学习单元7施工排水 降水 7 1明排水法 7 2施工降水 7 3流砂的防治 学习情境一土方工程施工 学习情境一土方工程施工 教学要求 1 了解施工排水 施工降水的方法 2 能合理选择施工排 降水的方法 编制施工排水 施工降水方案 教学重点 施工排水 施工降水的方法 教学难点 轻型井点降水的设计 学习单元7施工排水 降水 基坑底面积为22 34m 基坑深4 8m 地下水位在地面下1 2m 天然地面以下1 0m为杂填土 不透水层在地面下11m 中间均为细砂土 地下水为无压水 渗透系数k 15m d 四边放坡 基坑边坡坡度为1 0 5 现有井点管长6m 直径38mm 滤管长1 2m 准备采用环形轻型井点降低地下水位 以小组为单位制定本工程轻型井点降水施工方案 布置实训任务 学习单元7施工排水 降水 水淹基坑损失惨重工期延误 开挖基坑或基槽时 土的含水层被切断 地下水会不断渗入基坑 雨季施工时 地面水也会流入基坑 为保证施工的正常进行 防止边坡塌方和地基承载力下降 在基坑开挖前和开挖时 要做好排水降水工作 资讯 学习单元7施工排水 降水 施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种 集水井排水 截水沟 井点降水 7 1明排水法 疏 在施工范围内设置纵横排水沟 疏通 排干场内地表积水 抽 在低洼地段设置集水 排水设施 然后用抽水机抽走 学习单元7施工排水 降水 截 在现场周围设临时或永久性排水沟 防洪沟或挡水堤 以拦截雨水 潜水流入施工区域 7 1 1明沟与集水井排水 在基坑的一侧或四周 基坑边线0 4米之外 地下水走向的上游 设置排水明沟 底宽 300mm 沟底低于坑底500mm 坡度1 在四角或每隔20 30m设一集水井 排水沟始终比开挖面低0 4 0 5m 集水井比排水沟低0 5 1m 在集水井内设水泵将水抽排出基坑 适用于土质情况较好 地下水量不大的基坑排水 7 1明排水法 普通明沟与集水井排水法 7 1 2分层明沟排水 当基坑开挖土层由多种土层组成 中部夹有透水性强的砂类土时 为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡 宜在基坑边坡上分层设置明沟及相应的集水井 适用于深度较大 地下水位较高 上部有透水性强的土层的基坑排水 7 1明排水法 点击动画明沟与集水井排水 分层明沟排水法 7 1 3深层明沟排水 当地下基坑相连 土层渗水量和排水面积大 为减少大量设置排水沟的复杂性 可在基坑内的深基础或合适部位设置一条纵 长 深的主沟 其余部位设置边沟或支沟与主沟连通 通过基础部位用碎石或砂子作盲沟 适用于深度大的大面积地下室 箱基的基坑施工排水 深层明沟排水法 7 1明排水法 7 2施工降水 在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时 明沟排水法难以排干大量的地下涌水 当遇粉细砂层时 还会出现严重的翻浆 冒泥 涌砂现象 不仅基坑无法挖深 还可能造成大量的水土流失 边坡失稳 地面塌陷 严重者危及邻近建筑物的安全 基坑底低于地下水位时基底会不停的渗水 人工降水方法主要有 轻型井点 喷射井点 电渗井点 管井井点 统称井点降水 遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工 学习单元7施工排水 降水 7 2 1井点降水的作用 防止地下水涌入坑内 防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方 使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力 因此防止了坑底的管涌 7 2施工降水 降水后 使板桩减少了横向荷载 消除了地下水的渗流 也就防止了流砂现象 降低地下水位后 还能使土壤固结 增加地基土的承载能力 7 2施工降水 7 2 2井点降水的种类 轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内 利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出 将地下水位降至基坑底以下 直至土方和基础工程施工结束为止 轻型井点 适用于渗透系数为0 1 50m d的土层中 降水深度为 单级井点3 6m 多级井点6 12m 点击动画轻型井点降水 7 2施工降水 喷射井点 是在井点管内设特制的喷射器 用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩空气 形成水气射流 将地下水抽出排走 其降水深度可达8 20m 适用于开挖深度较深 降水深度大于8m 土渗透系数为3 50m d的砂土或渗透系数为0 1 3m d的粉砂 淤泥质土 粉质粘土 7 2施工降水 电渗井点 电渗井点以井点管作负极 打入的钢筋作正极 通入直流电后 土颗粒自负极向正极移动 水则自正极向负极移动而被集中排出 本法常与轻型井点或喷射井点结合使用 适用于渗透系数很小的饱和粘性土 淤泥或淤泥质土中的施工降水 7 2施工降水 管井井点 管井井点由滤水井管 吸水管和抽水机组成 管井埋设的深度和距离根据需降水面积 深度及渗透系数确定 一般间距10 50m 最大埋深可达10m 管井距基坑边缘距离不小于1 5m 冲击钻成孔 或3m 钻孔法成孔 适用于降水深度3 5m 渗透系数为20 200m d的基坑中施工降水 管井井点设备简单 排水量大 易于维护 经济实用 管井填充滤料管井抽排水PVC简易管井 7 2施工降水 如需降水深度较大 可采用深井井点 适用于降水深度 15m 渗透系数为10 250m d的基坑 故称为 深井泵法 管井井点降水 点击动画管井井点降水 7 2施工降水 轻型井点的设备 由管路系统 滤管 井点管 弯联管及总管 和抽水设备 真空泵 离心泵和水气分离器 组成 轻型井点工作原理及滤管构造见图 轻型井点设备工作原理 点击井点降水动画 滤管构造 井点管 7 2 3轻型井点降水 7 2施工降水 轻型井点的平面布置 单排布置 当基坑 槽 宽度 6m 降水深度 5m时可采用单排布置 井点管应布置在地下水的上游一侧 两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度B 双排布置 当基坑 槽 宽度 6m时应采用 7 2施工降水 环型或U型布置 当基坑面积较大时 应采用环型布置 考虑施工机械进出基坑时宜采用U型布置 采用双排 环型或U型布置时 位于地下水上游一排的井点间距应小些 下游井点的间距可大些 如采用U形布置 则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向 基础施工至地下水位以上施工降水方可停止 7 2施工降水 轻型井点的高程布置 轻型井点降水深度一般 6m 井点管埋置深度H 不包括滤管 可按下式计算 如H值小于降水深度6m时 则可用一级井点 当H值稍大于6m时 如降低井点管的埋置面可满足降水深度要求时 仍可用一级井点降水 一级轻型井点高程布置轻型井点的高程布置 7 2施工降水 在确定井点管埋置深度时 还应考虑井点管露出地面0 2 0 3m 滤管必须埋在透水层内 当一级井点达不到降水深度要求时 则可采用二级井点 基坑二级轻型井点降水地下室三级井点降水 二级轻型井点降水 7 2施工降水 轻型井点的设计及计算 井点系统的设计应掌握施工现场地形图 水文地质勘察资料 基坑的施工图设计等资料 设计内容除进行井点系统的平面布置和高程布置外 尚应进行涌水量的计算 确定井管数量及井距 选择抽水设备等工作 轻型井点的埋设程序 排放总管 埋设井点管 用弯联管将井点与总管接通 安装抽水设备 排放总管埋设井点管接通弯联管 7 2施工降水 防范井点降水不利影响的措施 井点降水必然会形成降水漏斗 从而导致周围土壤固结并引起地面沉陷 为减少井点降水对周围建筑物及地下管线造成影响 可在井点线外4 5m处设置回灌井点 将井点中抽出水经沉淀后用压力注入回灌井中 形成一道水墙 设置挡土帷幕也可减少井点降水引起的不利影响 回灌井点水位图 回灌井点布置 设置挡土帷幕减少不利影响 7 2施工降水 防范井点降水不利影响的措施 井点降水必然会形成降水漏斗 从而导致周围土壤固结并引起地面沉陷 为减少井点降水对周围建筑物及地下管线造成影响 可在井点线外4 5m处设置回灌井点 将井点中抽出水经沉淀后用压力注入回灌井中 形成一道水墙 设置挡土帷幕也可减少井点降水引起的不利影响 回灌井点水位图 回灌井点布置 设置挡土帷幕减少不利影响 7 2施工降水 7 3流砂的防治 在细砂或粉砂土层的基坑开挖时 地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定 随着地下水涌入基坑 称为流砂现象 流砂发生后 土完全丧失承载力 土体边挖边冒 施工条件极端恶化 基坑难以达到设计深度 严重时会引起基坑边坡塌方 临近建筑物出现下沉 倾斜甚至倒塌 7 3 1流砂现象 广佛地铁桂城站基坑出现流砂 地面下沉约1 5m图为砂包封堵抢险现场 学习单元7施工排 降水 7 3 2产生流砂的原因 流砂发生基坑满目狼籍流砂支挡强行施工 取决于土的性质 当土的孔隙比大 含水量大 粘粒含量少 粉粒多 渗透系数小 排水性能差等均容易产生流砂现象 流砂现象极易发生在细砂 粉砂和亚粘土中 但是否发生流砂现象 还取决于一定的外因条件 内因 7 3流砂的防治 外因 式中 I 水力坡度 I h1 h2 L h1 h2 水位差 W 水的重度 是地下水在土中渗流所产生的动水压力GD的大小 为 当地下水位较高 基坑内排水所形成的水位差较大时 动水压力也愈大 当GD 土的浮重 时就会推动土壤失去稳定 形成流砂现象 上海地铁4号线流砂事故2003年7月1日 造价过亿的泵站已倾斜 下沉 泡在水里 武警在沉陷和开裂的黄浦江防汛墙段抢险 7 3流砂的防治 7 3 3流砂的防治 防治原则 防治方法 枯水期施工法 治流砂必先治水 流砂防治的主要途径一是减小或平衡动水压力 二是截住地下水流 三是改变动水压力的方向 枯水期地下水位低 基坑内外水位差小 动水压力也小 在流砂地区的深基坑运用枯水期施工法可避免或降低流砂的危害 流砂地区深基坑在枯水期抢挖施工 7 3流砂的防治 打板桩 水中挖土 将板桩沿基坑打入不透水层或打入坑底面一定深度 可以截住水流或增加渗流长度 改变动水压力方向 从而达到减小动水压力的目的 即不排水施工 使坑内外的水压相平衡 不致形成动水压力 如沉井施工不排水下沉 进行水中挖土 水下浇筑砼 深基坑打板桩防止流砂产生 水中挖土 7 3流砂的防治 即采用井点降水法截住水流 不让地下水流入基坑 不仅可防治流砂和土壁塌方 还可改善施工条件 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 人工降低地下水位法 抢挖并抛大石块法 此外 采用地下连续墙法 止水帷幕法 压密注浆法 土壤冻结法等 都可以阻止地下水流入基坑 防止流砂发生 深基坑采用井点降水防止流砂发生 7 3流砂的防治 实训 学习单元7施工排 降水 根据实训项目2 轻型井点降水施工方案实训任务与指导书 完成实训任务 实训评价 小结 学习单元7施工排 降水