较大、深度较深的工程中,同时采用几种降水方法,可取得较好的降水效果。例如,当深挖工程在透水性弱的地层时,采用深井与轻型井点相结合方法,即先布置大间距的深井,将水位下降510,然后再在挖坑中建立小间距的单级轻型井点系统,作最终降水。当施工工地为透水性强的砂砾层时,附近又有补给水体时,这就需要对基坑开挖
44、工程由里往内布置深井、稀浆槽和排水沟的降水系统。在实际的基坑降水工程中,采用几种降水方法同时降水时,其灵活度较大,但较复杂。究竟采取哪几种基坑降水的方法综合利用,并没有现成的模式,要视具体的水文地质条件而定。 近年来,在密集建筑群中开挖深基坑时,多采用各种方法的综合利用。例如,在地下连续墙的内侧布置井点降水系统,其作用是在连续墙的内侧,有效地降低地下水位,确保基坑中土体干燥作业条件,实践证明内井点降水系统效果很好。同时,应该用合理的井距代替以往在基坑周围采用的平均布井的方案,这样妥善解决了基坑角降水效果最差的问题。例如,南京市鼓楼区湖南路某深基坑降水工程即采用了地下连续墙、深井井点系统与轻型井
45、点系统联合使用的方案。其平面布置如图：,四 基坑降水中应注意的几个问题在涉及到地下水的基础施工中，基坑降水是基坑施工的重要环节之一，其成功与否不仅直接影响到工程的进度，费用和支护的成功，而且还可能影响到工程的安全，因此，必须给予重视。下面介绍基坑降水过程中的两个重要的问题，地面沉降问题和不同渗透性土层组合对降水的影响问题,（一） 地面沉降问题在基坑降水过程中，随着地下水向坑内渗流，会带走临近建筑物基础下面的部分细颗粒，再加上降水后土层含水量降低而产生固结，因而会引起地面沉降。据上海一个未开挖无载荷空地的沉降试验资料，当降水经过42天后，距井点2m、6m和14m处的地面沉降分别达到28mm、20
46、mm和10mm。因地面沉降导致周围建筑物开裂和影响安全的例子国内外都存在。例如美国华盛顿州的波音公司工程大厦因邻近沟渠开挖降水，使该大厦下面和旁边支撑的土被削弱和基础被掏空，导致天然地基、地坪、内墙和楼板发生裂缝。由此可见，在临近有建筑物的地区进行基坑降水，必须高度重视地面沉降和建筑物安全问题。目前，预防地面沉降的方法还不多，综合各地经验，大体上可采取下列措施：,（1）堵截法 为了阻止地下水流入基坑，常用钢板桩、灌注桩连续墙、旋喷桩和深层搅拌桩进行截堵。用钢板桩截堵，利用其锁口阻水作用，可以减少对建筑物的影响，但起拔时因挟带泥砂较多，也会影响临近建筑物沉降和发生裂缝，另外，降水井点应布置在桩内
47、。 （2）回灌法 在降水的同时，向土层内灌入一定数量的水，形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少建筑物下地下水流失，使地下水位保持不变，这是预防地面沉降的一种有效方法，即所谓回灌法。 （3）减速法 这个方法就是减缓降水速度，达到均匀出水，使土壤细颗粒不被水带出，具体措施是： 将井点管加长，或减少降水流量，加大井距，需要时甚至停止抽水，同时提高井的施工质量，确保填料厚度在150mm以上，根据土颗粒粒径改换滤网，采用混合滤料，并将其均匀填入环状间隙内从而防止产生不均匀沉降。,（二） 不同渗透性土层组合对降水的影响 将含水土层粒径从上到下由细变粗的土层组合成为正序地层。反之，含水土层粒径从上到下由粗变细的
48、土层组合称为逆序地层。从理论和实际都可以看到，不同渗透性土层的不同组合对降水效果有极大的影响。 均匀地层和正序地层的降水效果 在均匀地层和正序地层中，垂向上没有弱透水层或隔水层的阻隔，可使基坑降水形成统一的降落漏斗，被疏干的地层不会滞留很多地下水，即不会产生槽壁渗水现象。因而在这样的地层组合中进行基坑降水，实践也证明无一例外地降水效果良好。,逆序地层和透水地层中夹有不透水层对降水的影响 在逆序地层和透水地层中夹有或含有不透水层的地层组合中，由于下部渗透性较差的地层或其中的不透水地层对其上地层垂向渗流的阻滞作用，会大大影响到基坑降水的效果，以至影响到基坑支护等多方面。（如图3-1）,图 3-1
49、透水地层中含有不透水层对基坑侧壁降水效果的影响 上图反映了不透水层对对基坑侧壁降水效果的影响，当在基坑开挖深度范围内的地层中夹（含）有弱透水层或不透水层，将严重影响到基坑侧壁的降水效果。其中的不透水层阻断了其上透水层中的地下水的垂向渗流，使之只能侧向渗流。同时还会改变地下水降落漏斗曲线的形式，形成多漏斗形式。结果使得透水层与不透水层相接触的A点部位因透水层内的侧向渗流补给而造成槽壁渗水，严重时引起侧壁流砂，影响基坑侧壁稳定和支护。当遇到这种地层组合，在降水设计时可考虑在两抽水孔之间加一些孔径稍小的渗水孔以减轻侧壁渗水程度。,结论,(1)基坑降水方案的设计应根据具体的水文地质条件，开挖深基坑时，可采用几种降水方法联合使用，以达到最佳布置，取得最好的降水效果。 (2)在均匀地层和正序地层中，降水效果良好，在逆序地层特别是在透水地层夹有不透水地层的组合中，降水效果一般不是很好。通常会出现侧壁渗水等的情况。,
