土方的准备与辅助改造土木工程施工.ppt
1,第一章 土方工程4 土方的准备与辅助改造 四、降 水,第一章 土方工程,2,四、降 水 在基坑开挖过程中，当基底低于地下水位时，由于 土的含水层被切断，地下水会不断地渗入坑内。雨期施工时，地面水也会不断流入坑内。不采取降水措施的后果 施工条件恶化，易造成塌方，使地基的承载力下降。遇有承压含水层时 基底可能被冲溃破坏。,第一章 土方工程,3,降低地下水位的方法 集水井降水法 井点降水法,第一章 土方工程,4,（一）集水井降水 适用：降水深度较小且土层为粗粒土或渗水量小的粘性土。不适用：粉砂土和细砂土，在这类土中易形成流砂。1施工过程,第一章 土方工程,5,集水井降水施工过程,第一章 土方工程,6,2设 置 排水沟及集水井：设置在基础范围以外；地下水流的上游；基坑面积较大时，可在中间设置盲沟排水。集水井的水平间距：每隔 20 40m 设置一个。,图1-28 集水井降水,1-排水沟;2-集水井;3-水泵,第一章 土方工程,7,3构 造 集水坑 直径或宽度：0.60.8m；开挖：随着挖土的加深而加深，低于挖土面 0.71.0m；坑壁：可用竹、木材料等加固，也可用砖垒筑；坑底：低于基坑底面1.02.0m；铺设滤水层 a）0.3m厚碎石滤水层；b）下部砾石（约 0.1m厚）、上部粗砂（约0.1m）,第一章 土方工程,8,1.井点降水的作用,a)防止涌水；b)稳定边坡；c)防止管涌；d)减少横向荷载；e)防止流砂图1-29 井点降水的作用,第一章 土方工程,（二）井点降水,9,2.流砂的成因及防止基坑挖土至地下水位以下，当土质为细砂土或粉砂土的情况下，采用集水坑降低地下水时，坑下的土有时会形成流动状态，而随着地下水流入基坑，这种现象称为流砂现象。流砂的危害：土体完全丧失承载力，土体边挖边冒流砂，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方、临近建筑因流砂而出现地基被掏空的现象，引起建筑开裂、沉降、甚至倒塌。,第一章 土方工程,10,动水压力 地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力，用 GD 表示。GD与单位土体内的渗流水受到土骨架的阻力T 大小相等，方向相反。,产生流砂现象的原因,流砂现象产生的原因，是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。,第一章 土方工程,11,产生流砂现象的原因水在土体内从 A 向 B 流动，AB柱体：长度为L，横断面积为F，A、B之间的水头差为HA-HB。,图1-30 饱和土体中动水压力的计算,第一章 土方工程,12,产生流砂现象的原因,图1-30 饱和土体中动水压力的计算,第一章 土方工程,作用土柱体中水的力有：A，B两端的静水压力，分别为：rw hA F 和 rw hB F；柱体内孔隙水的重量和土骨架浮力的反力：rw L F；柱体中土骨架对渗流水的总阻力：T L F。,13,产生流砂现象的原因计算动水压力时，考虑到地下水的渗流加速度 很小（a0），因而忽略惯性力。,图1-30 饱和土体中动水压力的计算,第一章 土方工程,14,由X=0得：rw hA F-rw hB F-T L F+rw L F cos=0将 代入上式可得：,第一章 土方工程,15,为水头差与渗透路径之比，称为水力坡度，用 i 表示。式中，负号表示GD与所设水渗流时受到的总阻力T 的 方向相反，与水的渗流方向一致。,（1-36）,第一章 土方工程,16,由上式可知，动水压力 GD 的大小与水力坡度成正比，即水位差 HA-HB 愈大，则 GD 愈大；而渗透路程 L 愈长，则 GD 愈小。当水流在动水压力的作用下对土颗粒产生向上压力，如果动水压力大于土的浮重度 时（GD），便产生流砂。,（1-36）,第一章 土方工程,17,流砂的防治 由于在细颗粒、松散、饱和的非粘性土中发生流砂现象的主要条件是动水压力的大小和方向。当动水压力方向向上且足够大时，土颗粒发生流动，成为流砂，而动水压力方向向下时，又可将流砂转化成稳定土。防治流砂的基本原则“治流砂必先治水”。,第一章 土方工程,18,流砂的防治 防治流砂的主要途径有：减少或平衡动水压力；设法使动水压力方向向下；截断地下水流。,第一章 土方工程,19,流砂的防治具体措施：1枯水期施工法 枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。2抢挖并抛大石块法 分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。,第一章 土方工程,20,3设止水帷幕法 将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，使土的渗流路径延长、减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。4人工降低地下水位法 即采用井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射井点等），使动水压力的方向向下，从而能有效地防止和根治流砂。因此，此法应用广泛且较为可靠。,第一章 土方工程,21,3.井点降水种类 井点降水原理 井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井）。在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下（图1-31）。,图1-31 轻型井点法降低 地下水位全貌图,1自然地面;2 水泵;3 总管;4 井点管;5 滤管;6 降水后水位;7 原地下水水位;8 基坑地面.,第一章 土方工程,22,第一章 土方工程,23,3.井点降水的类型 井点有两大类：轻型井点和管井类。一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素确定，可参照表1-12选择。,第一章 土方工程,24,各种井点的适用范围 表1-12,第一章 土方工程,m/d=1.16E-3cm/s,25,4.一般轻型井点(1)一般轻型井点 轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成（图1-31）,图1-31 轻型井点法降低地下水位全貌图,1自然地面;2 水泵;3 总管;4 井点管;5 滤管;6 降水后水位;7 原地下水水位;8 基坑地面.,第一章 土方工程,26,第一章 土方工程,27,管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管。,第一章 土方工程,28,滤管（图1-32）钢管 长度1.01.5m、直径38mm或51mm；滤孔管壁钻孔1219mm；滤网骨架管外面包以两层孔径不 同的生丝布或塑料布。塑料管或铅丝在骨架管与滤网之 间放置，使流水畅通；粗铁丝保护网 滤网外面；铸铁塞滤管下端设置；与井点管连接滤管上端。,1 钢管；2 管壁上的小孔；3 缠绕的塑料管；4 细滤网；5 粗滤网；6 粗铁丝保护网；7 井点管；8 铸铁头图1-32 滤管构造,第一章 土方工程,29,井点管直径38mm 和51mm、长57m的钢管。井点管 的上端用弯联管与总管相连。集水总管直径100127mm的无缝钢管，每段长4m，其 上端有井点管联结的短接头，间距0.8m或 1.2m。,第一章 土方工程,30,抽水设备 由真空泵、离心泵和水气分离器（又叫集水 箱）等组成。一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）为100120m。,第一章 土方工程,31,（2）轻型井点的布置与计算 a.平面布置,a）单排布置；b）双排布置；c）环形布置；d）U形布置图1-34 轻型井点平面布置,第一章 土方工程,32,（2）轻型井点的布置与计算 a平面布置 单排布置适用基坑、槽宽度小于6m，且降水深度 不超过5m的情况。双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良的情况。环形及U形布置 适用于大面积基坑，如采用U形布置，则井点管不封闭的 一段应在地下水下 游方向。,第一章 土方工程,33,b.高程布置 高程布置系确定井点管埋深，即滤管上口至总管埋设面的距离，可按式1-39计算（图1-35）。,a)单排井点；b)双排、U形或环形布置图1-35 高程布置计算,（1-39）,第一章 土方工程,34,式中 h 井点管埋深（m）；h1 总管埋设面至基底的距离（m）；h 基底至降低后的地下水位的距离（m）；i 水力坡度；L 井点管至水井中心的水平距离，当井点管为 单排布置时，L为井点管至对边坡角的水平 距离（m）。,第一章 土方工程,35,c.总管及井点管数量的计算（a）涌水量计算 水井分类 井点管系统的涌水量根据水井理论进行计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。各类井的涌水量计算方法都不同。,第一章 土方工程,36,图1-36 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,第一章 土方工程,无压井水井布置在具有潜水自由面的含水层中（即地下水面为自由面）；承压井当水井布置在承压含水层中。完整井当水井底部达到不透水层；非完整井当水井底部未达到不透水层。,37,图1-37 无压完整井水位降落曲线和流线网,1流线；2过水断面,H 含水层厚度（m）；S 水井处水位降落高度（m）；R 水井（单井）的半径（m）。,第一章 土方工程,无压完整井涌水量计算 单井,38,无压完整井涌水量计算 单井 或（m3/d）（1-46）式中 K土的渗透系数（m/d）；H含水层厚度（m）；S水井处水位降落高度（m）；r 水井（单井）的半径（m）。,第一章 土方工程,39,无压完整井涌水量计算 无压完整井涌水量（单井）的推导,第一章 土方工程,40,在井点系统中，各井点管是布置在基坑周围，许多井点同时抽水，即群井共同工作。群井的计算，可把由各井点管组成的群井系统，视为一口大的单井，得到群井的涌水量计算公式。,第一章 土方工程,41,群井的涌水量计算公式（1-48）或（m3/d）（1-48）式中 S 井点管处水位降落高度（m）；x0 井点管围成的水井的半径（m）；其他符号意义同前。,第一章 土方工程,42,（3）无压非完整井涌水量计算在实际工程中往往会遇到无压完整井的井点系统，这时地下水不仅从井的面流入，还从井底渗入。因此 涌水量要比完整井大。为了简化计算，仍可采用公式（1-48）。此时式中 H 换成有效含水深度H0，即 或（m3/d）（1-49）,第一章 土方工程,43,（3）无压非完整井涌水量计算或 H0 可查表1-13。当算得的 H0 大于实际含水层的厚度 H 时，取H0=H。,第一章 土方工程,表中，S 为井点管内水位降落值（m）；l 为滤管长度（m）。,44,有效含水深度H0的意义是，抽水是在H0范围内受到抽水影响，而假定在H0以下的水不受抽水影响，因而也可将H0视为抽水影响深度。,第一章 土方工程,H0 抽水影响深度,45,假想半径x0的确定 由于基坑大多不是圆形，因而不能直接得到 x0。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，并用面积相等原则确定，此时将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径：,式中 x0 环形井点系统的假想半径（m）；F 环形井点所包围的面积（m2）。,（1-49）,x0、R、K的确定：,第一章 土方工程,46,抽水影响半径R的确定 R 与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关可近似地按式（1-50）计算：（m）式中 S，H 的单位为m；K 的单位为m/d。渗透系数 K 值对计算结果影响较大。,（1-50）,第一章 土方工程,47,渗透系数K 值的确定 可用现场抽水试验或实验室测定。对重大工程，宜采用现场抽水试验确定。,第一章 土方工程,48,（4）井点管数量计算 井点管最少数量由下式确定：,（根）,式中 q 为单根井管的最大出水量，由下式确定：,(m3/d),（1-52）,d 为滤管直径（m）；其它符号同前。,第一章 土方工程,49,井点管最大间距D：,（1-53）,式中 L总管长度（m）；n井点管最少根数。实际采用的井点管间距 D 应当与总管上接头尺寸相适应。即尽可能采用0.8、1.2、1.6或2.0m 且 D n，一般 n应当超过 1.1n，以防井点管堵塞等影响抽水效果。,（m）,第一章 土方工程,50,（3）轻型井点施工 轻型井点施工步骤为：准备工作 埋设井点 连接与试抽 井点运转与监测 井点拆除,第一章 土方工程,51,（4）井点降水对周围环境的影响a井点降水的不利影响 井点管埋设完成开始抽水时，井内水位开始下降，一般情况下，经过一段时间之后，在井点周围形成漏斗状的弯曲水面，即所谓“降水漏斗”，以后逐渐趋于稳定。降水漏斗范围内的地下水位下降以后，会造成土体固结沉降，由于漏斗形的降水面不是平面，因而所产生的沉降也是不均匀的。在实际工程中，还可能把土层中的一些土颗粒连同地下水抽出，这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧，造成附近建筑物及地下管线的不同程度的损坏。,第一章 土方工程,52,b防范井点降水影响的措施 通常采用的技术措施有：（1）采用合理的井点降水布置，避免过度降水；（2）在周边环境保护有严格要求的地区，尽可能采取设置止水帷幕的方法，切断地下水的渗流，必要时可进行坑内降水，减少降水影响范围（3）降水场地外缘设置回灌水系统。,第一章 土方工程,
