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1、地 下 工 程 设 计 原 理,第02章 大开挖基坑工程,主讲教师 ：胡敏云,第二章 大开挖基坑工程,大开挖基坑工程是指不采用支撑而采用直立或放坡施工进行开挖的基坑工程；由于其费用低，工期短，是首先要考虑的开挖方式。 本节主要讲授无支护开挖的边坡设计方法及地下水的处理方法，包括排水和降水。 主要内容： 竖直开挖 放坡开挖 防滑措施 地下水处理,一、竖直开挖,竖直开挖时坑壁自然稳定的最大临界深度： 设计要求：,ks：1.21.5,适用于开挖深度不大、无地下水、基坑土质条件较好的场地。 当基坑附近有超载时，应重新验算； 不适用于当坑壁因吸水或失水等原因，一旦形成裂缝时；对黄土及具有裂隙的胀缩性土。
2、,无地下水时直立开槽的允许高度（表2-1） 经验法,二、放坡开挖,放坡开挖往往受场地周边条件限制，但经济、快捷。 地下水的处理以边坡安全为目的，兼顾附近建筑设施的要求 。,一般放坡开挖 适用于地下水在开挖深度以下,明沟排水放坡开挖 适用于地下水为潜水型、涌水量较小、坑壁土及坑底土不会产生流砂、管涌、基坑突涌的场地条件。,井点降水放坡开挖 地下水埋深较浅、基坑开挖较深可能产生流砂、管涌、基坑突涌等不良现象时，可采用井点降水放坡开挖。,坡度设计con,（1）查表法表 （2） Taylor法图 （3）条分法图,（1）查表法exit,当开挖深度不大，基坑周边无较大荷载时，可应用查表法； 对砂质土坡，根
3、据自然休止角确定； 对黄土和胀缩性裂隙土应另行计算确定。 边坡系数n值随土性由硬软而增加；随开挖深度增加而增加。,（2）Taylor法exit,边坡的临界高度：,应用 已知土的性质：c， 边坡的角度： 已知土的性质：c， 边坡高度：H,查图Ns,Hc（设计坡高）,查图Ns, （设计坡角）,（3）条分法采用陈惠发（美，肯塔基州大学，1980） exit,k1.11.5,三、 基坑边坡失稳的防止措施,（1）边坡修坡图2-3 （2）设置边坡护面图24 （3）边坡坡脚抗滑加固图25 (设置抗滑桩，旋喷桩，分层注浆法，深层搅拌桩)。con,边坡修坡减小下滑力,（a）坡顶卸土； （b）坡度减小； (c)
4、台阶放坡exit,边坡护面减弱雨水等的侵蚀和浸入exit,边坡固脚增加抗滑力,基坑边坡坡脚抗滑加固 exit,四、地下水的处理,1. 地下水流的基本性质 渗流定律： 渗透力J (kN/m3) :,i=（H1-H2）/L,土的渗透系数，单位m/d，m/s，cm/s,渗透力是一种体积力，单位是kN/m3； 渗透力的大小与水力坡降成正比； 渗透力的方向与水流的方向一致，因此受土层透水条件的影响。 渗透压力（动水压力）是垂直水流方向单位面积土体上受到的正压力。,水流的速度越快，渗透力越大吗？ 为什么工程上会出现流砂和管涌？,地下水的处理方法,降水,集水井降水,井点降水,轻型井点,喷射井点,电渗井点,管
5、井井点,深井泵,止水,密排桩,板桩,地下连续墙,+ 坑内降水,特点：明排水法构造简单（其由集水井、排水沟和水泵组成），施工成本低，应尽可能采用。 优点：方法简单、经济，对周围影响小，应用较广。 缺点：当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉砂，有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能。,集水井法 明排水法,适用于： 土质较好、水量不大、基坑可扩大者； 施工方法： 挖至地下水位时，挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井。,要求：（1）排水沟：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。（2）集水井：沿基坑底边角设置，间距2040m，直径0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁
6、和碎石压底。（3）水泵：离心泵、潜水泵、污水泵,普通明沟排水法,分层明沟排水法,离心泵工作简图,（1）特点 降水效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工； 可能引起周围地面和建筑物沉降，注意监测并采取措施加以保护。 （2）井点类型及适用范围,井点降水法,轻型井点降水,轻型井点系统由井点管、连接管、集水总管及抽水设备等组成； 土的渗透系数k5m/d，水量适中时较适用。,喷射井点,喷射井点系统由喷射井点、高压水泵和管路系统组成，以压力水为工作源。 当土的渗透系数较大（如0.1m/d k5m/d时）且降水深度比较深时（如8m以上），可用喷射井点；,1-排水总管；2-黏土封口；3-填砂；4-
7、喷射器；5-给水总管；6-井点管；7-地下水；8-过滤器；9-水箱；10-溢流管；11-调压管；12-水泵,管井井点,管井井点就是沿开挖的基坑，每隔2050m设置一个管井，每个管井单独用一台水泵抽水， 适用于k=20200m/d，即地下水量大的土层中，此法可降低地下水位510m。,钢管深管井井点,井孔,粘土封口,50出水管,电缆,砾石滤水层,375钢井管,潜水电泵,滤水管,滤网,导向段,开孔底板,中粗砂,75总管,钢板井盖,50出水管,无砂混凝土管深管井井点,井孔,潜水电泵,砾石滤水层,沉砂管,无砂混凝土滤水管,沉砂管,粘土封口,电渗井点,当k0.1m/d时，因土的渗透性很差，可在轻型井点管的
8、内圈增设由钢管或钢筋做成的电极，通以直流电，促使地下水加速向井点渗透，这种方法称为电渗井点法。,井点降水方法的选择,井点降水方法优先用参考表,降水中应注意的问题,为了保护周围建筑物和管线，可以采用回灌的方法。回灌井点方法可以使地表沉陷减少2/3； 除了降水方法以外，采用特定的支护结构，既挡土，又止水，形成防水帷幕为较好选择，但造价较高； 防水帷幕常用钻孔压浆成桩法、地下连续墙、板桩、深层搅拌桩墙。,在城市中，由于深基坑降水，总会引起地面沉陷，影响邻近建筑物和管线。,降水井布设比较,大开挖基坑工程 本章小结,当基坑坑壁土质良好、地下水埋藏较深且开挖深度不大时，可采用竖直开挖；开挖深度一般不超过2
9、m；请注意有无超载、特殊土和开裂的情况； 当周边条件无限制时，对较深的基坑可进行放坡开挖，从边坡稳定性的角度考虑，开挖的边坡设计是重要内容；常用的边坡稳定分析方法为查表法、Taylor法和条分法； 防滑措施：为了加固边坡，常用的工程措施包括：修肩、固脚、加固边坡。 地下水处理可采用降水和止水的方法，降水的方法包括集水井降水和井点降水。降水的目的一是为了基坑坑壁安全，而是为了施工的可行和方便。 复习思考题 竖直和放坡开挖设计有哪些方法？如何设计无支护边坡？ 防止基坑边坡失稳有哪些措施？ 地下水的处理方法有哪些？ 降水有哪些方法，各适用于何种条件？什么是回灌？有什么作用？,作业： ：题 查阅资料：
10、 如何进行井点降水？,1降水原理 2井点设备 井管：38、51，长57m（常用6m），无缝钢管，丝扣连滤管； 滤管：38、51，长11.7m，开孔12,开孔率2025，包滤网； 总管：内75100无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口； 连接管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门； 抽水设备：真空泵、射流泵、隔膜泵,附：轻型井点降水,滤管构造,抽水设备,（1）平面布置 单排：在沟槽上游一侧布置，每侧超出沟槽B。 用于沟槽宽度B6m，降水深度5m。 双排：在沟槽两侧布置，每侧超出沟槽B。 用于沟槽宽度B6m，或土质不良。 环状：在坑槽四周布置、用于面积较大的基坑。 （）使用要求
11、： 开挖前25天开泵降水； 连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。,3井点布置,井点系统布置应根据水文地质资料、工程要求和设备条件等确定。 一般要求掌握的水文地质资料有：地下水含水层厚度、承压或非承压水及地下水变化情况、土质、土的渗透系数、不透水层的位置等。 要求了解的工程性质主要有：基坑（槽）形状、大小及深度，此外尚应了解设备条件，如井管长度、泵的抽吸能力等。,单排井点平面及高程布置,环状井点平面及高程布置,1)、准备工作 包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备，开挖排水沟，观测附近建筑物标高以及实施防止附近建筑物沉降的措施等。 2)、埋设井点的程序 排放总管埋设井点管用弯联
12、管将井点与总管接通安装抽水设备。 3)、连接与试抽 井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，以检查有无漏气现象。开始抽水后不要停抽。时抽时停，滤网易堵塞，也容易抽出土粒，使水混浊，并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂。 4)、井点拆除 地下室或地下结构物竣工后并将基坑进行回填土后，方可拆除井点系统，拔出井点管多借助于倒链、起重机等。所留孔洞用砂或土填塞，对地基有防渗要求时，地面下2m可用粘土填塞密实。另外，井点的拔除应在基础及已施工部分的自重大于浮力的情况下进行，且底板混凝土必须要有一定的强度，防止因水浮力引起地下结构浮动或破坏底板。,.井点降水操作方法,水冲法：水枪、井管自身（高压水） 钻孔法：正循环钻、反循环钻、冲击钻 振动水冲法：,抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常，以及检查观测井中水位下降情况，如果有较多井点管发生堵塞，影响降水效果时，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋。 正常的排水是细水长流，出水澄清。,
