单元1土方与基坑工程

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,主 编：郭晓霞,李 明,单元,1,土方与基坑工程,JIANZHU SHITU,1,1.1,土的基本性质和分类,单元,1,土方与基坑工程,目 录,1.2,场地平整,1.3,施工降排水,1.4,土方开挖,2,1.5,基坑支护,目 录,1.6,土方回填,单元,1,土方与基坑工程,3,单元,1,土方与基坑工程,土方与基坑工程包括的内容较多，如场地平整、基坑基槽的开挖回填、场地降排水和土壁支护等。,本单元从土的基本性质入手，使学生了解土方施工的基本特点，掌握基坑开挖、支护、回填的施工要点和安全要求，掌握基坑开挖土方量的计算方法。,土方与基坑工程施工主要依据,建筑工程施工质量验收统一标准,（,GB 503002001,）、,建筑地基基础工程施工质量验收规范,（,GB 502022002,）以及相关的国家标准、规范和规程等。,4,土方工程包括的内容较多，主要有两类：一类是场地平整，完成“三通一平”，包括设计标高的确定，土方调配以及挖、运、填的机械化施工；另一类是建筑物和其他地下工程的开挖与回填，包括支护结构的设计与施工，开挖前的降水或开挖后的排水，土方开挖以及回填土的压实等。,土方工程具有工程量大、工期长、投资大、劳动强度大且多为露天作业等特点，因此，土方工程施工必须了解土层的性质，进行现场勘测，充分做好准备工作，合理安排施工计划，以确保土方工程的施工质量。,单元,1,土方与基坑工程,5,1.1,土的基本性质和分类,6,土的种类繁多，分类方法也较多。,作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。,在建筑施工中根据土的开挖难易程度又将土分为松软土、普通土等八类，土的工程分类及鉴别方法见,表,1.1,。,前四类属一般土，后四类属岩石。,注：,k,s,为土的最初可松性系数；,k,s,为土的最终可松性系数。,1.1.1,土的工程分类与现场鉴定,1.1,土的基本性质和分类,7,土的分类,土的名称,可松性系数,开挖方法及工具,K,s,ks,一类土,（松软土）,砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥（泥潭）,1.08,1.17,1.01,1.03,用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬,二类土,（普通土）,粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵（碎）石；种植土、填土,1.14,1.28,1.02,1.05,用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松,三类土,（坚土）,软及中等密实粘土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土,1.24,1.30,1.05,1.07,主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍,四类土,（砂砾坚土）,坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩,1.26,1.35,1.06,1.09,整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤,五类土,（软石）,硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石,1.30,1.40,1.10,1.15,用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法,六类土,（次坚石）,泥岩、砂岩、砾岩；坚实的页岩、泥灰岩，密实的石灰岩；风化花岗岩、片麻岩、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩,1.35,1.45,1.11,1.20,用爆破方法开挖，部分用风镐,七类土,（坚石）,大理石；辉绿岩；玢岩；粗、中颗粒花岗石；坚实单位白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩、风化痕迹的安山岩、玄武岩,1.40,1.45,1.15,1.20,用爆破方法开挖,八类土,（特坚土）,安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩、角闪岩,1.45,1.50,1.20,1.30,用爆破方法开挖,表,1.1,土的工程分类及鉴别方法,1.1,土的基本性质和分类,8,土一般是由固体颗粒（固相）、水（液相）、空气（气相）三部分组成，这三部分之间的比例关系随周围条件的变化而不同，三者比例关系不同反映出土的物理状态就不同，如干燥、湿润、密实、松散。这些土的物理指标对土方工程施工有直接影响。,1.1.2,土的组成与工程性质,1.1,土的基本性质和分类,9,1.1.2.1,土的含水量,土的含水量是指土中所含水的质量与土中固体颗粒质量之比，用百分率表示，即：,式中,土的含水量，,%,；,m,w,土中水的质量，,kg,；,m,s,土中固体颗粒的质量，,kg,。,（,1.1,）,1.1,土的基本性质和分类,10,各类土的最佳含水量见,表,1.2,。,土的种类,变 动 范 围,最佳含水量（,%,）（重量比）,最大干密度（,g/cm,3,）,砂 土,8,12,1.80,1.88,粉 土,16,22,1.61,1.80,亚 砂 土,9,15,1.85,2.08,亚 粘 土,12,15,1.85,1.95,重亚粘土,16,20,1.67,1.79,粉质亚粘土,18,21,1.65,1.74,黏 土,19,23,1.58,1.70,表,1.2,土的最佳含水量和干密度参考值,1.1,土的基本性质和分类,11,1.1.2.2,土的自然密度和干密度,(1),土的自然密度,土在自然状态下单位体积的质量叫做土的自然密度，即：,式中,土的自然密度，,kg/m,3,；,m,土在自然状态下的质量，,kg,；,V,土在自然状态下的体积，,m,3,。,（,1.2,）,1.1,土的基本性质和分类,12,(2),土的干密度,单位体积土中固体颗粒的质量叫做土的干密度，即：,式中,d,土的干密度，,kg/m,3,；,ms,土中固体颗粒的质量（经,105 ,烘 干的土重），,kg,；,V,土在自然状态下的体积，,m,3,。,干密度反映了土的紧密程度，常用于填土夯实质量的控制指标。土的最大干密度值可参考,表,1.2,。,（,1.3,）,1.1,土的基本性质和分类,13,1.1.2.3,土的可松性,自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性。土的可松性大小用可松性系数表示,即,:,式中,k,s,最初可松性系数；,k,s,最终可松性系数；,V,1,土在自然状态的体积，,m,3,；,V,2,土挖出后松散状态下的体积，,m,3,；,V,3,挖出的土经回填压实后的体积，,m,3,。,（,1.5,）,（,1.4,）,1.1,土的基本性质和分类,14,各类土的可松性系数见,表,1.1,。,【,例,1.1】,某土方工程需回填土方量,100 m,3,，已知土的可松性系数为,k,s,=1.2,，,k,s,=1.05,，外运取土，问需取多少土？,1.1,土的基本性质和分类,15,1.1.2.4,土的渗透性,土的渗透性也称透水性，是指土体被水透过的性质。土体孔隙中的水在重力作用下会发生流动，流动速度与土的渗透性有关。渗透性的大小用渗透系数,K,表示,其参考值见,表,1.3,。,1.1,土的基本性质和分类,16,表,1.3,土的渗透系数参考值,土的类别,K,（,m.d,-1,）,土的类别,K,（,m.d,-1,）,土的类别,K,（,m.d,-1,）,粘土,0.005,粉 土,0.5,1.0,粗 砂,20,50,亚粘土,0.005,0.1,细 砂,1.0,1.5,砾 石,50,100,轻亚粘土,0.1,0.5,中 砂,5.0,20.0,卵 石,100,500,黄土,0.25,0.5,均质中砂,25,50,漂石（无砂质充填）,500,1000,1.1,土的基本性质和分类,17,1.2,场地平整,18,场地平整就是将需要进行建设范围内的天然地面，通过人工或机械挖填平整改造成工程上所要求的设计平面。,平整场地前应先做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物；排除地面积水；铺筑临时道路等。,场地平整是工程开工前的一项重要工作。,1.2,场地平整,19,（,1,） 场地平整前应先做好各项准备工作，主要有清理现场范围及周边场地，包括清理杂草、杂物，建筑物拆迁等工作。,（,2,） 做好现场排水处理，包括设置排水沟、截水沟或挡水坝等，确保场地平整后干燥，便于施工。,（,3,） 修建施工临时设施，包括场边道路、现场临时工棚，供水供电的临时设施。,1.2.1,施工准备,1.2,场地平整,20,场地平整的一般施工程序安排是：,现场勘察清除地面障碍物标定整平范围设置水准基点设置方格网测量标高计算土方挖填工程量平整场地场地碾压验收。,1.2.2,施工程序,1.2,场地平整,21,计算场地平整土方量的方法很多，常用的方法可归纳为以下三类：,（,1,） 用求体积的公式估算,在土方施工过程中，不管是原地形或是设计地形，经常会碰到一些类似锥体、棱台等几何形体的地形单体，这些地形单体的体积可用相近的几何体体积公式来计算，此法简便，但精度较差，多用于估算。,1.2.3,场地平整土方量的计算,1.2,场地平整,22,（,2,） 方格网法,方格网法是把平整场地的设计工作和土方量计算工作结合在一起进行的。,其工作程序是：, 在附有等高线的施工现场地形图上，作方格网控制施工场地，方格边长数值取决于所要求的计算精度和地形变化的复杂程度，一般用,20,40 m,。, 在地形图上用插入法求出各角点的原地形标高,(,或把方格网各角点测设到地面上，同时测出各角点的标高，并标记在图上,),。,1.2,场地平整,23, 依设计意图,(,如地面的形状、坡向、坡度值等,),确定各角点的设计标高。, 比较原地形标高和设计标高，求得施工标高。, 计算土方量，其具体计算步骤和方法查相关计算公式。,1.2,场地平整,24,(3),断面法,断面法是以一组等距,(,或不等距,),的互相平行的截面将拟计算的地块、地形单体,(,如山、溪涧、池、岛等,),和土方工程,(,如堤、沟渠、路堑、路槽等,),分截成“段”。分别计算这些“段”的体积，再将各段体积累加，以求得该计算对象的总土方量。此方法的计算精度取决于截取断面的数量，多则精，少则粗。,断面法根据其取断面的方向不同可分为垂直断面法、水平断面法,(,或等高面法,),及与水平面成一定角度的成角断面法。,1.2,场地平整,25,土方调配的目的是使工程中土方总运输量最小或土方施工费用最小。这就必须对场地土方的利用、堆弃和填土之间的关系进行综合协调处理，制订优化方案，确定挖、填方区土方的调配方向、数量和运输距离，以利于缩短工期和节约工程成本。,1.2.4,土方调配,1.2,场地平整,26,土方调配的基本原则如下：,（,1,） 力求达到挖方与填方平衡，就近调配，以使土方运输量或费用最小。,（,2,） 应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。,（,3,） 应考虑分区与全场相结合的原则。,（,4,） 合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。,（,5,） 土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题，但这不是唯一的指标，还要综合考虑弃方和借方的占地，赔偿青苗损失及对农业生产影响等。,1.2,场地平整,27,（,6,） 土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。,总之，进行土方调配必须根据现场具体情况、周围环境、相关技术资料、工期要求、施工机械与运输方案等综合考虑，反复比较，确定出经济合理的调配方案。方案制订时，在可能条件下宜将弃土场平整为可耕地，防止乱弃乱堆，或堵塞河流，损害农田。,1.2,场地平整,28,1.2.5.1,推土机施工,推土机（,图,1.1,）是土方工程施工的主要机械之一，它由拖拉机和推土铲刀组成。若按其行走方式不同，推土机可以分为履带式和轮胎式两种；按铲刀操作机构的不同，推土机又可分为液压操纵和索式操纵两种。索式推土机的铲刀借其自重切土，在硬土中切入深度较小；液压式推土机由液压操纵，能使铲刀强制切入土中，切入深度较大，且铲刀可以调整推土板的角度，工作时具有更大的灵活性。,1.2.5,场地平整的机械化施工,1.2,场地平整,29,图,1.1 T-180,型推土机,1.2,场地平整,30,推土机能够独立完成挖土、运土和卸土工作，施工时具有操纵灵活、运转方便，所需工作面较小，功率大，行驶快等特点。推土机多用于场地清理、平整和基坑、沟槽的回填，适合开挖深度和筑高在,1.5 m,内的基坑、路基、堤坝作业，以及配合铲运机、挖土机的工作，此外，将其铲刀卸下后，还能牵引其他无动力的施工机械。,推土机可以推挖一至三类土，经济运距在,100 m,以内，效率最高运距为,30,60 m,。推土机的生产率主要取定于推土机推移土的体积及切土、推土、回程等工作的循环时间。,1.2,场地平整,31,为了提高生产率，施工中常采取以下方法：,（,1,） 下坡推土法,推土机顺坡向下切土与推运，借助机械本身的重力作用，增大切土深度和运土数量，可以提高台班产量，缩短推土时间。下坡推土法的坡度不宜超过,15,，以免后退时爬坡困难,图,1.2(a),。下坡推土法适用于半挖半填地区推土丘，回填沟、渠使用。,（,2,） 并列推土法,平整面积较大的场地时，用两台或三台推土机并列作业,图,1.2(b),，铲刀相距,15,30 cm,，可减少土的散失，提高生产率。一般采用两台推土机并列推土可增加堆土量,15%,30%,，采用三台推土机并列推土可增大推土量,30%,40%,。并列推土法的平均运距不宜超过,50,75 m,，也不宜小于,20 m,。,32,图,1.2,推土机推土方法,（,a,） 下坡推土；（,b,） 并列推土,1.2,场地平整,33,（,3,） 多刀送土,在硬质土中，切土深度不大，可将土先堆积在一处，然后集中推送到卸土区。这样可以有效地提高推土的效率，缩短运土时间。但堆积距离不宜大于,30 m,，推土高度以,2 m,内为宜。,（,4,） 槽形推土,推土机重复在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽，在槽中推运土可减少土的散失，可增加,10%,30%,的推运土量。槽的深度在,1 m,左右为宜，土埂宽约,50 cm,。当推出多条槽后，再将土梗推入槽中运出。当推土层较厚、运距较远时，采用此法较为适宜（,图,1.3,）。,1.2,场地平整,34,图,1.3,槽形推土法,1.2,场地平整,35,1.2.5.2,铲运机施工,（,1,） 铲运机技术性能和特点,铲运机是一种能够单独完成铲土、装土、运土、卸土、压实的土方机械。按行走方式不同，铲运机可分为自行式铲运机（,图,1.4,）和拖式铲运机（,图,1.5,）两种；按铲斗的操纵系统不同，铲运机可分为液压操纵和钢丝绳操纵两种。,图,1.4 CL7,型自行式铲运机,1.2,场地平整,36,图,1.5 C6-2.5,型拖式铲运机,1.2,场地平整,37,铲运机操作简便灵活，行驶快，对行驶道路要求较低，可直接对一类至三类土进行铲运。它的主要工作装置是铲斗。铲斗前有一个能开启的门和切土刀片。切土时，铲斗门打开，铲斗下降，刀片切入土中。铲运机前进时，被切下的土挤入铲斗中，铲斗装满土后，提起土斗，放下斗门，将土运至卸土地点。,铲运机开挖坚硬土需推土机助铲。在选定铲运机后，其生产率的高低还取决于机械的开行路线。为提高铲运效率，可根据现场具体情况，选择合理的开行路线和施工方法。,1.2,场地平整,38,（,2,） 铲运机开行路线,在施工中，由于挖、填区的分布情况不同，应根据不同施工条件，选择合理的施工路线，铲运机开行路线一般有如下几种。, 小环形路线：这种开行路线简单、常用，当施工地段较短、地形起伏不大时，采用小环形路线,图,1.6(a),、,(b),。这种路线每一循环完成一次铲土、卸土。当挖填交替、挖填之间的距离又较短时，可采用大环形路线,图,1.6(c),，这种路线每一次循环能完成多次铲土和运土，从而减少铲运机的转弯次数，提高工作效率。本法施工时应常调换方向，以避免机械行驶部分的单侧磨损。,1.2,场地平整,39,图,1.6,铲运机开行路线,（,a,）、（,b,） 小环形路线；,（,c,） 大环形路线；（,d,） “,8”,字形路线,1.2,场地平整,40, “,8”,字形路线：当地势起伏较大、施工地段又较长时，可采用“,8”,字形开行路线,图,1.6(d),，这种开行路线每一次循环完成两次铲土和卸土，减少了转弯次数和运距，因而节约了运行时间，提高了生产效率。这种运行方式在同一循环中两次转运方向不同，还可以避免机械行驶部分的单侧磨损。,1.2,场地平整,41,（,3,） 铲运机的作业方法, 下坡铲土法：当工作面坡度在,3,9,时，可利用地形进行下坡铲土，借助铲土机的重力产生的附加牵引力而加大铲斗切土深度和充盈系数，缩短装土时间，提高生产率。, 跨铲法：在较坚硬的地段挖土时，预留土埂间隔铲土（第一次开行铲土与第二次开行铲土的开行路线间留一定的距离）。这样在间隔铲土时由于形成一个土槽可减少土的失散量；铲土埂时，铲土阻力减小。一般土埂高不大于,300 mm,，宽不大于拖拉机两履带间的净距（,图,1.7,）。,1.2,场地平整,42,图,1.7,跨铲法,1,沟槽；,2,土埂；,A,铲土宽；,B,不大于拖拉机履带净距,1.2,场地平整,43, 助铲法：地势平坦、土质较坚硬时，可使用自行铲运机，另根据作业面大小配一台或多台推土机助铲，以加大铲刀切土能力（,图,1.8,）。推土机在助铲的间隙时间可兼做松土或平整工作，为铲运机施工创造条件。几台铲运机要适当安排铲土次序和开行路线，互相交叉进行流水作业，以发挥推土机效率。该方法适用于地势平坦，土质坚硬，宽度大、长度长的大型场地平整工程。,1.2,场地平整,44,图,1.8,助铲法,1,铲运机铲土；,2,推土机助铲,1.2,场地平整,45, 双联铲运法,铲运机运土时所需牵引力较小，当下坡铲土时，可将两个铲斗前后串在一起，形成一起一落依次铲土、装土,(,又称双联单铲,),（,图,1.9,）。当地面较平坦时，采取将两个铲斗串成同时起落，同时进行铲土，又同时起斗开行,(,称为双联双铲,),，前者可提高工效,20%,30%,，后者可提高工效,60%,。双联铲运法适用于较松软的土，在进行大面积场地平整及筑堤时采用。,1.2,场地平整,46,图,1.9,双联铲运法,1.2,场地平整,47,1.3,施工降排水,48,地面水一般采取设置排水沟、防洪沟、截水沟、挡水堤等方法排除，并应尽量利用自然地形和原有的排水系统。,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。在低洼地区施工时，除开挖排水沟外，必要时还需修筑土堤，以防止场外水流入施工场地。出水口应结合场地总体排水规划，尽可能设置在远离建筑物或构筑物的低洼地点，并保证排水通畅。,1.3.1,地面水的排除,1.3,施工降排水,49,明排水法是在基坑逐层开挖过程中，沿每层坑底四周或中央设置排水沟和集水井。,基坑内的,水经排水沟流向集水井，通过水泵将集水井内积水抽走，直到基坑回填，排水过程结束 （,图,1.10,）。明排水法施工简单、经济，对周围环境影响小，可用于降水深度较小且上层为粗粒土层或渗水量小的黏土层降水。,1.3.2,明排水法,1.3,施工降排水,50,图,1.10,集水井降水,1,排水沟；,2,集水坑；,3,水泵,1.3,施工降排水,51,1.3.2.1,抽水设备及选用,明排水法所用抽水设备主要是水泵。水泵的选用是根据基坑的涌水量、基坑的开挖深度结合水泵的有关性能来确定的。,水泵的主要性能包括：流量、总扬程、吸水扬程和功率等。流量是指水泵单位时间内的出水量。扬程是水泵能扬水的高度，也称水头。总扬程包括吸水扬程和出水扬程。由于水经过管路有阻力而引起水头损失，因此要扣除损失扬程后才是实际扬程。,基坑排水用的水泵主要有离心泵、潜水泵等。离心泵由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成。,1.3,施工降排水,52,其工作原理主要是利用叶轮高速旋转时所产生的离心力将轮中心水甩出而形成真空，使水在大气压力作用下自动进入水泵，并将水压出。潜水泵由立式水泵与电动机组成。电动机有密封装置，水泵装在电动机上端，工作时浸在水中。潜水泵的优点是体积小、质量轻、移动方便，开泵时不需要引水。,明排水法施工包括基础开挖、设置排水沟和集水井、选用水泵和现场安装设备、抽水及设备拆除等施工过程。,1.3,施工降排水,53,明排水法一般用于面积及降水深度较小且土层中无细砂、粉砂时。若降水深度较大，土层为细砂、粉砂或在软土地区施工时，明排水法易引起流砂、塌方等现象，应尽量采用井点降水法。无论采用哪种方法，降水工作应持续到基础施工完毕且回填土后结束。,1.3,施工降排水,54,1.3.2.2,流砂现象的产生和防治,当开挖深度大、地下水位较高而土质又不好时，用明排水法降水，挖至地下水水位以下时，有时坑底面的土颗粒会产生流动，随地下水一起涌入基坑。这种现象称为流砂现象。,（,1,） 流砂产生的原因,流砂现象的产生是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果，如,图,1.11,所示。,1.3,施工降排水,55,当水流在水位差的作用下对土颗粒产生向上的动水压力时，动水压力使土粒受到了水的浮力，如果动水压力等于或大于土的浮重度时，土颗粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒随着渗流的水一起流动，就出现了 “流砂现象”。,图,1.11,动水压力对地基土的影响,G,D,动水压力,1.3,施工降排水,56,（,2,） 流砂发生的条件,流砂现象经常发生在细砂、粉砂及粉土中，而是否出现流砂现象的重要条件是动水压力的大小和方向，因此，防止流砂应着眼于减小或消除动水压力。,（,3,） 防治流砂的方法,在基坑开挖中，防治流砂的原则是“治流砂必先治水”。治理流砂的主要途径有消除、减小和平衡动水压力，改变水的渗流路线。,1.3,施工降排水,57,其具体措施有：, 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。此方法可解决轻微流砂现象。, 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距离，以减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂现象的产生。, 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。此方法在沉井挖土下沉过程中常用。,1.3,施工降排水,58, 地下连续墙法：在基坑周围先浇筑一道混凝土或钢筋混凝土的连续墙，以支承土墙、截水并防止流砂产生。, 枯水期施工法：选择枯水期间施工。因为此时地下水位低，坑内外水位差小，水压力减小，从而可预防和减轻流砂现象。,井点降水：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，用此种方法防治流砂较为可靠。,1.3,施工降排水,59,井点降水也称人工降低地下水位，即在基坑开挖前，预先在拟挖基坑的四周埋设一定数量的滤水管，利用抽水设备从中不间断抽水，使地下水位降落在坑底以下，然后开挖基坑、进行基础施工和土方回填，待基础工程全部施工完毕后，撤除人工降水装置。,人工降低地下水位不仅是一种防流砂的施工措施，也是一种地基加固方法。,1.3.3,井点降水法,1.3,施工降排水,60,1.3.3.1,井点降水法的类型及适用范围,井点降水法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井泵等各种方法。其方法的选用应视土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点、设备以及经济技术比较等具体条件，,并参照,表,1.4,选用。,1.3,施工降排水,61,降水类型,渗透系数,(cm/s),可能降低的水位深度,(m),方 法 原 理,轻型井点,10,-2,10,-5,（砂土、粘性土）,3,6,在工程外围竖向埋设一系列井点管深入含水层内，井点管的上端通过连接弯管与集水总管连接，集水总管再与真空泵和离心泵相连，启动真空泵，使井点系统形成真空，井点周围形成一个真空区，真空区砂井向上向外扩展一定范围，地下水便在真空泵吸力作用下，使井点附近的地下水通过砂井、滤水管被强制吸入井点管和集水总管，排除空气后，由离心水泵的排水管排出，使井点附近的地下水位得以降低,多级轻型井点,6,12,喷射井点,10,-3,10,-6,（粉砂、淤泥质土、粉质粘土）,8,20,在井点内部装设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机通过井点管中的内管向喷射器输入高压水（喷水井点）或压缩空气（喷气井点），形成水气射流，将地下水经井点外管与内管之间的间隙抽出排走,电渗井点,10,-6,宜配合其它形式降水使用,利用粘性土中的电渗现象和电泳特性，使粘性土空隙中的水流动加快，起到一定疏干作用，从而使软土地基排水效率得到提高。,深井井点,10,-5,（砂类土）,10,在深基坑的周围埋没深于基底的井管，使地下水通过设置在井管内的潜水泵将地下水抽出，使地下水位低于坑底。,表,1.4,各类井点的适用范围及方法原理,1.3,施工降排水,62,1.3.3.2,一级轻型井点降水设计,轻型井点降水（图,1.12,）是沿基坑（槽）的四周或一侧以一定距离埋设一定数量的井点管，井点管上端有弯连管与集水总管相连，下端与滤水管连接，并利用抽水设备不间断将渗流进井点管的水抽出，使地下水位降落在坑底以下。,1.3,施工降排水,63,图,1.12,轻型井点降低地下水位图,1,井点管；,2,滤水管；,3,总管；,4,弯连管；,5,水泵房；,6,原有地下水位线；,7,降低后地下水位线,1.3,施工降排水,64,(1),井点布置,轻型井点的布置要根据基坑平面形状及尺寸、基坑的深度、土质、地下水位高低及地下水流向、降水深度要求等因素确定。其布置内容包括平面布置和高程布置。, 平面布置,当基坑宽度小于,6 m,，降水深度不超过,5 m,时，可采用单排线状井点，布置在地下水上游一侧，两端延伸长度不小于基坑的宽度（,图,1.13,）。如基坑宽度大于,6 m,或土质不良时，宜采用双排线状井点。,1.3,施工降排水,65,图,1.13,单排线状井点布置图,（,a,） 平面布置；（,b,） 高程布置,1,总管；,2,井点管；,3,抽水设备；,B,基坑宽度,1.3,施工降排水,66,当基坑面积较大时，宜采用环形井点,图,1.14(a),布置，井点管距离基坑,0.7,1.0 m,，以防井点系统漏气。抽水井间距一般在,0.8,1.5 m,之间，在地下水补给方向和环形井点四角应适当加密。,高程布置,轻型井点的降水深度一般以不超过,6 m,为宜，井点管需要埋置深度,HA,（不含滤管）可按下式计算,图,1.14(b),。,1.3,施工降排水,67,图,1.14,环形井点布置图,（,a,） 平面布置；（,b,） 高程布置,1,总管；,2,井点管；,3,抽水设备,1.3,施工降排水,68,式中,H,A,井点管埋置深度，,m,；,H,1,总管底面至基坑底面的距离，,m,；,h,基坑底面至降低后的地下水位线的距 离，一般取,0.5,1.0 m,；,i,水力坡度，单排线状井点为,1/4,，环形 井点为,1/10,；,L,井点管距基坑中心的水平距离（单排 线状井点为井点管至基坑另一边的水 平距离），,m,。,H,A,H,1,h,i,（,1.6,）,1.3,施工降排水,69,根据上式算出的,H,A,值大于,6 m,时，可降低井点管的埋设面以适应降水深度要求，通常井点管露出地面为,0.2,0.3 m,，而滤管必须埋在含水层内。为了充分利用抽水能力，总管的布置标高宜接近地下水位线，可先下挖部分土方，总管应具有,0.25%,0.5%,的坡度（坡向泵房）。,1.3,施工降排水,70,(2),轻型井点计算,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，校核水位降低数值，选择抽水设备和井点管的布置等。, 井点涌水量计算方法介绍,一般是按水井理论来计算涌水量。井点系统涌水量的计算，首先要判定井的类型。,水井根据其井底是否达到不透水层，分为完整井与非完整井。井底达到不透水层的为完整井，否则为非完整井。,1.3,施工降排水,71,根据地下水是否受不透水层的压力分为承压井与无压井。滤管布置在地下两层不透水层之间，地下水面承受不透水层的压力，抽吸承压层间地下水的，称为承压井；若地下水上部为透水层，地下水是无压水，称为无压井。,综上所述，水井大致可分为四种类型（,图,1.15,）：无压完整井、无压非完整井、承压完整井和承压非完整井。,水井类型不同，其涌水量计算方法不同，查相关计算公式进行涌水量的计算。,1.3,施工降排水,72,图,1.15,水井的分类,1,承压完整井；,2,承压非完整井；,3,无压完整井；,4,无压非完整井,1.3,施工降排水,73, 确定井点管数及间距,井点管数量的多少取决于单根井点管的抽水能力，单根井点管的最大出水量与滤管构造和尺寸以及土的渗透系数有关。按下式计算：,式中,q,单根井点管最大出水量，,m,3,/d,；,d,滤管内径，,m,；,K,渗透系数，,m/d,;,l,滤管长度，,m,。,（,1.7,）,1.3,施工降排水,74,井点根数,井点管的平均间距,式中,D,井点管间距，,m,；,L,总管长度，,m,。,（,1.9,）,（,1.8,）,1.3,施工降排水,75,井点管间距经计算确定后，布置时还需注意：井点管间距不能过小，否则彼此干扰大，出水量会显著减少，一般可取滤管周长的,5,10,倍；在基坑周围四角和靠近地下水流方向一边的井点管应适当加密；实际采用的井距还应与集水总管上短接头的间距相适应。,1.3,施工降排水,76,(3),抽水设备的选择,轻型井点所用的抽水设备主要是真空泵和单级离心泵两种类型。,真空泵有干式和湿式两种，常用的是干式,W,5,和,W,6,型，采用,W,5,时总管长度不大于,100 m,；采用,W,6,型时，总管长度不大于,200 m,。在抽水过程中，真空泵的实际真空度如小于上式计算的最低真空度，降水深度则达不到要求。,1.3,施工降排水,77,离心泵的型号应根据流量、吸水扬程及总扬程而定，水泵的流量应比基坑涌水量增大,10%,20%,。吸水扬程应不小于降水深度加各项水头损失。出水扬程包括实际出水高度及出水水头损失。水泵的总扬程应满足吸水扬程与出水扬程之和。,通常一套抽水设备可配置两台离心泵或真空泵，既可轮换使用，又可在地下水量较大时同时使用。,1.3,施工降排水,78,1.3.3.3,轻型井点降水施工,（,1,） 施工准备, 施工机具,滤管：直径为,38,55 mm,，壁厚,3.0 mm,无缝钢管或镀锌管，长,2.0 m,左右，一端用厚为,4.0 mm,钢板焊死，在此端,1.4 m,长范围内的管壁上钻,15 mm,的小圆孔，孔距为,25 mm,，外包两层滤网，滤网采用编织布，外再包一层网眼较大的尼龙丝网，每隔,50,60 mm,用,10,#,铅丝绑扎一道，滤管另一端与井点管进行联结。,1.3,施工降排水,79,井点管：直径为,38,55 mm,，壁厚为,3.0 mm,无缝钢管或镀锌管。,连接管：透明管或胶皮管与井点管和总管连接，采用,8,#,铅丝绑扎，应扎紧以防漏气。,总管：直径为,75,102 mm,钢管，壁厚为,4 mm,，用法兰盘加橡胶垫圈连接，防止漏气、漏水。,抽水设备：根据设计配备离心泵、真空泵或射流泵，以及机组配件和水箱。,移动机具：自制移动式井架,(,采用振冲机架旧设备,),、牵引力为,60,kN,的绞车。,凿孔冲击管：,2198,（,mm,）的钢管，其长度为,10 m,。,1.3,施工降排水,80,水枪：,505,（,mm,）无缝钢管，下端焊接一个,16 mm,的枪头喷嘴，上端弯成近似直角，且伸出冲击管外，与高压胶管连接。,蛇形高压胶管：压力应达到,1.50,MPa,以上。,高压水泵：,100TSW-7,高压离心泵，配备一个压力表，作下井管之用。, 材料,须采用粗砂与豆石，不得采用中砂，严禁使用细砂，以防堵塞滤管网眼。,1.3,施工降排水,81, 技术准备,详细查阅工程地质勘察报告，了解工程地质情况，分析降水过程中可能出现的技术问题和采取的对策。,凿孔设备与抽水设备检查。, 平整场地,为了节省机械施工费用，不使用履带式吊车，采用碎石桩振冲设备的自制简易车架，因此，场地平整度要高一些，设备进场前进行场地平整，以便于车架在场地内移动。,1.3,施工降排水,82,（,2,） 施工程序及操作要点, 井点安装,安装程序：,井点放线定位安装高位水泵凿孔安装埋设井点管布置安装总管井点管与总管连接安装抽水设备试抽与检查正式投入降水程序。, 井点管埋设,井点管的埋设方法常用的是冲孔埋设法。这种方法分为冲孔和埋管两个过程（,图,1.16,）。,1.3,施工降排水,83,图,1.16,井点管的埋设,（,a,） 冲孔；（,b,） 埋管,1,冲管；,2,冲嘴；,3,胶皮管；,4,高压水泵；,5,压力表；,6,起重机吊钩；,7,井点管；,8,滤管；,9,填砂；,10,黏土封口,1.3,施工降排水,84,通过单滑轮用绳索拉起井点管,再将井点管插入孔中，井点管的上端应用木塞塞住，以防砂石或其他杂物进入，并在井点管与孔壁之间填灌砂石滤层，该砂石滤层的填充质量直接影响轻型井点降水的效果，应注意以下几点：,a.,砂石必须采用粗砂，以防止堵塞滤管的网眼。,b.,滤管应放置在井孔的中间，砂石滤层的厚度应在,60,100 mm,之间，以提高透水性，并防止土粒渗入滤管堵塞滤管的网眼。填砂厚度要均匀，速度要快，填砂中途不得中断，以防孔壁塌土。,1.3,施工降排水,85,c.,滤砂层的填充高度至少要超过滤管顶以上,1000,1800 mm,，一般应填至原地下水位线以上，以保证土层水流上下畅通。,d.,井点填砂后，井口以下,1.0,1.5 m,用黏土封口压实，防止漏气而降低降水效果。,1.3,施工降排水,86, 冲洗井管：将直径为,15,30 mm,的胶管插入井点管底部进行注水清洗，直到流出清水为止，并应逐根进行清洗，避免出现“死井”。, 管路安装,首先沿井点管线外侧铺设集水毛管，并用胶垫螺栓把干管连接起来，主干管连接水箱水泵，然后拔掉井点管上端的木塞，用胶管与主管连接好，再用,10,#,铅丝绑好，防止管路不严漏气而降低整个管路的真空度。主管路的流水坡度按坡向泵房,5,的坡度并用砖将主干管垫好，同时应作好冬季降水防冻保温。,1.3,施工降排水,87, 检查管路,检查集水干管与井点管连接胶管的各个接头在试抽水时是否有漏气现象，发现这种情况应重新连接或用油泥子堵塞，重新拧紧法兰盘螺栓和胶管的铅丝，直至不漏气为止。在正式运转抽水之前必须进行试抽，以检查抽水设备运转是否正常，管路是否存在漏气现象。在水泵进水管上安装一个真空表，在水泵的出水管上安装一个压力表。,在试抽时，应检查整个管网的真空度，当真空度达到,550 mm Hg(73.33,kPa,),时，方可进行正式投入抽水。,1.3,施工降排水,88, 抽水,轻型井点管网全部安装完毕后进行试抽。当抽水设备运转一切正常后，整个抽水管路无漏气现象，则可以投入正常抽水作业。开机一个星期后将形成地下降水漏斗，并趋向稳定，土方工程可在降水,10 d,后开挖。,1.3,施工降排水,89,（,3,） 质量检查, 井点管间距、埋设深度应符合设计要求，一组井点管和接头中心应保持在一条直线上。, 井点埋设应无严重漏气、淤塞、出水不畅或死井等情况。, 埋入地下的井点管及井点连接总管均应除锈并刷防锈漆一道；各焊接口处焊渣应凿掉，并刷防锈漆一道。, 各组井点系统的真空度应保持在,55.3,66.7,kPa,，压力应保持在,0.16,MPa,。,1.3,施工降排水,90,（,4,） 安全要求, 冲、钻孔机操作时应安放平稳，防止机具突然倾倒或钻具下落，造成人员伤亡或设备损坏。, 已成孔尚未下井点前，井孔应用盖板封严，以免掉土或发生人员安全事故。, 各机电设备应由专人看管，电气必须一机一闸，严格接地、接零、安装漏电保护器，水泵和部件检修时必须切断电源，严禁带电作业。,1.3,施工降排水,91,（,5,） 成品保护, 井点成孔后，应立即下井点管并填入豆石滤料，以防塌孔。不能及时下井点管时，孔口应盖盖板，防止物件掉入井孔内堵孔。, 井点管埋设后，管口要用木塞堵住，以防异物掉入管内堵塞。, 井点使用应保持连续抽水，并检查抽水设备及电源，以避免泥渣沉淀淤管。, 冬期施工，井点连接总管上要覆盖保温材料，或回填,30 cm,厚以上干松土，以防冻坏管道。,1.3,施工降排水,92,（,6,） 应注意的质量问题, 基坑周围上部应挖好水沟，防止雨水流入基坑。, 在正式开工前，由电工及时办理用电手续，保证在抽水期间不停电。, 在抽水过程中应经常检查和调节离心泵的出水阀门以控制流水量，当地下水位降到所要求的水位后，减少出水阀门的出水量，尽量使抽吸与排水保持均匀，达到细水长流。特别是开始抽水时，应检查有无井点管淤塞的死井，可通过管内水流声、管子表面是否潮湿等方法进行检查。如“死井”数量超过,10,，则严重影响降水效果，应及时采用高压水反复冲洗。,1.3,施工降排水,93, 真空度是轻型井点降水能否顺利进行降水的主要技术指数，现场设专人经常观测，若抽水过程中发现真空度不足，应立即检查整个抽水系统有无漏气环节，若有漏气应及时排除。, 如场地黏土层较厚将会影响降水效果。, 轻型井点降水应经常进行检查，其出水规律应“先大后小，先混后清”。若出现异常情况，应及时进行检查。,1.3,施工降排水,94,1.4,土方开挖,95,进行放坡开挖时，为保证开挖过程中边坡的稳定性，必须选择合理的边坡坡度。挖方边坡应根据使用时间（临时或永久性）、土的种类、物理力学性质、水文等情况确定。,1.4.1,放坡开挖,1.4,土方开挖,96,1.4.1.1,土方边坡坡度与边坡系数,工程中土方边坡常常用边坡坡度来表示。边坡坡度是以土方挖方深度,h,与底宽,b,之比表示,(,见,图,1.17,),，即：,m,为土方的边坡系数，用坡底宽,b,与,h,坡高（即基础开挖深度）之比表示。即：,土方边坡的坡度,1,：,m,= 1,：,=,边坡系数,m,（,1.10,）,（,1.11,）,1.4,土方开挖,97,临时性挖方的边坡值应符合,表,1.5,的规定。对永久性场地，挖方边坡坡度应按设计要求放坡，如设计无规定，可按参考,表,1.6,。,图,1.17,土方边坡,1.4,土方开挖,98,土的类别,边坡值,(,高：宽,),砂土,(,不包括细砂、粉砂,),1,：,1.25,1,：,1.50,一般性粘土,硬,1,：,0.75,1,：,1.00,硬、塑,1,：,1.00,1,：,1.25,软,1,：,1.50,或更缓,碎石类土,充填坚硬、硬塑粘性土,1,：,0.50,1,：,1.00,充填砂土,1,：,1.00,1,：,1.50,注：设计有要求时，应符合设计标淮。,如采用降水或其他加固措施，可不受本表限制，但应计算复核。,开挖深度，对软土不应超过,4m,，对硬土不应超过,8m,。,表,1.5,临时性挖方边坡值,1.4,土方开挖,99,项次,挖土性质,边坡坡度,1,在天然湿度、层理均匀、不易膨胀的黏土和砂土（不包括细砂和粉砂）内挖方深度不超过,3m,1,：,1.00,1,：,1.25,2,在天然湿度、层理均匀、不易膨胀的黏土和砂土（不包括细砂和粉砂）内挖方深度为312 m,1,：,1.25,1,：,1.50,3,干燥地区内土质结构未经破坏的干燥黄土及类黄土，深度超过,12m,1,：,0.10,1,：,1.25,4,在啐石土和泥炭岩土的地方，深度不超过,12m,，根据土的性质、层理特性和挖方深度确定,1,：,0.50,1,：,1.50,5,在风化岩内的挖方，根据岩石性质、风化程度、层理特性和挖方深度确定,1,：,0.20,1,：,1.50,6,在微风化岩内的挖方，岩石无裂缝且无倾向挖方坡脚的岩石,1,：,0.10,7,在未风化的完整岩石内的挖方,直立,表,1.6,永久性场地土方挖方边坡坡度,1.4,土方开挖,100,在无地下水的情况，基坑（槽）开挖不加支撑时的允许深度，可参考,表,1.7,。挖深在,5 m,之内不加支撑的最陡坡度可参见,表,1.8,。,项次,土 层 类 别,允许深度（,m,）,1,密实、中密的沙土和碎石类石（充填物为砂土）,1.00,2,硬塑、可塑的黏质粉土及粉质黏土,1.25,3,硬塑、可塑的黏性土和碎石类石（充填物为黏性土）,1.50,4,坚硬的黏性土,2.00,表,1.7,基坑（槽）和沟管不加支撑时的允许深度,1.4,土方开挖,101,项次,岩石类别,边坡坡度（高宽比）,坡顶无荷载,坡顶有静载,坡顶有动载,1,中密的砂土,1,：,1.00,1,：,1.25,1,：,1.50,2,中密的啐石类土（充填物为砂土）,1,：,0.75,1,：,1.00,1,：,1.25,3,硬塑的粉土,1,：,067,1,：,0.75,1,：,1.00,4,中密的碎石类土（充填物为黏性土）,1,：,0.50,1,：,0.67,1,：,0.75,5,硬塑的粉质黏土、黏土,1,：,0.33,1,：,0.50,1,：,0.67,6,老黄土,1,：,0.10,1,：,0.25,1,：,0.33,7,软土（经井点降水后）,1,：,1.00,注： 静载指堆土或材料等，动载指机械挖土或汽车运输作业等；静载或,动载应距挖方边缘,0.8 m,以外，堆土或材料高度不宜超过,1.5 m,。, 当有成熟经验时，不受本表限制。,表,1.8,挖深在,5 m,内的基坑（槽）、沟管边坡的最陡坡度（不加支撑）,1.4,土方开挖,102,1.4.1.2,开挖程序及要点,放坡开挖的程序一般是：,测量放线切线分层开挖排降水修坡整平留足预留土层。,相邻基坑开挖时，应遵循先深后浅或同时进行的施工程序。挖土应自上而下水平分段进行，每层,0.3 m,左右，边挖边检查坑底宽度及坡度，不够时及时修整，每,3 m,左右修一次坡，至设计高度，再统一进行一次修坡清底，检查坑底宽度和标高，要求坑底凹凸不超过,2.0 m,。,1.4,土方开挖,103,1.4.1.3,放坡开挖的注意事项,（,1,） 基坑边缘堆置的土方和建筑物材料，或沿挖方边缘移动的运输工具和机械，一般应距基坑上部边缘,0.8 m,以外，堆置高度不应超过,1.5 m,。在垂直的坑壁边，此安全距离还应该增大。软土地区不宜在坑边堆置弃土。,（,2,） 基坑周围地面应进行防水、排水处理，严防雨水等地面水浸入基坑周边土体。,（,3,） 基坑开挖时，应对平面控制桩、水准点、基坑平面位置、水平标高、边坡坡度等经常复测检查。,1.4,土方开挖,104,（,4,） 在地下水位以下挖土，应在基坑（槽）四侧或两侧挖好临时排水沟和集水井，或采用井点降水，将地下水降至坑槽底以下,500 mm,降水工作应该持续到基础工程施工完毕。,（,5,） 基坑开挖应尽量防止对地基土的扰动。若用人工开挖，基坑开挖好后不能立即进行下道工序，应预留,15,30 cm,土层不挖，待下道工序开始时再挖至设计标高。若用机械开挖，为避免破坏基地土，应在基底标高以上预留一层人工挖掘修整。使用铲运机、推土机时，保留土层厚度,15,20 cm,；使用正铲、反铲或拉铲挖土机时，保留土层厚度,20,30 cm,。,1.4,土方开挖,105,（,6,） 基坑开挖完毕后，应及时清底、验槽，减少暴露时间，防止暴晒和雨水浸刷破坏地基土的原状结构。,（,7,） 基坑开挖完毕后，应进行验槽并做好记录，如发现与勘查报告、设计不相符时，应与有关人员研究处理。,1.4,土方开挖,106,1.4.2.1,按拟柱体体积公式计算,（,1,） 基坑土方量计算,基坑土方量可按立体几何中的拟柱体体积公式计算（,图,1.18,）。即：,1.4.2,基坑（糟）土方量计算,（,1.12,）,1.4,土方开挖,107,式中,H,基坑深度，,m,；,A,1,、,A,2,基坑上、下的底面积，,m,2,；,A,0,基坑中截面的面积，,m,2,。,注意：,A,0,一般情况下不等于,A,1,、,A,2,之和的一半，而应该按侧面几何图形的边长计算出中位线的长度，然后再计算中截面的面积,A,0,。,1.4,土方开挖,108,图,1.18,基坑土方量计算,1.4,土方开挖,109,(2),基槽和路堤管沟的土方量,若沿长度方向其断面形状或断面面积显著不一致时，可以按断面形状相近或断面面积相差不大的原则，沿长度方向分段后，用同样方法计算各分段土方量（,图,1.19,）。最后将各段土方量相加即得总土方量,V,总,。即：,式中,V,i,第,i,段的土方量，,m,3,；,L,i,第,i,段的长度，,m,。,（,1.13,）,1.4,土方开挖,110,图,1.19,基槽分段施工示意图,1.4,土方开挖,111,1.4.2.2,按实际体积计算,（,1,） 基槽土方量计算,基槽开挖时，两边留有一定的工作面，分放坡开挖和不放坡开挖两种情况，如,图,1.20,所示。,当基槽不放坡时：,当基槽放坡时：,V,h(a+2c)L,V,h(a+2c+mh)L,（,1.14,）,（,1.15,）,1.4,土方开挖,112,式中,V,基槽土方量，,m,3,；,h,基槽开挖深度，,m,；,a,基础宽度，,m,；,c,工作面宽，,m,；,m,坡度系数；,L,基槽长度（外墙按中心线，内墙按净 长线），,m,。,如果基槽沿长度方向断面变化较大，应分段计算，然后汇总。,1.4,土方开挖,113,图,1.20,基槽土方量计算,1.4,土方开挖,