情境2单元3基坑排水与基底检验

情境二 天然地基上浅基础施工1.掌握明挖法基坑开挖的方法与各种基坑支护的施工工艺。2.掌握基坑检验与地基局部处理的方法。3.掌握围堰法施工的基本要求与施工工艺。4.掌握刚性扩大基础施工工艺。5.掌握独立基础与条形基础施工工艺。6.掌握筏形基础施工工艺。7.掌握地下连续墙施工工艺。一、一、基坑排水基坑排水 在开挖基坑时，土的含水层常被切断，地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。为了保证基础工程施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力的下降，必须做好基坑排水工作。1.1.地面排水地面排水 地面水的排除通常采用设置排水沟、截水沟或修筑土堤等设施来进行。应尽量利用自然地形来设置排水沟，以便将水直接排至场外，或流入低洼处再用水泵抽走。主排水沟最好设置在施工区域或道路的两旁，其横断面和纵向坡度根据最大流量确定。一般排水沟的横断面不小于0.5 m0.5 m，纵向坡度根据地形确定，一般不小于3。一、一、基坑排水基坑排水 在开挖基坑时，土的含水层常被切断，地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。为了保证基础工程施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力的下降，必须做好基坑排水工作。1.1.地面排水地面排水 地面水的排除通常采用设置排水沟、截水沟或修筑土堤等设施来进行。应尽量利用自然地形来设置排水沟，以便将水直接排至场外，或流入低洼处再用水泵抽走。主排水沟最好设置在施工区域或道路的两旁，其横断面和纵向坡度根据最大流量确定。一般排水沟的横断面不小于0.5 m0.5 m，纵向坡度根据地形确定，一般不小于3。2.2.集水坑（井）排水集水坑（井）排水 集水坑或集水井排水又叫基坑表面排水。一般宜用于降水深度较小且无严重流砂的一般基坑。（1 1）集水坑（井）设置集水坑（井）设置 集水沟和集水坑（井）宜设置在基础范围以外，沿坑底周围或中央开挖集水沟，在坑底周围的集水沟底设置集水坑或集水井。（2 2）流砂产生及防治流砂产生及防治 当基坑挖土至地下水水位以下，而土质又是细砂或粉砂，又采用集水井法降水时，坑底下面的土有时会形成流动状态，随地下水一起流动涌入基坑，这种现象称为流砂现象。流砂产生的原因 当地下水位越高，坑内外水位差越大时，动水压力也就越大，越容易发生流砂现象。易产生流砂的土 实践经验表明，流砂现象经常发生在颗粒细、均匀、松散、饱和的非黏性土中。具备下列性质的土，在一定动水压力作用下，均有可能发生流砂现象。a.土的颗粒组成中，黏粒含量小于10%，粉粒（颗粒为0.0050.05 mm）含量大于75%；b.颗粒级配中，土的不均匀系数小于5；c.土的天然孔隙比大于0.75；d.土的天然含水量大于30%。流砂的防治 a.抢挖法：即组织分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速度，挖到标高后立即铺竹筏或芦席，并抛大石块以平衡动水压力，压住流砂。此法可解决轻微流砂现象。b.打板桩法：将板桩打入坑底下面一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流长度，以减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。c.水下挖土法：不排水施工，使坑内水压力与地下水压力平衡，消除动水压力，从而防止流砂产生。此法在沉井挖土下沉过程中常用。d.人工降低地下水位：采用轻型井点等降水，使地下水的渗流向下，水不致渗流入坑内，又增大了土料间的压力，从而可有效地防止流砂形成。因此，此法应用广且较可靠。e.地下连续墙法：此法是在基坑周围先浇筑一道混凝土或钢筋混凝土的连续墙，以支承土壁、截水并防止流砂产生。此外，在含有大量地下水土层或沼泽地区施工时，还可采取土壤冻结法等。对位于流砂地区的基础工程，应尽可能用桩基或沉井施工，以节约防治流砂所增加的费用。（3）涌水量的估算涌水量的估算 估 算涌水量的方法，一种是通过抽水试验，另一种是利用经验公式。图所示。图敞坡基坑涌水量计算示意图图敞坡基坑涌水量计算示意图 对于有板桩围护的基坑（图所示），涌水量Q（m3/h）可按式(2.11)估算：图板桩围护基坑涌水图板桩围护基坑涌水量计算示意图量计算示意图 （4 4）排水机具的选择排水机具的选择 排水机具的选用应根据涌水量的大小和现场作业条件确定。当涌水量很小时，可用人工抽水或小型水泵排水；当涌水量较大时，一般采用电动或内燃机发动的离心式抽水机。3.井点降水井点降水 井点降水法也称为人工降低地下水位法。井点降水法适用于旱地上降水深度较大，土质为透水性较大的细砂、粉砂和亚砂土，或是软土地区的地基。井点降水法的基本原理如图所示。井点降水方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井井点等。各种方法的选用，可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点、设备及经济技术比较等具体条件参照表选用。其中以轻型井点采用较广。图井点降水示意图图井点降水示意图 （1 1）轻型井点轻型井点 轻型井点设备轻型井点设备 轻型井点设备主要包括井点管、滤管、集水总管、弯联管、抽水设备等。井点管为直径38 mm或51 mm、长57 m的钢管，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。下端用螺丝套头与滤管连接。集水总管为直径100125 mm的无缝钢管，每段长4 m，其上装有与井点管连接的短接头，间距0.8 m或1.2 m。滤管为进水设备，通常采用长1.01.2 m、直径3857 mm的无缝钢管，管壁钻有直径为1219 mm的呈星棋状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20%25%。骨架管外面包有两层孔径不同的铜丝布或塑料布滤网。轻型井点的布置轻型井点的布置 井点系统的布置，应根据基坑平面形状与大小、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等确定。a.平面布置：当基坑或沟槽宽度小于6 m，水位降低值不大于5 m时，可用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长一般不小于沟槽宽度。如沟槽宽度大于6 m，或土质不良，宜用双排井点。面积较大的基坑宜用环状井点。有时也可布置为U形，以利挖土机械和运输车辆出入基坑。环状井点四角部分应适当加密，井点管距离基坑一般为0.71.0 m，以防漏气。井点管间距一般为0.81.5 m，或由计算和经验确定。b.高程布置：轻型井点的降水深度在考虑设备水头损失后，不超过6 m。井点管的埋设深度H（不包括滤管长）按式（2.12）计算：HH1+h+IL (2-12)式中：H1井管埋设面至基坑底的距离（m）；H基坑中心处基坑底面（单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘）至降低后地下水位的距离，一般为 0.51.0m；I地下水降落坡度，环状井点1/10，单排线状井点为1/45；L井点管至基坑中心的水平距离（m）（在单排井点中，为井点管至基坑另一侧的水平距离）。井点施工工艺井点施工工艺 放线定位铺设总管冲孔安装井点管、填砂砾滤料、上部填黏土密封用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备与总管连通安装集水箱和排水管开启真空泵排气，再开启离心水泵抽水测量观测井中地下水位变化情况。轻型井点的计算轻型井点的计算 轻型井点的计算包括：根据确定的井点系统的平面和竖向布置图，计算井点系统涌水量；计算确定井点管数量与间距。a.井点系统涌水量计算 根据地下水有无压力，又分为无压井与承压井，对于无压完整井的环状井点系统，涌水量按式（2.13）计算：对于无压非完整井点系统，地下潜水不仅从井的侧面流入，还从井点底部渗入，因此涌入量较完整井大。为了简化计算，仍可采用式（2.13）。但此时式中H应换成有效抽水影响深度H0。H0值见表。当算得H0大于实际含水量厚度H时，仍取H值。b.井点管数量与井距的确定确定井点管数量需先确定单根井点管的抽水能力。单根井点管的最大出水量q取决于滤管的构造尺寸和土的渗透系数，按式（2.17）计算：抽水设备的选择抽水设备的选择 真空泵主要有W5、W6型，按总管长度选用。当总管长度不大于100 m时，可选用W5型；总管长度不大于200 m时，可选用W6型。井点管的安装埋设井点管的安装埋设 井点管埋设一般用水冲法，分为冲孔和埋管两个过程。冲孔时，先将起重设备固定在位置上，然后开启高压水泵，冲刷土体和沉管且边冲边沉。冲孔直径一般为300 mm，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层；冲孔深度宜比滤管底深0.5 m左右，以防冲管拔出时，部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。井孔冲成后，立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。轻型井点的使用轻型井点一般应连续（特别是开始阶段）使用。时抽时停，滤管网容易堵塞，出水浑浊并引起附近建筑物由于土颗粒流失而沉降、开裂。同时由于中途停抽，使地下水回升，也可能引起边坡塌方等事故。抽水过程中，应调节离心泵的出水阀以控制水量，使抽吸排水保持均匀，做到细水长流。正常的出水规律是“先大后小，先浑后清”。真空泵的真空度是判断井点系统工作情况是否良好的尺寸，必须经常观察。井点降水工作结束后所留的井孔，必须用砂砾或黏土填实。轻型井点系统降水设计实例轻型井点系统降水设计实例 某工程基坑平面尺寸如下：基坑底宽10 m，长19 m，深4.1 m，边坡坡度为10.5。地下水位为-0.6 m。根据地质勘查资料，该处地面下0.7 m为杂填土，此层下面有6.6 m的细砂层，土的渗透系数K=5 m/d，再往下为不透水的黏土层。现采用轻型井点设备进行人工降低地下水位，机械开挖土方，试对该轻型井点系统进行布置。井点系统的布置如下：该基坑顶部平面尺寸为14 m23 m,布置成环状井点,井点管离边坡距离为0.8 m,要求降水深度为S=4.1-0.6+0.5=4.00 m。因此,用一级轻型井点系统即可满足要求，总管和井点布置在同一水平面上。由井点系统布置处至下面一层不透水黏土层的深度为0.7+6.6=7.3 m，设井点管长度为7.2 m，其中井管长6 m，滤管长1.2 m，因此滤管底距离不透水黏土层只差0.1 m，可按无压完整井进行设计和计算。（2 2）喷射井点喷射井点 当基坑开挖较深或降水深度超过6 m时，必须使用多级轻型井点，这样会增大基坑的挖土量，延长工期并增加设备数量，不够经济。当降水深度超过6 m，土层渗透系数为0.12.0 m/d的弱透水层时，采用喷射井点降水比较合适，其降水深度可达20 m。喷射井点的主要设备喷射井点的主要设备 喷射井点根据工作时使用的喷射介质的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。其主要设备由喷射井管、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统组成。喷射井点布置喷射井点布置 喷射井点管的布置，其井点管的埋设方法和要求与轻型井点基本相同。基坑面积较大时，采用环形布置；基坑宽度小于10 m，用单排线形布置；大于10 m时作双排布置。喷射井管间距一般为23 m；采用环形布置，进出口（道路）处的井点间距为57 m。冲孔直径为400600 mm，深度比滤管底深1 m以上。(3)(3)深井井点深井井点 深井井点降水的原理是在深基坑的周围埋置深于基底的井管，通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出，使地下水位低于坑底。该方法适用于抽水量大、较深的砂类土层，降水深可达50 m以内。井点系统的组成及设备井点系统的组成及设备 深井井点系统主要由井管和水泵组成。井管用钢管、塑料管或混凝土管制成，管径一般为300 mm，井管内径一般应大于水泵外径50 mm。井管下部过滤部分带孔，外面包裹10孔/cm2铸钢丝两层，41孔/cm2铸钢丝两层或尼龙网。深井布置深井布置 深井井点一般沿工程基坑周围离边坡上缘0.51.5 m呈环形布置，当基坑宽度较窄，也可在一侧呈直线形布置；面积不大的独立的深基坑，也可采取点式布置。（4 4）电渗井点电渗井点 在饱和黏性土中，特别是在淤泥和淤泥质黏土中，由于土的渗透系数很小（小于0.1 m/d），此时宜采用电渗井点排水。（5）管井井点管井井点降水是桥梁工程基坑常用的井点降水方法，其原理类似深井井点降水法。管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成。井管构造如图所示。图井管构造示意图井管构造示意图图1 1砂砾填充层；砂砾填充层；2 2吸水管；吸水管；3 3过滤层；过滤层；4 4井管井管 4.井点降水施工注意事项井点降水施工注意事项 （1）降低成层土中地下水位时，应尽可能将滤管埋设在透水性较好的土层中。（2）在水位降低的范围内，应设置水位观测孔，其数量视工程情况而定。（3）对整个井点系统，应加强检查和维护，保证不间断地抽水。（4）应考虑到水位降低区域内的建筑物可能产生的附加沉降，并做好沉降观测，必要时应采取防护措施。5.5.降水对周围建筑的影响及防止措施降水对周围建筑的影响及防止措施 在弱透水层和压缩性大的黏土层中降水时，由于地下水流失造成地下水位下降、地基自重应力增加和土层压缩等原因，会产生较大的地面沉降；又由于土层的不均匀性和降水后地下水位呈漏斗曲线，四周土层的自重应力变化不一而导致不均匀沉降，使周围建筑物基础下沉或房屋开裂。因此，在建筑物附近进行井点降水时，为防止降水影响或损害区域内的建筑物，就必须阻止建筑物下的地下水流失。为达到此目的，除可在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕外，还可用回灌井点补充地下水的办法来保持地下水位，使降水井点和原有建筑物下的地下水位保持不变或降低较少，从而阻止建筑物下的地下水流失。二、基底检验与处理 1.基底检验基底检验 当基坑开挖至设计标高后，在施工单位进行基坑自检合格的基础上，由甲方主持邀请勘察、设计、质量监督部门的项目技术负责人及其相关专业人员到施工现场会同施工、监理单位的项目技术负责人共同进行基坑检查、鉴定验收。1）基底检验的目的基底检验的目的 基底检验的主要目的是核对地质资料，检查基坑地质与工程地质勘查报告、设计图纸要求是否相符，有无破坏原状土结构或发生较大的扰动现象。2）基底检验的内容基底检验的内容（1）应做好基底检验的准备工作，包括：熟悉工程地质勘察报告，了解拟建建筑物的类型和特点，研究基础设计图纸及环境监测资料。当遇有下列情况时，应列为基底检验的重点：当持力土层的顶板标高有较大的起伏变化时；基础范围内存在两种以上不同成因类型的地层时；基础范围内存在局部异常土质或坑穴、古井、老地基或古迹遗址时；基础范围内遇有断层破碎带、软弱岩脉以及古河道、湖、沟、坑等不良地质条件时；在雨期或冬期等不良气候条件下施工，基底土质可能受到影响时。（2 2）基底检验的主要内容包括：基底检验的主要内容包括：检查基底平面位置、尺寸大小和基底标高；检查基底地质情况和承载力是否与设计资料相符；检查基底处理和排水情况是否符合现行规范要求；检查基坑施工记录及有关试验资料等。（3)3)应做好基底检验的资料归档工作，包括：应做好基底检验的资料归档工作，包括：填写基坑（槽）隐蔽工程验收记录单（表）；收集勘察单位和设计单位对基底检验的处理意见或变更通知单；经检查合格，及时办理交接手续。3）基底检验的方法基底检验的方法 基底检验应按桥涵大小、地基土质复杂情况（如溶洞、断层、软弱夹层、易溶岩等）及结构对地基有无特殊要求，采用以下检查方法：（1）小桥涵的地基检验方法小桥涵的地基检验方法 一般采用直观的表面检查验槽法或触探方法（包括静力触探法、钎探检查验槽法和洛阳铲坑探验槽法），必要时可进行土质试验。表面检查验槽法 钎探检查验槽法 洛阳铲坑探验槽法。(2(2）大、中桥和地基土质复杂、结构对地基有特殊要求的地基大、中桥和地基土质复杂、结构对地基有特殊要求的地基检验方法：检验方法：一般采用触探方法和钻探（钻深不应小于4 m）取样土工试验相结合的检验方法，或按设计的特殊要求进行荷载试验。当地基遇有下列情况之一时，应进行荷载试验：强烈风化岩石；Dr0.33的松砂地基；IL1.0的软黏性土；e0.7的亚砂土、e1.0的亚黏土及e1.1的黏土；含大量有机质的砂或黏土；含大量杂质的杂填土（如瓦片、碎砖等）。荷载试验包括：用于鉴定地基土的变形性和承载能力的平板荷载试验；在钻孔中进行横向荷载试验的旁压试验；为了测试原状饱和黏性土和黏性土地基不排水抗剪强度的剪切试验，必要时采用十字板剪切试验。（3 3）特大桥的地基检验方法：）特大桥的地基检验方法：应按设计要求的方法进行检验。4 4）基底检验质量标准基底检验质量标准 （1 1）基底平面位置：基底平面位置：由设计中心线向两边量测，周线长和宽度均不应小于设计要求，且应满足基础施工作业的需要。（2 2）基底标高：基底标高：基底标高容许误差可视具体的工程情况和基础类型确定。一般情况下，土质地基允许偏差为50 mm，石质地基允许偏差为+50 mm、-200 mm。2.2.基底处理基底处理 基底检验合格后应根据不同的地质情况，作如下处理。（1）岩层地基岩层基底的处理应符合下列规定：对于风化岩层，应清除强风化层和松碎石，在挖至设计高程并满足地基承载力要求后，尽快进行封闭，防止其继续风化。在未风化的平整岩层上，基础施工前，应先将淤泥、苔藓及松动的石块清除干净，并凿出新鲜岩面，再从岩面继续下凿25 cm，使基础嵌入岩层。对坚硬的倾斜岩层，应将岩层面凿平；倾斜度较大时，则宜凿成多级台阶，台阶的宽度不宜小于0.3 m，使承重面与重力线垂直，以免滑动。（2 2）砂类土或碎石类土地基砂类土或碎石类土地基 对于强度和稳定性满足设计要求砂类土或碎石类土基底，应整平夯实承重面，砌筑基础前，先铺一层约20 mm厚的水泥砂浆。当坑底渗水不能彻底排干时，应将水引至基础外的排水沟，然后再在其上进行基础施工。在水的稳定性较好的土质中，可在基底上铺一层2530 cm厚的片石或碎石，然后在其上浇筑基础，以免影响基础圬工的质量。（4 4）软硬不均匀地基软硬不均匀地基 对软硬不均匀地基，应挖除土质较软的部分，使基础全部支承在坚硬土层上。当土质地基遇有局部坚硬层，如压实的路面、老墙基、孤石、大树根等，均应挖除，然后采用与天然土压缩性相近的土回填，分层夯实至设计标高，保持地基的均匀性，防止建筑物产生不均匀沉降而使上部结构和基础开裂。如天然土为砂土，可用砂石回填，分层洒水夯实；天然土为密实的黏性土，可用37的灰土分层夯实回填；天然土为中等密实可塑状态的黏性土或新近沉积的软弱土，则可用28或19的灰土分层夯实回填。（5）古井、坑穴处理土质中的古井、坑穴，应将其中的虚土或淤泥全部挖除，然后按上述软硬不均匀地基的处理方法处理。（6）软弱地基和特殊土地基对于强度低、稳定性差的软弱地基和特殊土地基，如饱和软弱黏土层、粉砂土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等地基，应根据该类土的处治深度和含水率等具体情况采用人工地基的加固处理措施，使之满足设计要求。其方法详见本教材情境三。（7）局部溶洞地基处理当岩石地基基底局部有下卧岩溶，且影响持力岩层的承载能力时，溶洞地基的处理应符合下列规定：处理溶洞地基时，不得堵塞溶洞的水路。对于干溶洞可采用砂砾石、碎石、干砌或浆砌片石及灰土等回填密实；当基底的干溶洞较大，回填处理有困难时，可设置桩基进行处理。桩基的设置应履行设计变更手续，并应由设计单位进行设计。（8）泉眼地基处理当地基基底局部有泉眼时，其地基处理应符合下列规定：可采用有螺口的钢管紧密打入泉眼，盖上螺帽并拧紧阻止泉水流出，或向泉眼内压注速凝水泥砂浆，再打入木塞堵眼。当堵眼困难时，可采用管子塞入泉眼，将水引流至集水坑排出；或在基底下设盲沟引流至集水坑排出，待基础施工完成后，再向盲沟内压注水泥砂浆堵塞。（9 9）多年冻土地基多年冻土地基 基础不应置于季节性冻融土层上，并不得直接与冻土接触。基础位于多年冻土层（即永久冻土）上时，基底之上应设置隔温层或保温层材料，其铺筑宽度应在基础外缘加宽1 m。按保持冻结原则设计明挖地基，其多年平均地温高于或等于-3 时，应在冬季施工；多年平均地温低于-3 时，可在其他季节施工，但应避开高温季节，并应按下列规定处理：a.严禁地表水流入基坑。b.及时排除季节冻土层内的地下水和冻土本身的融化水。c.必须搭设遮阳棚和防雨棚。d.施工前应做好充分的准备工作，组织快速施工。施工完成的基础应立即回填封闭，不宜间歇；必须间歇时，应采用保温材料加以覆盖，防止热量侵入。施工期间如有明水，应在距坑顶10 m之外设置排水沟，并应将水引向远离基坑的位置排出；当有融化水时，应及时排出。