【土木建筑】第一章土石方工程与地基处理第二章施工排水

给水排水工程施工给水排水工程施工目录目录 n第一章 土石方工程与地基处理 第一节 土的工程性质及分类 第二节 沟槽与基坑断面的选择及土方量的计算 第三节 沟槽与基坑开挖 第四节 沟槽支撑 第五节 土方回填 第六节 石方爆破 第一章第一章 土石方工程土石方工程第一节第一节 土的性质与分类土的性质与分类一、土的组成二、土的三相比例指标三、无黏性土的密实度四、黏性土的物理特性五、土的工程分类六、土的压实度与压缩性七、土的渗透性八、土的可松性九、土中应力及分布十、土的抗剪强度十一、土压力 一、土的组成l土是岩石风化后经搬移、堆积而成的。由矿物固体颗粒、水分和空气组成，称为土的三相组成，其中，固相是矿物颗粒及有机质；液相是水；气相是空气。矿物固体颗粒有大小不等的粒径和形状，自漂石至细微的粘土颗粒。粒径大小称为粒度。相近的粒度化为一组。（一）土的固体颗粒l土的颗粒级配 天然土是由无数大小不同的土粒组成，通常把大小相近的土粒合并为一组，称为粒组。工程上采用的粒组为六大粒组，即漂石、卵石、圆砾、砂粒、粉粒和黏粒。（二）土中的水和空气l1、土中水 土中水可以处于液态、固态和气态。当土中温度在0以下时土中的水结冻成冰，形成冻土，其强度增大。但冻土融化后，强度急剧降低。至于土中气态水，对土的性质影响不大。l土中液态水可分为结合水和自由水。l2、土中气体l土中气体有与大气相连通的和封闭的。在粗粒中常见到与大气相连通的空气，它对土的力学性质影响不大。在细粒土中则常存在与大气隔绝的封闭气泡，它在外力作用下 具有弹性，并使土的透水性减小。二、土的三相比例指标l土中的土粒、水和气三部分的质量（或重力）与体积之间的比例关系，随着各种条件的改变而变化，土的疏密、轻重、软硬、干湿等性质，可通过某些表示其三相组成比例关系的指标反映出来。（一）土的质量密度单位体积土的质量称为土的质量密度，简称土的密度。即 （二）土的重力密度单位体积土所受的重力称为土的重力密度，简称土的重度。即 （三）土的相对密度 土的固体颗粒单位体积的质量与水在4 时单位体积的质量之比称为土中固体颗粒的密度，简称颗粒的相对密度。即 VWpwsssVWdVG（四）土的含水量土中水的质量与土粒质量之比称为水的含水量。即 (1-4)（五）土的干密度单位体积土中土粒的质量称为土的干密度。即 (1-5)（六）土的干重度l土的单位体积内土粒所受中立称为土的干重度。100(%)swWWVWsd（七）土的饱和重度土中孔隙完全被水充满时土的重度成为饱和重度。即 （八）土的孔隙比土中孔隙体积与土粒体积之比称为土的孔隙比。即 （九）土的孔隙率l土中孔隙体积与总体积之比称为土的孔隙率。即 VWSVVVe 100(%)VVaV（十）土的饱和度土中水的体积与孔隙体积之比称为土的饱和度。即 VwrVVS 三、无黏性土的密实度l砂土、碎石土统称为无黏性土。无黏性土的密实度对其工程性质有重要的影响。l相对密实度为：l式中，e砂土的天然孔隙比；emax砂土的最大孔隙比；emin砂土的最小孔隙比。一般规定，Dr0.33,为松散状态；0.33Dr0.67,为中密度状态；Dr0.67,为密实状态minmaxmaxeeeeDrl四、黏性土的物理特性l（一）界限含水量l根据含水量的变化，粘性土可呈4种状态：流态、塑态、半固态和固态。流态、塑态、半固态和固态之间分界的含水量，分别称为流性限界(又称液界L)、塑性界限(又称塑界P)和收缩限界。l（二）塑性指数和液性指数l流限和塑限之差称塑性指数IP，即 塑性指数愈大，土吸附的水量愈多，即土的颗粒愈细、矿物成分吸水能力愈大。液性指数是判别黏性土软硬状态的指标，即PLPIPLPLI 五、土的工程分类（一）碎石土ld2mm的颗粒占全重50以上，根据颗粒级配和占全重百分率不同，分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。（二）砂土ld2mm的颗粒含量全重50，干燥时呈无塑性或微塑性(塑性指数IP3)的土。砂土根据粒径和占全部质量的百分率不同，又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。（三）粉土和粘性土l塑性指数IP，当10 IP 17为粉质砂土；当IP 17时为粘土。（四）人工填土l人工填土是指人类活动而形成的堆积物，其物质成分较杂乱，均匀性差。按其形成有素填土、杂填土和冲填土。六、土的压实性与压缩性l压实是指用机械的方法，如用静力的，振动的冲击的设备使土密实。土的压实过程时间是比较短。其目的是使地基土密实，提高承载力，减少土的压缩性。l压缩是指地基土在压力作用下体积减少的性质。土的压缩过程时间的长短，随土质、压力和含水量的不同而不同。引起地基变形，从而使建筑物等产生一定的沉降量和沉降差，对建筑物等的使用和安全造成危害。七、土的渗透性 土的渗透性表示土的透水的性质。土的渗透性用渗透系数K表示。土的渗透系统大小决定于土的结构、土颗粒大小和粒径级配状况、土的密实程度等。八、土的可松性l土经挖掘后，颗粒间的连接遭到破坏，在把土回填到沟槽内，并按一般回填密实度夯实后其体积也要比开槽前自然体积增大一些。土体积增大归因于土的可松性。l土经挖掘后体积增加值用最初可松性系数K松表示：l土经回填后的体积增加值，用最后可松性系数K松 表示：l l式中 V1开挖前土的自然密实体积；l V2开挖后土的松散体积；l V3压实后土的体积。12VV松K13VV松K 九、土中应力及分布l土中的应力，主要有两种：自重应力和附加应力。l构筑物没有修建前，由于土体本身质量引起的土中应力，称自重应力。l构筑物荷载作用于地基，导致地基上产生应力，这种荷载称为附加荷载，这种应力称为附加应力。l附加应力是引起地基沉降的主要因素。l十、土的抗剪强度l土的抗剪强度是土抵抗剪切破坏的性能。l砂土的抗剪强度：l式中 土的内摩擦角。l砂是散粒体，颗粒间没有相互的粘聚作用，砂的抗剪强度来源于颗粒间摩擦力。粘性土抗剪强度组分，除了内摩擦外，还有一部分粘聚力。l式中 c粘土的粘聚力。tgctg 十一、土压力l各种用途的档土墙，地下给水排水构筑物的墙壁和池壁，地下管沟的侧壁，工程施工中沟槽的支撑，顶管工作坑的后背，以及其他各种档土结构，都受到土从侧向施加的压力。这种压力称土压力，又称挡土墙土压力，或称侧土压力。l土压力E可由下式确定 (1-21)l式中 土的重度；h档土墙高度；K土压力系数。l挡土墙在土压力作用下，会产生位移。根据位移的性质不同，土压力可分为：主动土压力、被动土压力静止土压力。KhE221第二节第二节 土石方平衡与调配土石方平衡与调配 一、土石方工程量的计算l在土石方施工之前，通常需要计算土石方的工程量。但土石方工程的外形往往复杂、不规则，精确计算很困难，在一般情况下，都将其假设划分为一定的几何形状近似计算。l（一）基坑的土方量计算l（二）沟槽土方量计算l（三）场地土方量计算l（四）边坡土方量的计算 二、土方的平衡调配l土方的平衡调配，是对挖土、填土、堆弃或移运之间的关系进行综合协调，以确定土方的调配数量及调配方向。它的目的是使土方的运输量或土方运输成本最低。1、土方平衡调配的原则 1）应力求达到挖、填平衡和运距最短；2）调配区的划分应该与构筑物的平面位置相协调，并考虑它们的分期施工顺序；3）好土要用在回填质量要求较高的地区；4）分区调配应与全场调配相协调。避免只顾局部平衡；5）取土或弃土应尽量少占或不占农田及便于机械施工等。2、土方平衡调配图表的编制l场地土方平衡调配需作相应的土方调配图表，编制方法如下：A、划分调配区 B、计算各挖、填方调配区之间的平均运距 C、绘出土方调配图 D、列出土方量平衡表第三节第三节 土石方开挖与机械化施工土石方开挖与机械化施工 一、准备工作土石方开完前的准备工作主要包括：l拆除或搬迁施工区域内有碍施工的障碍物；l修建排水防洪措施，在有地下水的区域，应有妥善的排水措施；l修建运输道路和土方机械的运行道路；l修建临时水、电、气等管线设施；l作好挖土、运输车辆及各种辅助设备的维修检查、试运转和进场工作等。二、基坑（沟槽）边坡坡度与开挖断面 1、基坑、沟槽边坡与断面选择依据：l土的种类及其物理力学性质、地下水情况、开挖深度、断面尺寸、施工方法、晾槽时间，周边的环境条件等，并按照设计规定的基础、管道的断面尺寸、长度和埋设深度等进行。2、给水排水管道的沟槽常用断面形式：l有直槽、梯形槽、混合槽等，当有两条或多条管道共同埋设时，还需采用联合槽。三、场地平整施工方法l场地平整施工包括：土方开挖、运输、填筑与压实等，当遇有坚硬土层、岩石或障碍物时，还常需爆破。l场地平整的施工方法，在大面积平整时，通常采用机械施工。常用的机械有推土机、铲运机和挖土机等。1、推土机施工l推土机操作灵活、运行方便、所需工作面较小，既可挖土又可作短距离运土，适用于切土深度不大的场地整平，铲除腐殖土并运送到附近的卸土区；开挖深度不大于I5m的基坑；回填基坑和沟槽；平整其他机械卸置的土堆，运送松散的硬土和岩石以及砂石材料等。2、铲运机施工l铲运机是平整场地中使用最广泛的一种土方机械，该机操纵简便灵活，不需其他机械配合，能综合完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等多项工序、行驶速度较快，适用于大面积场地平整，开挖大面积浅基坑和沟槽，填筑堤坝等挖运土方工程。3、挖土机施工l挖土机适用于开挖场地为一四类、含水量不大于27%的丘陵地带土壤及经爆破后的岩石和冻土。四、沟槽与基坑开挖施工l沟槽、基坑土方的开挖，除工程量不大而又分散时可采用人工或小型机械施工外，应尽量采用机械化施工，以减轻繁重的体力劳动并加快施工速度。l沟槽与基坑机械开挖，应依施工具体条件，选择单斗挖土机和多斗挖土机。1、单斗挖土机l单斗挖土机是给排水工程中常用的一种机械，根据其工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲等。l单斗挖土机生产率计算l单斗挖土机的生产率p按下式计算：(m3/h);l式中 p单斗挖土机每小时挖土量(h)；n每分钟工作循环次数；q土斗容量(m3)；k系数，主要包括土的影响系数是时间系数nqkp602、多斗挖土机施工l多斗挖土机又称挖沟机、纵向多斗挖土机。与单斗挖土机比较有以下优点：挖土作业是连续的，在同样条件下生产率较高；开挖每单位土方量所需的能量消耗较低，开挖沟槽的底和壁较整齐，在连续挖土的同队能将土自动卸在构槽一侧。l挖沟机不宜开挖坚硬的土和含水量较大的土。宜于开挖黄土，扮质粘土等。l挖沟机由工作装置、行走装置和动力、操纵及传动装置等部分组成。五、土方机械与运输车辆的配合实际选用挖土机械时应注意：1、选择效率高费用低的机械进行施工。2、当挖土机挖出的土方需要运土车辆运走时，挖土机的生产率不仅取决于本身的技术性能，而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。3、为了使挖土机充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量Q与挖土机的每斗土重保持一定的倍数关系。六、土方施工发生塌方与流砂的处理l在土石方开挖施工中，由于处理不当，常会发生边坡塌方和产生流沙现象。1、边坡塌方l沟槽、基坑边坡的稳定，主要是由土体的内摩阻力和黏结力来保持平衡的。当土地失去平衡，边坡就会塌方。l为了防治滑坡和塌方，应采取如下措施：A:注意地表水、地下水的排除；B:严格遵守放坡规定，放足边坡；C:当开挖深度大，施工时间长、边坡有机具或堆置材料等情况，边坡应平缓；D:当因受场地限制，或因放坡增加土方量过大，则应采用设置支撑的施工方法。2、流砂的防治流砂的防治措施有多种，l水下挖土法；l打钢板桩法；l地下连续墙法等；l人工降低地下水位法：此法较广泛、可靠。3、滑坡体施工中的作业方法l首先应对滑坡体区的地质资料作好调查研究。据此正确选择施工程序，并拟定合理的施工方法，确定保持滑坡体稳定的边坡坡度，预防滑坡发生。在进行开挖和填方时，应注意以下几点：（1）在靠近滑坡边沿处开挖土方 一般不应切割滑坡体的坡脚，当必须切割坡脚时，应按切割深度，将坡脚随原自然坡度由上向下削坡，逐渐挖至要求的坡脚深度。2、在滑坡体上挖填土方 （1）当需要在滑坡体内挖方时，应遵守由上至下的开挖程序。（2）在滑坡体上进行填方时，应遵守由下至上的施工顺序。七、土石方爆破施工l在土石方施工中，爆破技术常用于地下和水下工程、基坑、管沟开挖、坚硬土层或岩石的破除。此外，在场地平整、施工现场障碍物的清除以及开掘冻土等，也常要采用爆破施工l常用的爆破方法有炮眼爆破、药壶爆破、深孔爆破、小洞室爆破、二次爆破、定向爆破及微差爆破等方法。在水工程中，通常为 小面积爆破，一般多采用炮眼爆破法。第四节第四节 沟槽及基坑支撑沟槽及基坑支撑 l支撑是防止沟槽土壁坍塌的一种临时性挡土结构，由木材或钢材做成。l支撑的荷裁就是原土和地面荷载所产生的侧土压力。沟槽支撑与否应根据土质、地下水情况、槽深、槽宽、开挖方法、排水方法、地面荷载等因素确定。一般情况下，沟槽土质较差、深度较大而又挖成直槽时，或高地下水位砂性土质并采用表面排水措施时，均应支设支撑。支设支撑可以减少挖方量和施工占地面积，减少拆迁。但支撑增加材料消耗，有时影响后续工序的操作。支撑结构应满足下列要求：1牢固可靠，进行强度和稳定性计算和校核。支撑材料要求质地和尺寸合格，保证施工安全。2.在保证安全的前提下，节约材料，宜采用工具式钢支撑。3、便于支设和拆除及后续工序的操作。为了做到上述要求，支撑材料的选用、支设和使用过程，应严格遵守施工操作规程。一、支撑种类及其适用条件l支撑形式有横撑、竖撑和板桩撑等。依靠各杆件的压力和摩擦力连接起来，横撑分疏撑和密撑两种。疏撑是撑板之间有间距，分单板撑、井字撑和稀撑等；密撑是各撑板间密接铺设。根据土压力和土的密实程度选用支撑的形式，有时可在沟槽的上部设疏撑，下部设密撑。l横撑(因1-28)用于土质较好，地下水量较小的沟槽。随着沟槽逐渐挖深而分层铺设，支设容易，但在拆除时首先拆除最下层的撑板和撑杠，施工不安全。l竖撑(图1-29)用于土质较差，地下水较多或有流砂的情况下。竖撑的特点是撑板可在开槽过程中先于挖土插人土中，在回填以后再拔出，因此，支撑和拆撑都较安全。l撑板分木撑板和金属撑板两种，木撑板不应有纹裂等缺陷。常用的是金属撑板(图1-30)，由钢板焊接于槽钢上拼成，槽钢间用型钢连系加固。金属撑板每块长有2、4、6m等种类。l立柱和横扛通常采用槽钢。l撑杠由撑头和圆套管组成如图l-3l所示。撑头为一丝杠，以球铰连接于撑头板，带柄螺母套于丝杠。应用时，将撑头丝扛插入圆套管内，旋转带柄螺母，柄把止于套管端，而丝杠伸长，则撑头板就紧压立柱，使撑板固定。丝杠在套管内的最短长度应为20cm，以保证安全。这种工具式撑杠的优点是支设方便，而且可更换圆套管长度，适用于各种不同的槽宽。l板桩撑是将桩板垂直地打人槽底下一定深度，如图1-32所示。l钢板桩为槽钢或工字钢或用特制的钢板桩(图l-33)。根据不同的要求，钢板桩应有多种系列和规格。桩板的断面模数与每m质量之比值愈大，使用性能愈好。l桩板与桩板之间采用啮口连接，以提高板桩撑的整体性和水密性。l采用特殊断面桩板的目的是为了提高桩板间的啮合作用，或为了提高桩板的惯性矩，或上述两者兼合。由于桩板打人土中，板桩按悬臂结构支承。从结构上说，板校撑可以不设横板与撑杠。但是，如果桩板入土深度不足，仍应辅之以横板与撑杠，在桩饭项部加一横条，用水平锚杆固定在土壁中 l桩板在沟槽开挖之前用打桩机打人土中。因此，板桩撑在构槽开挖及其以后各工序施工中，始终起保证安全的作用。桩校的啮合和深人槽底一定长度可以延长地下水的渗径，有效地阻止流砂渗入。l在各种支撑中，板桩撑是安全度最高的支撑。因此在弱饱和土层中，经常采用板桩撑。二、支撑的计算l根据实测资料表明，在排除地下水的情况下，作用在支撑上的压力分布如图1-34，其中为土的密度，Ea为主动土压力系数，为土的内摩擦角，H为深度，c为土的粘聚力，b为撑板宽度。l支撑计算包括确定撑板、立柱(或横木)和撑杠尺寸。1、撑板的计算l撑板按简支梁计算，如图1-35所示：l计算跨度等于立柱或横木的间距l1,每段撑板的宽度为b，所承受的均布载荷等于Pb KN/m,其中P是侧土压力，对砂取0.8Htg2(45-/2),对软粘土取H-4c.l撑板的最大弯矩：l (1-41)l撑板的抵抗矩：l (1-42)l因此，撑板的最大弯曲应力为：l (1-43)l式中 W材料容许弯曲应力。821maxPblM62bdW wdPlWM221max43 l2、立柱计算l立柱所受的荷载q等于撑板所传递的侧土压力，反力R，如图1-36所示。计算时，假设在支座(横撑)处为简支粱，再算出最大弯矩，并校核最大弯曲应力。l(三)撑扛计算l撑杠所受的荷载等于简支立柱或横木的反力，按压杆进行强度和稳定计算。l支撑构件的尺寸取决于现场已有材料的规格，因此，支撑计算只是对已有结构进行校核。如支撑构件应力过大，可适当增加立柱和横撑的数目。现场施工常根据经验确定支撑构件尺寸。l木撑板般长26m,宽为2030cm，厚5cm。横木的截面尺寸一般为10152020cm(视槽宽而定)。立柱的截面尺寸为l0102020cm(视槽深而定)。槽深在4m以内时，立柱间距为1.5m左右，槽深46m，立柱间距在疏撑中为1.2m，密撑中1.5m；槽深610cm，立柱间距1.51.2m。撑杠垂直间距一般为1.21.0m。l三、支撑的设置和拆除 挖槽到一定深度或到地下水位以上时，开始支设支撑，然后逐层开挖逐层支没。支设程序一般为：首先支设撑板并要求紧贴槽壁，而后安设立柱(或横木)和撑扛，必须横平竖直支设牢固。竖撑支设过程为：将撑板密徘立贴在槽壁，再将横木在撑板上下两端支设并加撑杠固定。然后随着挖土，撑板底瑞高于槽底，再逐块将撑板锤打到槽底。根据土质，每次挖深5060cm，将撑板下锤一次。撑板锤至槽底徘水沟底为止。下锤撑板每到1.21.5m，再加撑杠一道。l第五节 土方回填一、场地平整回填l为了保证填土的强度和稳定性，填土前应对填土区基底的垃圾和软弱土层进行清理压实；在水田、池塘及沟渠上填土时，先需排水疏干，对基底进行处理。还必须正确选择土料及填筑、压实方法。1、回填土料选择与填筑l作为回填用的土料，应符合如下规定：含水量大的黏土，不宜作回填土用；碎石类土、砂土和爆破石碴等，可用于表层以下的填料；对碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方区。2、填土压实方法l填土压实一般有：碾压、夯实、振动压实及利用运土工具压实等方法。二、沟槽、基坑土方回填l沟槽回填应在管道验收后进行，基坑要在构筑物达到足够强度再进行回填土方。l回填的施工过程包括还土、摊平、夯实、检查等工序。其中关键的工序是压实，应符合设计所规定的压实度。1、回填土方的压实方法l沟槽和基坑回填压实方法有夯实和振动。振动是将重锤放在土层表面或内部，借助振动设备使重锤振动，土壤颗粒即发生相对位移达到紧密状态。用于振实非黏性土壤。夯实法是利用夯锤自由下落的冲力来夯实土壤，是沟槽、基沟回填常用的方法。2、土方回填的施工要点 还土材料应符合设计要求，一般用沟槽或基坑原土。l在构筑物及管道四周50cm范围内：A、土中不应含有有机物；B、冻土以及粒径大于50mm的砖、石块 C、粒径较小的石子含量不应超过10%。l回填土土质应保证回填密实。当原土属于以上三类土时，应换土回填。l回填土应具有最佳含水量。第六节第六节 地基处理地基处理 在工程实际中，建筑物不得不建在软弱地基上时，往往需要对地基进行加固或处理，以提高基载力。目的：l改善土的剪切性能，提高抗剪强度；l降低软土的压缩性、基础沉降或不均匀沉降；l改善土的透水性，起截水、防渗的作用；l改善土的动力特性，防止砂土液化；l改善特殊土的不良地基特性，以保证地基力学性能。l处理方法：换土垫层、挤密与振密、压实与夯实、排水固结和浆液加固等一、换土垫层l换土垫层：直接置换地基持力层软土的处理方法。l施工时将基底下一定深度的软土层挖除，分层填灰砂、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。二、挤密与振密 1、挤密桩l挤密桩可采用类似沉管灌柱的机具和工艺，通过振动或锤击沉管等方式成孔，在管内管料（砂、石灰、灰土或其他材料）、加以振实加密等过程而形成的。2、振冲法l在砂土中，利用加水和振动可以使地基密实。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，它类似于插入式混凝土振岛器，由潜水电动机，偏心块和通水管三部分组成。l三、压实与夯实 1、机械碾压l机械碾压法采用压路机、推土机、羊足碾或其他压实机械来压实散土，常用于大面积填土的压实和杂填土地基的处理 2、振动压实法l振动压实法是利用振动机振动压实浅层地基的一种方法。l适用于处理砂土地基和黏性土含量较少、透水性较好松散杂填土地基。3、重锤夯实法l重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提到一定高度，然后使锤自由下落，重复夯击以加固地基。适用于稍湿的一般黏性土和粉土、砂土、湿陷性黄土等。4、强夯法l强夯法又称动力固结法，是将很重的锤从高处落下，给地基施以很大的冲击力。l适用于碎石土、砂土、黏性土、湿陷性黄土、填土等。四、预压法l在软土地基建结构（建）筑物时常因地基强度低、变形大，或易于发生滑动，而需预先加固。l堆载预压法是在软土地区常用的方法之一。五、浆液加固l浆液加固法是指利用水泥浆液、黏土浆液或其他化学浆液，采用压力灌入、高压喷射或深层搅拌，是浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理力学性质的地基处理方法。l灌浆材料主要分为粒状浆液和液状浆液。灌浆方式可分为渗透灌浆、劈裂灌浆和压密灌浆。n第二章 施工排水 第一节 概述 第二节 明沟排水 第三节 人工降低地下水位第一节第一节 概述概述 1、开挖基坑或沟槽时的地下水：lA:影响正常施工；lB:造成地基承裁力降低；lC:边坡坍塌事故。2、施工排水内容：地下水、地表水排除。3、地表水：筑堤截水，设沟引水 4、地下排水方法：坑内排水、人工降水位 5、坑内排水（明沟排水）：是把流人沟槽内或基坑内的地下水汇集到集水井内，然后用水泵抽走 6、人工降水：在沟槽基坑开挖之前，预先将地下水位降低到基坑底面以下，形成干槽施工的条件。第二节第二节 明沟排水明沟排水l明沟排水包括地表截水和坑内排水l一、地表截水l排除地表水和雨水，最简单的方法是在施工现场及基坑或沟槽周围筑堤截水。l二、坑内排水l在开挖基础不深或水量不大的沟槽或基坑时，通常采用坑内排水的方法。当基坑或沟槽开挖过程中遇到地下水和地表水时，在坑底随同挖方一起设置集水井，并沿坑底的周围开挖排水沟，使水流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。l明沟排水法设备简单、排水方便，应用比较普通，适用于除细砂、粉砂之外的各种土质。l三、总涌水量计算l为了合理地选择水泵的型号，应对总涌水量进行计算，泵的抽水量一般是总用水量的1.52倍。1在干河床时 (2-1)l式中 Q基坑总涌水量(m3d);l K渗透系数(见表2-1)；l H稳定水位至基坑底的深度(m)。当基底以下为深厚透水层时，H值可增加34m;l R影响半径(见表2-2)；l r0基坑半径(m)。矩形基坑,r0u(L+B)/4；圆形基坑，r0(F/)0.5。其中,L与B分别为基坑的长与宽，M值如表2-2所示，F为基坑面积。002lg)lg(36.1rrRKHQ 2基坑近河沿时 (2-2)l式中 D基坑距河边线距离(m)。l 其余同上公式。l明沟排水的方法简单，设备投资少，但对于砂性土不适用。因此，是不完善的排水方法。022lg36.1rDKHQ 第三节第三节 人工降低地下水位人工降低地下水位l人工降低地下水位常采用井点排水的办法，具体做法是在基坑周围埋人深于基底的井点滤水管或井点，以总管连接抽水设备使地下水下降至坑底以下，这样不仅防止了流砂的上涌，并且便于施工。l一、轻型井点l二、喷射井点l三、电渗井点l四、管井井点l五、深井井点l六、回灌井点 l一、轻型井点l轻型井点系统适用在粗砂、中砂、细砂、粉砂等土层中降低地下水。l(一)轻型井点系统的组成l轻型井点系统由井点管、联接管(橡胶或钢管)、总管和抽水设备所组成。井点管打设在含水层内，地下水经井点管、联接管和总管由抽水设备抽走。l施工降低地下水位时，在沟槽或基坑周围打设许多井点管，使一定范围内的地下水位降落。如图2-3所示。l(二)轻型井点计算l轻型井点计算的主要内容有计算涌水量、确定井点管根数与间距、冲孔深度及选择抽水设备等。井点计算由于受水文地质和井点设备等因素影响，所求出的只是近似数值，有条件时应在计算机现场实地测定渗透系数及土质结构。l1总涌水量l井点系统涌水量是按水井埋没计算的，水井根据不同情况分为：井底达到不透水层的称完全井；井底末达到不透水层的称非完全井。地下水有压力的是承压井，地下水无压力的是无压并，也称潜井。l(1)无压完全井总涌水量(图2-8)l (2-3)l式中 Q井点系统总涌水量(m3d)；l K渗透系数(md)；l H含水层厚度(m)；l s降水深度(m)；l R抽水影响半径(m);l X0基坑假想半径(m)。0lglg)2(366.1xRssHKQ l(2)无压非完全井总涌水量(图2-9)l (2-4)l式中 H0有效带深度(m)，其值由表2-4查得;l s降水深度(m)。00lglg)2(366.1xRssHKQ l(3)降水深度s及sls及s均指地下水位至滤管项部 的距离，它是根据需要的降深而影响涌水量的主要因素，也是判断井种的依据。见图2-10所示。l (2-5)lH地下水位高超;lH1基底高程;la1保险值(取0.5m);la2水力坡降值。l 对两侧布置井点管时:a2=li/2ll两侧井点管间的距离(上口宽B+2m)，li水力梯度。在细砂、粉砂层取18110。l 对侧布置井点管时：a2l1i;ll1井点管距对面槽底边缘的距离；la3井点管局部损失值(取0.5m)。3211)(aaaHHs l(4)影响半径Rl井点系统抽水后地下水受到影响而形成的降落曲线，降落曲线稳定时的影响半径，即为计算用的抽水影响半径。l 完全井 (2-6)l 非完全井(2-7)l(5)基坑假想半径x0l假想半径即指防水范围内环围面积的半径，根据基坑形状有以下情况。l1)环围面积为圆形时：l (m)(2-8)l2)环围面积为矩形时:KHsR96.1KHsR096.1Fx0 l3)环围面积为狭长时：l (2-10)l2单根井点管涌水量l (2-11)l式中 d井点管直径(m);l f井点管长度(m);l v地下水流进井点管速度，可由下式计算：)(40mLx)/(3dmdtq)/(20dmKv l3.确定井点管数量l (2-12)l对沟槽L/B5时，不能用一个假想圆计算，而应划分为若干个计算单元，长度L按宽度B的45倍考虑，当L1.5R时，也可取L1.5R为一段进行计算。l根据基坑平面面积的大小，土质和地下水的流向，降低水位深度而确定。当基坑宽度小于6m，降水深度不超过5m时，可采用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧；当宽度大于6m或渗透系数较大时，可采用双排线状井点；当基坑面积较大时，应用环形井点，见图2-11所示。)(根qQn l井点管距基坑或构槽上口的宽度不应小于1m，以防局部发生漏气。滤管必须埋入透水层内。总管标高尽可能接近原地下水位，并沿抽水水流方向有0.250.5%的上倾坡度，水泵轴心与总管齐平。l为了观察水位降落情况，应在降水范围内设置若干个观测井，观测井的位置和数量视需要而定。一般在基础中心、总管末端、局部挖深处等控制点，均应设置观测井。观测井由井点管做成，只是不与总管相接。l(四)井点管的埋没与使用l井点管的埋设：1、井点管水冲下沉，2、套筒式冲孔，3、钻孔后再将井点管沉入l在用套筒式冲孔法埋设井点管前，须在井点管延长线位置上挖一5050cm断面的泄水沟，再在井点管位置上做好标志，间距可1 m、15m或2m，套筒直径不小于30cm，长度约10m，底部呈锯齿形。上部有提梁，用起重机吊住并上下移动，套筒内有水枪，水枪直径75mm，喷嘴直径20mm，由多级水泵供给高压水，水压0.60.8MPa，冲孔深度应比滤管底深0.5m左右。l井孔冲成后，抽出套筒并立即插入井点管，在保障居中并垂直情况下，向孔内填装滤料，直到距地面1m深的范围内，用粘土填塞，以防漏气，降低抽水时的真空度。l井点管埋设后，即可按通总管和抽水系统，进行试抽，检查有无淤塞现象。l二、喷射井点l当轻型井点的降深满足不了深基础降水的要求时，可采用喷射井点降水。l根据工作介质的不同，喷射井点又分为喷气井点和喷水井点两种。我国采用喷水井点较多。l喷水井点是借喷射器的射流作用将地下水抽至地面，工作原理如图2-13所示。由管1进入的高压工作水以高速自喷嘴2射出，在喷嘴上部的混合室5形成真空，使地下水经过井点管4被抽人喷射器。高压工作水与地下水在喷射器的混合室混合，产生能量交换并继续上升。混合室的断面较小，因此，混合水的流速很大，当混合水进入扩散室3后，断面增加而流速减小，一部分速度能转化为压头能，使混合水出流至地面。不断地供给高压工作水，地下水即不断地抽出。l将水射器安装在井点管内，即成为喷水井点。l当地下水位降落到喷嘴以下时，地下水就完全因在喷射器内形成真空而被吸人。因此，在理论上，水位降落的最大深度取决于在喷嘴处形成的真空度。但由于喷射器的效能，实际降水深度一般在喷嘴以下35m处。l如果用压缩空气代替高压工作水，即为喷气井点。两种井点使用范围基本相同但喷气井点较喷水井点的抽吸能力大，对喷射器的磨损也小，但喷气井点管其系统的气密性要求高。l喷水井点的构造如图2-14所示。高压水由水泵压入内管1和外管2的环形空间，经水射器6的侧孔(见图2-15所示)流入喷嘴5，以高速从喷嘴射出，在混合室4形成负压，地下水便由水射器底部的孔口吸上，进入扩散室3。l井点直管由内管9和外管10组成。外管管壁上设有孔眼，地下水经由井点管11和外管的孔眼进入，由于内管形成负压，地下水就由内管下端进入经喷头夹板的孔道进入混合室4，再至扩散室3。l喷水井点的管路系统，如图2-16所示。工作水在水池(或循环水箱)8内高压泵7抽吸加压，经进水总管2，进入弯联管5至喷水井点3，而出水则由喷水井点3经排水弯联管4，至排水总管1排入水池。l三、电渗井点l(一)概述 l在粘性土和含有大量粘土颗粒的砂性土中，由于土分子力很大，无法采用真空方法降水时，可采用电路方法降低地下水位。l电渗井点适用于粘土、粉质粘土、淤泥等土质中降水。降深根据井点类型确定，使用轻型井点与之配套时，降深小于8m；用喷射井点配套时，降深大于8m。l电渗井点的原理来自于电动试验。在含水的细颗粒土中，插人正、负电极并通以直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水自正极向负极移动，前者称电泳现象，后者称电渗现象，而全部现象称为电动作用。l此外，天然状态的粘土颗粒分散在水溶液中，有分子具有极性，在粘土中按极性取向，包围在颗粒外，形成水化膜，构成土粒表面的束缚水。束缚水分粘结水和粘滞水两种。粘结水以结合水状态存在，没有出水性，不易因外界作用而排除，也不构成对施工的影响。粘滞水有较大的自由度，可因电动作用以自由水状态而排除。l在弱透水层中降水，可以形成毛细管水区域。被排除的粘滞水在土层内转化为毛细管水。含有毛细管水的饱和土无出水性。因此，在弱透水层中，只需排走少量的粘滞水，就可使地下水位降落。l当水以毛细管水状态存在时，在毛细管弯液面上会产生毛细管压力，压缩土的骨架，增加土的粘性，提高土体的稳定性和耐压强度。l (二)电渗井点的布置l 电渗井点降水布置如图2-17所示。l负极可用原有的井点管，正极采用直径为25mm的钢筋或其他金属材料。正负两极的数量相等，必要时正极数量可多于负极数量。正极的设置深度较井点管深500mm，露出地面200400mm。正、负两极分别用导线或6l0mm钢筋连接成电路，并接至直流电源的相应极上。在渗透系数较大的土层中，不需要通电流的范围内的正极表面应涂绝缘材料。l电渗井点降水施工前，应通过试验来确定合理的电压梯度和电极布置，井点设于基坑四周时，正极应布置在井点圈内侧。l正、负两极的距离，采用轻型井点时为0.81.0m，采用喷射井点时为1.21.5m；工作电压不大于60V，土中通电时的电流密度为0.51.0Am2。l(三)电渗井点的计算l正、负极的允许极限电流公式：l (2-13)l 式中 0单位电极长度上的电流值(A)l 土的导电率(1/cm)；l r0电极半径(cm)；l K系数，采用1.6Am。030lg10rRKI l电气设备功率可按下式决定；l l (2-14)l式中 U工作电压(V)l J电流密度(Am2)；l F在电极列面上防水范围的面积(m2)。l电渗井点系统运行时，应随时现察水位降落情况，电极周围升温情况、电压和电流的变化情况,如果经过几昼夜后，电流值降低超过了起始电流的10时，应将电压降低，以免电极区范围土体过分疏干。随着土被疏干和地下水位降落，土与电极间的电阻增加，使电渗作用减弱对此，应将电压提高。l电渗井点的拆除与轻型井点相同。)(1000kWUJFP l四、管井井点 l当土质的渗透系数大，地下水丰富时，可用管井井点方法降水。其构造见图218所示。l管井井点的布置：沿基坑外围每隔1050m一座。用钻机钻孔，成孔直径应比滤水井管外径大200mm,下完井管底在井管与土壁之间填充粒径为315mm的砾石，做为过滤层。l吸水管用直径为50100mm的胶管或钢管，其底端应沉入管井抽吸时的最低水位以下。地面上安装清水泵或潜水泵，把管内水汲出。l滤水井管的材料有钢管、无砂混凝土管等。直径150250mm。用钢管时的过滤部分可用钢筋焊接骨架外包孔眼为l2mm的滤网,长度23m。l管井井点适用于中砂、粗砂、砾砂、砾石等土质中降水。当抽水机的排水量大于单井涌水量的数倍时，可把相邻的吸水管联接起来，一起抽汲。l五、深井井点l当要求地下水位降落较深而渗透系数较大的土质中降低地下水位时，可采用深井井点系统降水。深井系统由深井泵或深井潜水泵及井管滤网组成。井距一般为2030m。l六、回灌井点l在软土中进行井点降水时，由于地下水位下降，使土层中黏性土含水量减少产生固结、压缩，土层中夹入的含水砂层浮托力减少而产生压密，致使地面产生不均匀沉降。为了减少地下水的流失和不均匀沉降对周围建筑物的影响，一般在降水区和原有建筑物之间的土层中设置一道抗渗帷幕，还可以采用补充地下水的方法来保持建筑物下的地下水水位，即在降水井点系统与需保护建筑物之间埋设一道回灌井点。肚松衯宸肚松衯宸&愮鐝愮鐝D)?$?d悡悡!餯怉餯怉 扈鋹扈鋹A 嘬貑嘬貑 d?噡噡1/2001骞寸骞寸15鏈鏈?-CRM鍦鍦氱氱敤敤.files/imgr_logo.gif 冣冣杁杁9/ERP鏂噡鏂噡1/2001骞寸骞寸15鏈鏈?-CRM鍦鍦氱敤氱敤.files/logo.gif 冟冟?A/ERP鏂噡鏂噡1/2001骞寸骞寸15鏈鏈?-CRM鍦鍦敤敤.files/logo_compute.gif 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