施工排水及地基处理.ppt

1,给排水工程施工技术,第二章施工排水及地基处理,2,施工排水主要指地下水的排除，同时也包括地面水的排除。坑(槽)开挖，使坑(槽)内的水位低于原地下水位，导致地下水易于流入坑(槽)内，地面水也易于流入坑(槽)内。由于坑(槽)内有水，使施工条件恶化，严重时，会使坑(槽)壁土体坍落，地基土承载力下降，影响土的强度和稳定性。会导致给水排水管道、新建的构筑物或附近的已建构筑物破坏。因此,在施工时必须做好施工排水。施工排水有明沟排水和人工降低地下水位排水两种方法。不论采用哪种方法，都应将地下水位降到槽底以下一定深度，改善槽底的施工条件；稳定边坡；稳定槽底；防止地基土承载力下降。,给排水工程施工技术,概要,3,排水沟的断面尺寸，应根据地下水量及沟槽的大小来决定，一般排水沟的底宽不小于0.3m，排水沟深应大于0.3m，排水沟的纵向坡度不应小于1%5%,且坡向集水井.若在稳定性较差的土壤中，可在排水沟内埋设多孔排水管，并在周围铺卵石或碎石加固，也可在排水沟内设支撑。集水井一般设在管线一侧或设在低洼处，以减少集水井土方开挖量；为便于集水井集水，应设在地下水来水方向上游的坑(槽)一侧，同时在基础范围以外。通常集水井距坑(槽)底应有12m的距离。集水井直径或宽度，一般为0.70.8m，集水井底与排水沟底应有一定的高差，一般开挖过程中集水井底始终低于排水沟底0.71.0m，当坑(槽)挖至设计标高后，集水井底应低于排水沟底12m。,给排水工程施工技术,第一节明沟排水,4,一、明沟排水坑(槽)开挖时，为排除渗入坑(槽)的地下水和流入坑(槽)内的地面水，一般可采用明沟排水。明沟排水是将流入坑(槽)内的水，经排水沟将水汇集到集水井，然后用水泵抽走的排水方法，如图2-1所示。明沟法排水通常是当坑(槽)开挖到接近地下水位时，先在坑(槽)中央开挖排水沟，使地下水不断地流入排水沟，再开挖排水沟两侧土。如此一层层挖下去，直至挖到接近槽底设计高程时，将排水沟移至沟槽一侧或两侧。开挖过程，如图2-2所示,给排水工程施工技术,第一节明沟排水,5,给排水工程施工技术,第一节明沟排水,6,集水井间距应根据土质、地下水量及水泵的抽水能力确定，一般间隔50150m设置一个集水井。一般都在开挖坑(槽)之前就已挖好。目前主要是用人工开挖集水井，为防止开挖时或开挖后集水井井壁的塌方，须进行加固。当土质较好时，地下不量不大的情况下，通常采用木框法加固。当土质不稳定,地下水量较大的情况下，通常先打入一圈至井底以下约0.5m的板桩加固。也可以采用混凝土管下沉法。集水井井底还需铺垫约0.3m厚的卵石或碎石组成反滤层，以免从井底涌入大量泥砂造成集水井周围地面塌陷。,给排水工程施工技术,第一节明沟排水,7,为保证集水井附近的槽底稳定，集水井与槽底有一定距离，在坑(槽)与集水井间设进水口，进水口的宽度一般为11.2m。为了保证进水口的坚固，应采用木板、竹板支撑。排水沟、进水口需要经常疏通，集水井需要经常清除井底的积泥，保持必要的存水深度以保证水泵的正常工作。明沟排水是一种常用的简易的降水方法，适用于少量地下水的排除，以及槽内的地表水和雨水的排除。对软土或土层中含有细砂、粉砂或淤泥层，不宜采用这种方法。,给排水工程施工技术,第一节明沟排水,8,人工降低地下水位排水就是在含水层中布设井点进行抽水，地下水位下降后形成降落漏斗。如果坑(槽)底位于降落漏斗以上，就基本消除了地下水对施工的影响。地下水位是在坑（槽）开挖前预先降落的,并维持到坑(槽)土方回填，如图2-3所示。人工降低地下水位一般有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点等方法。本节主要阐述轻型井点降低地下水位。各类井点适用范围见表2-3。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,9,各种井点的适用范围表2-3,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,10,一、轻型井点轻型井点又分为单层轻型井点和多层轻型井点两种。单层轻型井点适用于粉砂、细砂、中砂、粗砂等，渗透系数为0.150m/d，降深小于6m。多层轻型井点适用渗透系数0.150m/d，降深为612m。轻型井点降水效果显著，应用广泛，并有成套设备可选用。（一）轻型井点的组成轻型井点由滤水管、井管、弯联管、总管和抽水设备所组成，如图2-4所示。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,11,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,12,(二)轻型井点设计轻型井点的设计包括：平面布置，高程布置，涌水量计算，井点管的数量、间距和抽水设备的确定等。井点计算由于受水文地质和井点设备等诸多因素的影响，所计算的结果只是近似数值，对重要工程，其计算结果必须经过现场试验近行修正。1.轻型井点布置总的布置原则是所有需降水的范围都包括在井点围圈内，若在主要构造物基坑附近有一些小面积的附属构筑物基坑，应将这些小面积的基坑包括在内。井点布置分为平面布置和高程布置。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,13,（1）平面布置根据基坑平面形状与大小，土质和地下水的流向，降低地下水的深度等要求而定。当沟槽宽小于2.5m，降水深小于4.5m，可采用单排线状井点，如图2-8所示，布置在地下水流的上游一侧；当基坑或沟槽宽度较大，或土质不良，渗透系数较大时，可采用双排线状井点，如图2-9所示，当基坑面积较大时，应用环形井点如图2-10所示，挖土运输设备出入道路处可不封闭。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,14,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,15,1）井点的布置井点应布置在坑（槽）上口边缘外1.01.5m，布置过近，影响施工进行，而且可能使空气从坑（槽）壁进入井点系统，使抽水系统真空破坏，影响正常运行。井点的埋设深度应满足降水深度要求。2）总管布置为提高井点系统的降水深度，总管的设置高程应尽可能接近地下水位，并应以12的坡度坡向抽水设备，当环围井点采用多个抽水设备时，应在每个抽水设备所负担总管长度分界处设阀门将总管分段，以便分组工作。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,16,3）抽水设备的布置抽水设备通常布置在总管的一端或中部，水泵进水管的轴线尽量与地下水位接近，常与总管在同一标高上，水泵轴线不低于原地下水位以上0.5-0.8m。4）观察井的布置为了了解降水范围内的水位降落情况，应在降水范围内设置一定数量的观察井，观察井的位置及数量视现场的实际情况而定，一般设在基坑中心，总管末端，局部挖深处等位置。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,17,（2）高程布置井点管的埋设深度应根据降水深度，储水层所在位置，集水总管的高程等决定，但必须将滤管埋入储水层内，并且比所挖基坑或沟槽底深0.91.2m。集水总管标高应尽量接近地下水位线并沿抽水水流方向有0.250.5的上仰坡度，水泵轴心与总管齐平。井点管埋深可按下式计算，如图2-11所示。H=H1+h+iL+l（2-4）式中：H-井点管埋置深度（m）；H1-井点管埋设面至基坑底面的距离(m)；h-降水后地下水位至基坑底面的安全距离(m)，一般为0.51m；i-水力坡度，与土层渗透系数，地下水流量等因素有关，根据扬水试验和工程实测确定。对环状或双排井点可取1/101/15；对单排线状井点可取1/4；环状井点外取1/81/10；L-井点管中心至最不利点（沟槽内底边缘或基坑中心）的水平距离（m）；l-滤管长度（m）。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,18,井点露出地面高度,一般取0.20.3m。轻型井点的降水深度以不超过6m为宜。如求出的H值大于6m，则应降低井点管和抽水设备的埋置面，如果仍达不到降水深度的要求，可采用二级井点或多级井点，如图2-12所示。根据施工经验。两级井点降水深度递减0.5m左右。布置平台宽度一般为1.01.5m。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,19,（三）轻型井点施工、运行及拆除轻型井点系统的安装顺序是:测量定位；敷设集水总管；冲孔；沉放井点管；填滤料；用弯联管将井点管与集水总管相连；安装抽水设备；试抽。井点管埋设有射水法套管法冲孔或钻孔法。井点系统使用过程中，应继续观察出水是否澄清，并应随时做好降水记录。井点系统使用过程中，应经常观测系统的真空度，一般不应低于55.366.7kpa，若出现管路漏气，水中含砂较多等现象时，应及早检查，排除故障，保证井点系统的正常运行。坑(槽)内的施工过程全部完毕并在回填土后，方可拆除井点系统，拆除工作是在抽水设备停止工作后进行，井管常用起重机或吊链将井管拔出。当井管拔出困难时，可用高压水进行冲刷后再拔。拆除后的滤水管井管等应及时进行保养检修，存放指定地点，以备下次使用。井孔应用砂或土填塞，应保证填土的最大干密度满足要求。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,20,二、喷射井点工程上，当坑(槽)开挖较深，降水深度大于6.0m时，单层轻型井点系统不能满足要求时，可采用多层轻型井点系统，但是多层轻型井点系统存在着设备多、施工复杂、工期长等缺点，此时，宜采用喷射井点降水。降水深度可达8-12m。在渗透系数为3-20m/D的砂土中应用本法最为有效。渗透系数为0.1-3m/D的粉砂淤泥质土中效果也较显著。1.喷射井点布置喷射井点的平面布置，当基坑宽小于10m时，井点可作单排布置；当大于10m时，可作双排布置；当基坑面积较大时，宜采用环形布置.,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,21,三、电渗井点在饱和粘土或含有大量粘土颗粒的砂性土中，土分子引力很大，渗透性较差，采用重力或真空作用的一般轻型井点排水，效果很差。此时，宜采用电渗井点降水。电渗井点适用渗透系数小于0.1m/d的土层中。（一）电渗井点的原理电渗井点的基本原理就是根据胶体化学的双电层理论，在含水的细土颗粒中，插入正负电极并通以直流电后，土颗粒即自负极向正极移动，水自正极向负极移动，这样把井点沿坑槽外围埋入含水层中，做为负极，导致弱渗水层中的粘滞水移向井点中，然后用抽水设备将水排除，以使地下水位下降。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,22,四、管井井点管井适用于中砂、粗砂、砾砂、砾石等渗透系数为1200m/d地下水丰富的土、砂层或轻型井点不易解决的地方。管井井点排水量大，降水深，可以沿基坑或沟槽的一侧或两侧作直线布置，也可沿基坑外围四周呈环状布设。井中心距基坑边缘的距离为:采用冲击式钻孔用泥浆护壁时为0.51m；采用套管法时不小于3m。管井埋设的深度与间距，根据降水面积、深度及含水层的渗透系数等而定，最大埋深可达10余m，间距1050m。五、深井井点当土的渗透系数大于20200m/d，地下水比较丰富的土层或砂层，要求地下水位降深较大时，宜采用深井井点。,给排水工程施工技术,第二节人工降低地下水位,23,在工程上，无论是给水排水构筑物，还是给水排水管道，其荷载都作用于地基土上，导致地基土产生附加应力，附加应力引起地基土的沉降，沉降量取决于土的孔隙率和附加应力的大小。在荷载作用下，若同一高度的地基各点沉降量相同，这种沉降称为均匀沉降；反之，称为不均匀沉降。无论是均匀沉降，还是不均匀沉降都有一个容许范围值，称为极限均匀沉降量和最大不均匀沉降量。当沉降量在允许范围内，构筑物才能稳定安全，否则，结构就会失去稳定或遭到破坏。,给排水工程施工技术,第三节地基处理,24,地基在构筑物荷载作用下，不会因地基土产生的剪应力超过土的抗剪强度而导致地基和构筑物破坏的承载力称为地基容许承载力。因此，地基应同时满足容许沉降量和容许承载力的要求，如不满足时，则采取相应措施对地基土加固处理，地基处理的目的是:1、改善土的剪切性能，提高抗剪强度。2、降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降或不均匀沉降。3、改善土的透水性，起着截水、防渗的作用。4、改善土的动力特性，防止砂土液化。5、改善特殊土的不良地基特性(主要是指消除或减少湿陷性和膨胀土的胀缩性等)。地基处理的方法有换土垫层、碾压夯实、挤密振实、排水固结和注浆液加固等五类。各类方法及其原理与作用，参见表2-10。,给排水工程施工技术,第三节地基处理,25,给排水工程施工技术,第三节地基处理,26,一、换土垫层换土垫层是一种直接置换地基持力层软弱土的处理方法.施工时将基底下一定深度的软弱土层挖除,分层填回砂、石、灰土等材料,并加以夯实振密.换土垫层是一种较简易的浅层地基处理方法,在各地得到广泛应用.（一）素土垫层素土垫层一般适用于处理湿陷性黄土和杂填土地基.素土垫层是先挖去基础下的部分土层或全部软弱土层,然后分层回填,分层夯实素土而成。（二）砂和砂石垫层砂和砂石垫层适用于处理在坑(槽)底有地下水或地基土的含水量较大的粘性土地基。（三）灰土垫层灰土垫层是用石灰和粘性土拌合均匀，然后分层夯实而成。适用于一般粘性土地基加固或挖深超过15cm时或地基扰动深度小于1.0m等，该种方法施工简单、取材方便、费用较低。,给排水工程施工技术,第三节地基处理,27,二碾压与夯实(1)机械碾压机械碾压法采用压路机、推土机、羊足碾或其它压实机械来压实松散土，常用于大面积填土的压实和杂填土地基的处理。(2)重锤夯实法重锤夯实法是利用移动式起重机悬吊夯锤至一定高度后，自由下落，夯实地基。适用于地下水位0.8m上稍湿的粘性土，砂土、湿陷性黄土、杂填土等地基加固。(3)振动压实法振动压实法是利用振动机振动压实浅层地基的一种方法，如图2-26所示。适用于处理砂土地基和粘性土含量较少，透水性较好的松散杂填土地基。,给排水工程施工技术,第三节地基处理,28,给排水工程施工技术,第三节地基处理,29,三、密桩与振冲法1挤密桩挤密桩加固是在承压土层内，打入很多桩孔，在桩孔内灌入各种密实物，以挤密土层，减小土体孔隙率，增加土体强度。挤密桩除了挤密土层加固土壤外，还起换土作用，在桩孔内以工程性质较好的土置换原来的弱土或饱合土，在含水粘土层内，砂桩还可作为排水井。挤密桩体与周围的原土组成复合地基，共同承受荷载。根据桩孔内填料不同，有砂桩、土桩、灰土桩、砾石桩、混凝土桩之分。,给排水工程施工技术,第三节地基处理,30,2、振冲法在砂土中，利用加水和振动可以使地基密度。振冲法就是根据这个原理而发展起来的一种方法。振冲法施工的主要设备是振冲器，如图2-30所示。它类似于插入式混凝土振捣器，由潜水电动机、偏心块和通水管三部分组成。振冲器由吊机就位后，同时启动电动机和射水泵，在高频振动和高压水流的联合作用下，振冲器下沉到预定深度，周围土体在压力水和振动作用下变密，此时地面出现一个陷口，往口内填砂一边喷水振动，一边填砂密实，逐段填料振密，逐段提升振冲器，直到地面，从而在地基中形成一根较大直径的密实的碎石桩体，一般称为振冲碎石桩。,给排水工程施工技术,第三节地基处理,31,给排水工程施工技术,第三节地基处理,32,四、注浆加固在软弱土层或饱合土层内，注入化学药剂，使之填塞孔隙，并发生化学反应，在颗粒间生成胶凝物质，固结土颗粒，称为注浆加固法。注浆加固法可以提高地基容许承载力，降低土的孔隙比，降低土的渗透性，修建人工防水帷幕等各种用途，如图2-31所示。,给排水工程施工技术,第三节地基处理,