施工技术第五次课.

1.3.3地面排水与降低地下水位（一）排除地面水的途径1、设置排水沟（疏）□设置在施工区域边缘或道路两侧；□横断面500×500，纵向坡度不小于2‰至低洼处（或集水井内），用水泵抽走。2、开挖截水沟（堵）□宜用于山区场地平整的排水；□在较高山坡上开挖一截水沟。3、砌筑挡水土堤□宜用于低洼地区施工；□在施工区域四周修筑以防雨水及地表水流入（二）降低地下水方法集水坑降水法、井点降水法及设防渗帷幕。1、集水坑降水法（明排法）“截，疏，抽”：1）截——截住水流，将排水沟设置在地下水的上游；2）疏——疏散积水；3）抽——设置集水井，用抽水设备排水。（水井一般每隔20～40m设置一个）2、井点降水法（不仅是一种降水、排水措施，也是一种地基加固方法）一、集水坑降水法(动画)集水坑降水，边挖边降注：a.不适用于细砂、粉砂土的降水。问题：对于这种土质条件，为什么不能采用集水坑降水法？那应采用什么方法呢？后面将讲到“井点降水法”集水井降水法是在基坑开挖过程中，在基坑范围以外设置集水坑，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽走（集水坑降水法）。为了防止基底土的颗粒随水流失而使土结构受到破坏，集水井应设置于基础范围之外，地下水走向的上游。根据地下水量，基坑平面形状及水泵的抽水能力，每隔20～40m设置一个集水井。集水井的直径或宽度一般为0.6～0.8m，其深度随着挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.7～1.0m。井壁可用竹木等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，并铺设0.3m碎石滤水层，以免由于抽水时间较长而将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。b.水泵选用：离心泵、潜水泵、软轴水泵（较少采用）常用于基坑排水适于地下水量较大的基坑排水（2）水泵及选用水泵的种类很多，在建筑上最常用有离心水泵和潜水泵。其主要性能包括：流量、扬程和功率等。水泵的流量和扬程应满足基坑涌水量和坑底降水深度要求。通常情况下水泵的抽水量应大于集水井的涌水量，否则坑内水会越积越多，将基坑土泡软。选择离心水泵的要点有：1）正确确定水泵安装高度。由于水经过管有阻力而引起水头(扬程)损失，通常实际吸水扬程可规定值中吸水扬程减去0.8(无底阀)～1.2m(有底阀)来进行估算。2）水泵流量应大于基坑内的涌水量。一般选用口径为2～4in（吋）(5.08～10.16cm)的排水管，能满足水泵流量的要求。3）吸水扬程应与降水深度保持一致若不能保持一致时，可另选离心水泵，亦可将离心水泵安装位置降低至基坑放线土壁台阶或坑底上。图1-36明沟、集水井排水方法1-排水明沟；2-集水井；3-离心式水泵；4-设备基础或建筑物基础边线；5-原地下水位线；6-降低后地下水位线图1-37分层明沟、集水井排水法1-底层排水沟；2-底层集水井；3-二层排水沟；4-二层集水井；5-水泵；6-原地下水位线；7-降低后地下水位线c.排水沟的截面尺寸和集水井的个数是根据坑底涌水量的大小、基础的形状和水泵的抽水能力来确定。一般排水沟的沟底低于挖土面为0.4m～0.5m，集水井应设在基础范围以外的边角处。排水沟向集水井方向保持1‰～3‰的纵向坡度,每间隔20～40m设置一个集水井，其直径或宽度为0.6～0.8m。集水井深度随挖土深度增加而加深，始终低于挖土面0.8～1.0m。d.流砂的现象、危害、发生的关键以及防治措施当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，在挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。流砂现象的危害发生流砂时，土完全丧失承载能力，施工条件恶化，并有引起附近建筑物下沉的危险。用抽水机在基坑底明排水粉细沙随地下水流入基坑，产生流沙在基坑开挖和地下结构施工中，必须防止流沙，以免支护失效发生重大基坑坍塌事故。基坑支护结构外侧因泥沙随水渗流进入基坑，造成局部沉陷坍塌事故上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地下水充沛，基坑土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成支护结构失效坍塌事故。流砂现象发生的关键动水压力的大小与方向。流砂现象的防治途径主要是减小或平衡动水压力，或者改变动水压力的方向。当水由高水位处流向低水位的处时，水在土中渗流过程中受到土颗粒的阻力，同时水对土颗粒也作用一个压力，这个压力叫做动水压力GD。动水压力与水的重力密度和水力坡度有关：式中GD—动水压力(kN/m3)；γw——水的重力密度；I——水力坡度(等于水位差除以渗流路线长度)。流砂现象的防治的具体措施1）枯水期施工法。如条件许可，尽量安排在枯水期施工，使最高地下水位距坑底不小于0.5m。2）水下挖土法。水中挖土时，不抽水或少抽水，保持坑内水压与地下水压基本平衡。3）抢挖法。即组织分段抢挖，使挖土的速度大于冒砂速度，挖到设计标高后立即抛大石块以平衡动水压力，压住流砂。4）井点降水法。5）打钢板桩法。6）地下连续墙法。二、井点降水法在基坑开挖深度较大、地下水位较高、土质较差（如细砂、粉砂等）情况下，要考虑采用井点降水法。a、井点降水法在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管，利用抽水设备抽水，使地下水位降至坑底以下，在基坑开挖过程中仍不断抽水，直至土方和基础工程施工结束为止。b、井点降水的类型及选择方法a）类型：轻型井点，喷射井点，管井井点，深井井点以及电渗井点。b）选择时应考虑的因素：□土的渗透系数（K）□降低水位的深度（H）□工程特点□设备条件及经济条件（其中轻型井点采用较为广泛，下面将做重点介绍）a、轻型井点设备组成及布置a）轻型井点设备组成管路系统：滤管、井点管、弯联管及总管抽水设备：真空泵、离心泵和水气分离器轻型井点设备工作原理（动画）1.轻型井点在地下水丰富地区，当土的渗透系数为0.1～1m/d时，常采用轻型井点降水轻型井点降水系统组成弯连管总管井点管真空泵b）井点布置依据基坑的平面形状、大小、土质、地下水位高低及流向、降水深度要求等。□平面布置坑宽6m，单排布置（井点放在上游）坑宽6m（或土质不好），双排布置大面积，环形布置□高程布置理论上可达10m左右，实际6mHH1+h+iL（课本36页）(a)平面布置（b）高程布置单排线状井点布置1-总管；2-井点管；3-抽水设备（a）平面布置（b）高程布置环形井点布置图1-总管；2-井点管；3-抽水设备注意：确定井点管埋设深度，还要考虑井点管要露出地面0.2m左右。如果计算出的值大于6m，则应降低井点管抽水设备的埋置面，以适应降水深度的要求。任何情况下，滤管必须埋设在蓄水层内。当一级井点系统达不到施工降水深度要求时，可采用二级井点，即先挖去一级井点所疏干的土，然后再在基坑底部装设二级井点，以使降水深度增加。二级轻型井点布置图1-第一级井点管；2-第二级井点管城墙侧湖底段采用围堰挡水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。b、水井的分类a－承压完整井；b－承压非完整井；c－无压完整井；d－无压非完整井水井的分类1）承压完整井水井底部达到不透水层，含水层的水面有一定压力的水井。2）承压非完整井水井底部没有达到不透水层，含水层的水面有一定压力的水井。3）无压完整井水井底部达到不透水层，且地下水无压力的水井。4）无压非完整井水井底部没有达到不透水层，且地下水无压力的水井。c、轻型井点计算内容：涌水量Q井点管数量n井点管间距Da）涌水量计算（a）无压完整井无压完整井水位降落曲线和流线网1－流线；2－过水断面(2)1.366lglgHssQKRr-=-□井点系统(群井)群井系统灌水量计算图式1－矩形基坑；2－等效圆井00(2)1.366lg()lgHSSQkRxX-=+-(m3/d)——井点管围成水井的半径（m）K——环形井点土的渗透系数S——环形井点群井中心水位降低值R——抽水影响半径H——含水层厚度0x由于基坑大多不是圆形，故不能直接得到，当矩形基坑长宽比不大于5时，环形布置的井点可近似作为圆形井来处理，并用面积相等的原则确定，此时将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径：F—环形井点所包围的面积。0x抽水影响半径与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值有关，在抽水2到5小时后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽水影响半径可近似按下列公式计算：K的取值可以用现场抽水试验或通过实验室测定得到2RsHK（b）（实际工程常遇见的）无压非完整井系统H0——有效含水深度其取值为经验数值，当计算得到有效含水深度大于实际含水厚度时，仍取H(表见下页)地下潜水不仅从井的侧面流入，还从井点底部渗入，因此涌水量较完整井大。为了简化计算，仍可采用下式。000(2)1.366lg()lgHSSQkRxX-=+-有效深度H0值s/(s+l)H00.20.30.50.81.3(s+l)1.5(s+l)1.7(s+l)1.84(s+l)注：表中s为井管内水位降低深度，l为滤管长度，若计算值H0H—实际含水层厚度H时，取H0=H（c）承压完整井系统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）；其他符号含义同上。02.73lglgMsQKRx（d）承压非完整井系统承压非完整井涌水量计算公式为：式中：l—井点插入含水层的长度（m）；其他符号含义同上。0)0022.73lg(lg0.5MsMMlQKRxxlxMb）井点管数量与井距确定（a）单根井点管出水量其中d——滤管直径(38～50mm)l——滤管长度(1.0～1.5m)K——渗透系数(m3/d)（b）井点管最少根数n=1.1Q/q(根)1.1——备用系数（c）井点管间距D=L/n(m)L——总管管长注：□井点管间距不宜太小，D5d；与总管上接头尺寸相一致尽可能采用0.8m、1.2m、1.6m或2m□对于渗透系数小的土中，井距取较小值(较计算值少)□靠近河流处，井点管宜适当加密。1）轻型井点系统施工内容施工准备、井点管布置、井点系统埋设、使用及拆除。d、轻型井点的施工(动画、视频)2）施工准备工作井点设备、施工机具、动力、水源、电源及必要材料的准备，排水沟的开挖，水位观测孔的设置等。3）井点系统的安装顺序挖井点沟槽、敷设集水总管→冲孔、沉设井点管、灌填砂滤料→用弯联管将井点管与集水总管连接→安装抽水设备→试抽。4）井点系统的使用（1）井点管的埋设一般用水冲法；（2）轻型井点系统全部安装完毕后，应进行抽水试验，以检查有无死井（井点管淤塞）或漏气、漏水等现象；（3）在井点系统的使用过程中，应连续抽水，时抽时停会抽出大量泥沙，使滤管淤塞，并可能造成邻近建筑物因土粒流失而沉降开裂。基坑开挖与降水对邻近建筑物的影响和措施降水过程中，在建筑物密集地区或在软土地区如因长时间降水会引起周围地面不均匀沉降，影响邻近建筑物、道路和管网等设施的正常使用和安全。为防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降，可采取下列技术措施：①减缓降水速度；②设置抗渗屏幕（止水帷幕）；③回灌井法。井点回灌就是在井点降水的同时,将抽出的地下水通过回灌井点持续地再灌入地基土层内,使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围!