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1、项目四 基坑施工的排水与降水【职业能力目标】当基础深度在天然地下水位以下时，在基础施工中常常会遇到地下水的处理 问题。通常，基坑开挖要具备以下的必要条件:首先保持基坑干燥状态，创造有 利于施工的环境；其次是确保边坡稳定，做到安全施工，如果忽视这些必要条件， 其后果是严重的。有的基坑积水或土质稀软，工人难以立足 ,无法施工；有的出 现“流砂现象”导致边坡塌方，地质破坏;有的内部基坑土体发生较大的位移,影 响邻近建筑物的安全。工程实践表明，绝大部分基坑事故都与地下水有关，因此， 在基坑工程施工中必须对地下水进行有效治理。通过本项目的学习，熟悉动水压力的概念，掌握流砂产生的现象、原因、危 害及防治措
2、施；了解人工降水的常见方法；了解熟悉地面排水的要求和施工方法; 熟悉井点降水的原理、方法和施工程序；掌握集水井降水的要求和施工方法；掌 握轻型井点降水的设计步骤和方法 ;了解轻型井点降水的施工要求 ;了解喷射井 点、深井井点、电渗井点、管井井的的降水原理和适用范围。 【关键词】（中英文）基坑 foundation ditch ； 地面排水 surface drainage 集水井 catchment well; 井点降水 well-point dewatering 明沟排水 gutter drainage任务一 地面排水一、概述施工排水包括排除地下自由水、地表水和雨水.在开挖基坑或沟槽时，土
3、壤的含水层常被切断，地下水将会不断地涌人坑内。雨季施工时,地面水也会流 入基坑内。为了保证施工的正常进行，防止边坡坍塌和地基承载力下降,必须 做好基坑降水工作。地下含水层内的水分有水气、结合水和自由水三种状态结合水没有出水 性。自由水又分为潜水和承压水两种，如图21所示.图2-1含水层的构造潜水是存在于地表以下、第一个稳定隔水层顶板以上的地下自由水，有一个 自由水面，其水面受当地地质、气候及环境的影响。雨季水位髙冬季水位下降, 附近有河、湖等地表水存在时也会互相补给。承压水亦称层间水，是埋藏于两个 隔水层之间的地下自由水。承压水有稳定的隔水层顶板，水体承受压力，没有自 由水面。承压水一般不是当
4、地补给的，其水位、水量受当地气候的影响较潜水为 小.二、基坑施工时的地面排水为保证施工顺进行，对施工现场的排水系统，应有一个总体规划，做到场地 排水畅通，特别是雨期施工，应将地面水尽快排走，以保证场地土体干燥。地面 水的排除可采取设置排水沟、截水沟或修筑土堤等设施来进行。在施工区域，考 虑临时排水系统时，应注意与原排水系统相结合。原排水系统指原自然排水系统 和已有的排水设施，临时排水设施应尽量与永久性排水设施相结合。排水沟的设置应尽量利用自然地形，以便将水直接排至场外，或流入排水坑 内，再用水泵抽走主要排水沟最好设置在施工区域的边缘或道路的两旁，其断面 大小由施工期内最大流量确定.一般横断面不
5、小于0。5X0.5m,纵向坡度一般不小在山坡地形施工时，应在较高一面的坡上，先作好永久性（或临时）截水沟, 阻止山坡水流入施工现场。在平坦地区施工时，除开挖排水沟外，必要时还应修筑土堤，以阻止场外水流入施工场地。出水口应设置在原有的排水系统进水口处, 或远离建筑物或构筑物的低洼地点，并应保证排水畅通。任务二集水井降水地下水的处理有多种可行的方法，从降水方式来说可总分为止水法和排水法 两大类止水阻挡法，即通过有效手段，在基坑周围形成止水帷幕，将地下水止 于基坑之外，如沉井法、灌浆法、地下连续墙等；排水法是将基坑范围内地表水 与地下水排除，如集水井降水、井点降水等。止水法相对来说成本较高，施工难度
6、较大；排水法施工简便、操作技术易于 掌握，是一种行之有效的现代化施工方法，已广泛应用。这里重点介绍集水井降 水法。1、集水井降水这种方法是在基坑（槽）开挖过程中，当基底挖至地下水位以下时，沿基坑 四周挖一定坡度的排水沟，设集水井，使地下水沿沟流入井内，然后用水泵抽走。抽水工作应持续到基础工程施工完毕进行回填土后才能停止（图16）.16集水井排水1排水沟；2集水井；3水泵集水井应该设置在基坑范围以外， 地下水流的上游.根据地下水量、基坑 平面形状及水泵的性能，集水井每隔 20m40m设置一个，集水井的宽度 一般为0.60.8m，深度保持低于挖 土面0.81。0m，挖至设计标高后, 井底应低于坑底
7、12m，并铺设碎石 滤水层，以免在抽水时，将泥砂抽出，并防止井底土被扰动。排水沟一般设置在 基坑周围或基槽的一侧或两侧.水沟截面应考虑基坑排水及邻近建筑物的影响， 一般排水沟深度为0.50.8m，最小0。4 m，宽度等于或大于0。4 m，水沟的边坡 为1:11： 0.5，排水沟应有2%o5%o的最小纵向坡度，使水流不致阻滞而淤塞。排水沟和集水井应随挖土加深而加深，以保持水流畅通。集水井降水设备简 单，使用广泛。但当地下水位较高涌水量较大或土质为细砂或粉砂，易产生流砂, 边坡塌方及管涌等现象,影响正常施工，甚至会引起附近建筑下沉，此时应采用人工降低地下水位。2、流砂现象当基底挖至地下水位以下时，
8、有时坑底土会成流动状态，随地下水涌入基 坑，这种现象称为流砂现象。发生流砂现象时 ,土完全丧失承载力，工人难以立 足，土边挖边冒，难以达到设计深度，流砂严重时会引起基坑边坡塌方，附近建 筑物因地基被掏空而下沉、倾斜，甚至倒塌.因此，流砂现象如果不能控制将对 土方施工和附近建筑物产生很大的危害。流砂现象产生的原因是动水压力大于等于土的浸水溶重。此时土粒失去自 重，悬浮于水中，并随地下水一起流动。动水压力指的是流动中水对土产生的作 用力，这个力的大小与水位差成正比，与水流的路径成反比，与水流的方向相同。 因此，防治流砂现象的主要途径是改变动水压力的方向和减小动水压力，其具体 措施主要有:选择在全年
9、最低水位季节施工。因为地下水位低，坑里坑外水位差小，所以 动水压力减小,也就不易产生流砂现象，至少可以减轻流砂现象。抛大石块往坑底抛大石块，可增加土体的压重，减小或平衡动水压力。采 用此法时应组织土方的抢挖，使挖土速度大于冒砂速度，挖至标高后应立即铺草袋 等并抛大石块把砂压住。此法主要用于解于局部或轻微的流砂现象比较有效。如 果坑底冒砂快，土已丧失承载力，则抛入坑内的石块就会沉入土中，无法阻止流 砂现象.打钢板桩。沿基坑外侧打入超过基底以下深度的钢板桩，可以增加水流的 路径，减小动水压力，同时可以改变水流的方向，使之向下从而达到防治流砂的 目的。但施工成本较高.采用化学压力注浆或高压水泥注浆，
10、固结基坑周围粉砂使之形成防渗帷 幕。人工降低底下水位。使地下水位降低至基坑底下0。5m以下，使地下水流 方向朝下，增大土粒间的压力，因而也就可以有效地制服了流砂现象。此法运用 广泛。任务三 井点降水人工降水法（井点降水法），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）,利用抽水设备连续不断地抽水,使地下水位降至基底以下，直 至基础施工完毕为止。因此，在基坑土方开挖过程中保持干燥 ,从而根本上消除 了流砂现象,稳定了边坡，改善了工作条件。由于基坑内土方干燥,有利机械化施 工，缩短工期,保证工程质量与安全.同时，由于土层水分排除后，还能使土密实， 增加地基土地承载能力。在基坑开挖时
11、,土方边坡也可陡些，从而减少了挖方量 目前国内常用的井点降水法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井 点及深井井点等。施工时可根据土层的渗透性，要求降低水位的深度、设备条件 及经济比较等因素确定，可参照表 14.必要时应组织专家论证其可行性。各种井点的适用范围表 14土的渗透系数井点类别(m/d)降水深度（m）一级轻型井点0。 15036视井点级数视多级轻型井点0。 150而定轻型井点喷射井点0。 150820视选用的井点电渗井点0。1而定管井井点2020035管井点深井井点1025015井点降水法具有下列优点：施工简便,操作技术易于掌握；适应性强，可用于不同几何图形的基坑;降水后土壤干燥，
12、便于机械化施工和后续工作工序的操作；井点作用下土层固结，土层强度增加，边坡稳定性提高；地下水通过滤水管 抽走，防止了流砂的危害；节省支撑材料，减少土方工程量等。井点降水法已成 为目前在含水透水位土层实施的一种行之有效的方法。一、轻型井点降水实际工程中，一般轻型井点应用广泛,下面介绍这类井点。1）轻型井点的主要设备V轻型井点的设备包括管路系统和抽水设备两部分（图17）。1 地面；2 水泵房;3 总管；4 弯联管;5 井点管；6 滤管；7 原地下水位;8 降水后水位;9 基坑地面图17轻型井点法降低地下水位全貌图管路系统包括:滤管、井点管、弯联管及总管等。滤管（图18）为进水口，采用长度1。01.
13、5m,直径3855的无缝钢管, 管壁钻有直径1218梅花型的滤孔。管壁外包两层滤网，内层为细滤网，采用3050孔/cm2黄铜丝布或生丝布，外层为粗滤网，采用810孑L/cm2的铁丝丝布或尼龙布.为 使水流畅通，在管壁与滤网间用铁丝或塑料管隔开，滤网外面再绑一层粗铁丝保 护网，滤管下端为一铸铁塞头，滤管上端与井点管连接。井点管为3851，长57m的钢管。井点管上端通过弯联管与总管连接。集 水总管为100127的钢管，每段长4m，其上装有间距0。8m或1。2m的短 接头，并用皮管或塑料管与井点管连接.抽水设备是由真空泵、离心泵和集水箱（又叫水气分离器）等组成，其工作 原理如图 1-9所示.工作时先
14、开动真空泵.集水箱内部形成一定程度的真空,使地下 水及空气受真空吸力的作用沿总管进入集水箱。当集水箱内的水达到一定高度 时，开动离心水泵将集水箱内水排出。呂-nL6呂一n图19轻型井点抽水设备工作原理图1滤管；2井点管；3-弯联管；4总管;5集水箱；6真空泵；7离心水泵图1-8滤管构造1钢管；2管壁上的小孔；3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2）轻型井点的布置，根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度与要求及设备条件等确定。平面布置 包括确定井点布置形式、总管的长度、井点管数量、水泵数量及位置等。根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用单排布置、双排布置及
15、环状布置 （图1-10）单排布置适用于基坑（槽）宽度小于6m,且降水深度不超过5m的情况.井 点布置在地下水流向的上游一侧，其两端的延伸长度一般不宜小于坑（槽）的宽 度（图 1-10a）双排布置适用于基坑（槽）大于6m或土质不良的情况。 环状布置适用于基坑面积较大的情况。井点管距离基坑壁一般不小于0.71。0m,以防局部发生漏汽。井点管的间距 应根据土质、降水深度、工程性质等确定，通常为0.8m、1。2m、1.6m或2.0m。a）单排布置;b）双排布置；c）环状布置图110轻型井点的平面布置一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）一般100120m，泵的位置应 在总管长度的中间。若采用多套抽水设备时，井点系统要分段，每段长度应大致 相等，分段的位置应选在基坑拐弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力。高程布置确定井点管的埋设深度，即滤管上口至总管埋设面的距离可按 下式进行计算（图 111）H 三斗+h+IL（1-5）式中：H井点管埋深（m）;比一井点管埋设面至基坑底的距离（m）；h基底
