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1、项目一项目一 基础工程施工基础工程施工 单元单元1.2：基坑支护与排降水：基坑支护与排降水 喀喇沁旗建筑工程学校喀喇沁旗建筑工程学校赵彩红赵彩红1单元单元1.2：基坑支护与排降水：基坑支护与排降水 一、能力要求一、能力要求1、能合理选择基坑排降水方法、能合理选择基坑排降水方法 2、能进行轻型井点降水设计、能进行轻型井点降水设计3、能编制轻型井点降水施工专项方案、能编制轻型井点降水施工专项方案二、知识要求二、知识要求1、了解集水井排水和井点降水的目的及适用范围，、了解集水井排水和井点降水的目的及适用范围， 掌握其设计方法掌握其设计方法2、了解抽水设备的性能参数、了解抽水设备的性能参数3、熟悉轻型
2、井点的施工方法、熟悉轻型井点的施工方法2相关支撑知识相关支撑知识 一、一、土方边坡与基坑支护土方边坡与基坑支护二、二、基坑排降水基坑排降水3土方边坡与基坑支护土方边坡与基坑支护一、土方边坡一、土方边坡 土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有：造成土壁塌方的主要原因有：1、边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质、边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。 2、雨水、地下水渗入基坑，
3、使土体重力增大及抗剪能、雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。力降低，是造成塌方的主要原因。3、基坑、基坑(槽槽)边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度。体的抗剪强度。4土方边坡的坡度是以土方挖方深度土方边坡的坡度是以土方挖方深度H与底宽与底宽B之比表示。即之比表示。即式中式中m=B/H称为边坡系数。称为边坡系数。图图1.1 土方边坡土方边坡5 规范规定：永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。临时性挖方的边坡值应符合表表1.11
4、.1的要求。 表1.1 临时性挖方边坡值 土的类别 边坡值(高宽) 砂土(不包括细砂、粉砂) 11.2511.50 一般性粘土 硬 10.7511 .00硬、塑 11.0011.25 软 11.50或更缓 碎石类土 充填坚硬、硬塑粘性土 10.5011.00 充填砂土 11.0011.50 6 基槽、管沟开挖时，如地质条件和周围环境允许，可采用放坡开挖。否则应进行土壁支撑。开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。v横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。v根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类(见图见图1. .2)。 二、基槽（管沟）土壁
5、支撑二、基槽（管沟）土壁支撑7图图1.2 横撑式支撑横撑式支撑8三、浅基坑支护三、浅基坑支护浅基坑支护方法较多，一般有斜撑式支撑、拉锚支撑、短柱横隔支撑、临时挡土墙支撑等。9排桩墙支护排桩墙支护结构包括板桩(钢板桩支护 、H型钢桩加挡板支护 )、灌注桩、预制桩等类型桩构成的支护结构。四、深基坑支护四、深基坑支护10v钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。v平板桩(图图1.3(a)1.3(a)防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；v波浪式板桩（图图1.3(b)1.3(b)）的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。 钢板桩支护钢板桩支护11图图1.3 常用的钢板桩常用的钢板桩
6、12图图1.4 拉森钢板桩拉森钢板桩13H H型钢桩加挡板支护型钢桩加挡板支护图1.5 型钢桩横档板支护1一型钢桩； 2一横向挡土板；3木楔14灌注桩支护灌注桩支护n柱列式灌注桩排桩，是我国应用广泛的一种桩排式围护结构。n柱列式灌注桩排桩多为间隔布置，分为桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式，上部设联系梁 。n由于不具备挡水功能，在地下水位较高的地区应用则需采取挡水措施，如在桩间桩背采用高压注浆、设置深层搅拌桩、旋喷桩等，或在桩后专门构筑挡水帷幕。 15图1.6 挡土灌注桩支护形式（a）间隔式；（b）双排式；（c）连续式1挡土灌注桩；2连系梁（圈梁）；3前排桩；4后排桩
7、16水泥土桩墙支护水泥土桩墙支护水泥土桩墙支护结构指水泥土搅拌桩（包括加筋水泥土搅拌桩）、高压喷射注浆桩所构成的围护结构。 17图1.7 水泥土墙的一般构造（a）水泥土墙剖面；（b）连续式劲性水泥土墙平面；（c）格栅式平面布置1搅拌桩；2插筋；3面板；4H型钢；41（a）（c）18内支撑和拉内支撑和拉锚n深度较大的基坑，为使围护墙经济合理和受力后变形的控制在一定范围内，都需沿围护墙竖向增设支承点，以减小跨度。如在坑内对围护墙加设支承称为内支撑内支撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚拉锚。n支护结构的内支撑，内支承受力合理、安全可靠、易于控制围护墙的变形，但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构
8、的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。n用拉锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，但用于软土地区锚杆变形较难控制，且锚杆有一定长度，在建筑物密集地区如超出红线尚需专门申请，否则是不允许使用。 19图1.8 挡土灌注桩支护形式（a）悬臂式；（b）斜撑式；（c）锚拉式；（d）锚杆式；（e）内撑式1挡墙；2围檩（连梁）；3支撑；4斜撑；5拉锚；6锚杆；7先施工的基础；8支承柱（a）（b）（c）（d）H0.30.5H1（e）20图1.9 土层锚杆构造图 1挡墙；2承托支架；3横梁；4台座；5承压垫板；6锚具；7钢拉杆；8水泥浆或砂浆锚固体；9非锚固段；10滑动面；D锚固体直径：d拉杆直径 9102
9、1土土钉墙支支护n土钉支护是在基坑开挖一定深度时,在坡面用机械钻较密排的孔,孔内放置钢筋注水n泥浆,在坡面安装钢筋网,喷射混凝土,使土体,土钉与喷射混凝土结合,然后再开挖,钢筋网必须上下连结,再如上法施工。 图1.10 土钉墙支护1土钉；2喷射混凝土面层；3垫板 22图图1.11 土钉墙支护土钉墙支护23地下地下连续墙支支护n地下连续墙是在基坑四周浇筑具有相当宽度(如80cm)的钢筋混凝土封闭的墙。它可以是建筑地下室外墙结构,具有承重、挡土、防水抗渗的多种功能;也可以是基坑的临时维护结构,则只有挡土和防水抗渗功能。 逆作法施工逆作法施工 n逆作法施工是利用地下室工程的梁、板结构作为支撑,从上往
10、下施工地面下的工程一般用地下连续墙作为地下室外墙，施工时须加临时支柱，先在地面完成一层底板作为水平支撑，然后地上和地下施工同时进行。 24基坑排降水基坑排降水 为为了了保保持持基基坑坑干干燥燥，防防止止由由于于水水浸浸泡泡发发生生边边坡坡塌塌方方和和地地基基承承载载力力下下降降，必必须须做做好好基基坑坑的的排排水水、降降水水工工作作，常常采采用用的的措措施施是是明明沟沟排排水水法法和和井井点降水法点降水法。 （一）（一） 明沟排水法明沟排水法 明沟排水法是一种设备简单、应用普遍的明沟排水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低水位的方法。人工降低水位的方法。25施工原理：施工原理：开挖基坑或沟槽过
11、程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外(见图见图1.121.12)。26图1.12 集水井降水27明沟排水法明沟排水法适用于水流较大的粗粒土层的适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。象。 28n集水明排法施工过程：集水明排法施工过程：n包括基础开挖、设置排水沟和集水井、选用水泵和现场安装、抽水
12、、拆除设备等。n（1）排水沟、集水井随基础开挖逐层设置，并设置在拟建建筑基础边净距0.4m以外，排水沟边缘离开边坡坡脚不应小于0.3m；n（）在基坑四角或每隔3040m应设一个集水井；n（）排水沟底面应比挖土面低0.30.4m，集水井底面应比沟底面低0.5m以上；n（）排水沟纵向坡度宜控制在12；29n（）沟、井截面根据排水量确定，排水量V应满足下列要求：nV1.5Q（125）n式中 Q基坑总涌水量，按有关情况和规定计算。 30n基抗排水用的水泵主要有离心泵、潜水泵和软轴水泵等。 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
13、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。31v流砂：当基坑挖至地下水位以下时，坑底下面的土由于受到水的浮力和动水压力的作用，使土粒随地下水涌入基坑的现象称为流砂。v流砂现象主要发生在土质为细砂或粉砂的土层。 流砂现象流砂现象32v如果土层中产生局部流砂现象，应采取减小动水压力的减小动水压力的处理措施处理措施，使坑底土颗粒稳定，不受水压干扰。其方法有：枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底0.5m； 水中挖土时，保持坑内水压与地下水压基本平衡； 井点降水法打板桩法、设地下连续墙，阻断水流线路，防止流砂产生。 33n井点降水：基坑开挖前
14、，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。 n井点降水有两类：一类为轻型井点(包括电渗井点与喷射井点)；另一类为管井点(深井泵)。 n对不同的土质应采用不同的降水形式，表表1.21.2为常用的降水形式。 （二）井点降水法（二）井点降水法 34表1.2 降水类型及适用条件 适合条件降水类型渗透系数(cm/s) 可能降低的水位深度(m) 轻型井点多级轻型井点 10-210-5 36612 喷射井点 10-310-6 820 电渗井点 10-6 宜配合其他形式降水使用 深井井管 10-5
15、10 35(1) 轻型井点轻型井点 轻型井点(图图1.131.13)就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.150m/d的土层中；降低水位深度：一级轻型井点36m，二级井点可达69m。 36图1.13 轻型井点降低地下水位全貌图37n轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 滤管(图图1. .18)为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。 图1.14 构造图38轻型井点的布置 平面布置
16、平面布置v当基坑或沟槽宽度小于当基坑或沟槽宽度小于6m6m，水位降低深度不超过5m时，可用单排线状井点单排线状井点布置布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度一般不小于沟槽宽度(图图1. .15)。 39图1.15 单排线状井点的布置40v如宽度大于6m或土质不定，渗透系数较大时，宜用双排井点双排井点，面积较大的基坑宜用环状井点环状井点(图图1. .16)。v为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为U形环状井点。 41图1.16 环排井点的布置42v高程布置v在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6m。井点管的埋井点管的埋设设深度深度H(H(不不包括滤管包括滤管) )按
17、下式计算按下式计算( (图图1.171.17）： 式中 H1井点管埋设面至基坑底的距离，m； h基坑中心处坑底面(单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘)至降低后地下水位的距离，一般为0.51.0m； i地下水降落坡度；环状井点为1/10，单排线状井点为1/4； L井点管至基坑中心的水平距离(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平距离)，m。 43v当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点，使降水深度增加（图图1.171.17）。 图1.17 二级轻型井点示意图443 3轻型井点计算轻型井点计算 （1) 1) 井型判定井型判定n轻型井
18、点系统涌水量的计算比较复杂，影响因素很多（如水文地质轻型井点系统涌水量的计算比较复杂，影响因素很多（如水文地质条件、抽水设备等），很难做出精确计算，条件、抽水设备等），很难做出精确计算，一般是按水井理论来计一般是按水井理论来计算涌水量算涌水量，其值仅为近似值。，其值仅为近似值。n井点系统涌水量的计算，首先要判定井的类型井点系统涌水量的计算，首先要判定井的类型。n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。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。井底井底达到不透水层的为完整井，否则为非完整井。达到不透水层的为完整井，否则为非完整井。n根据地下水是否受不透水层的压力分为承压
19、井与潜水井根据地下水是否受不透水层的压力分为承压井与潜水井( (无压无压) )。滤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，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，地下水是无压潜水，称为潜水井。下水是无压潜水，称为潜水井。45n综上所述，水井大致可分为四种类型：综上所述，水井大致可分为四种类型：n潜水完整井潜水完整井，地下水上部均为透水层，井底达，地下水上部均为透水层，井底达到不透水层；到不透水层；n潜水非完整井潜水非完整井，地下水上部均为透水层
20、，井底，地下水上部均为透水层，井底未达到不透水层；未达到不透水层；n承压完整井承压完整井，滤管布置在充满地下水的两层不，滤管布置在充满地下水的两层不透水层之间，地下水有压力，井底达到不透水透水层之间，地下水有压力，井底达到不透水层；层；n承压非完整井承压非完整井，滤管布置在充满地下水的两层，滤管布置在充满地下水的两层不透水层之间，地下水有压力，井底未达到下不透水层之间，地下水有压力，井底未达到下层的不透水层。层的不透水层。46图图1-18 水井的分类水井的分类（a）无压完整井；（）无压完整井；（b）无压非完整井（）无压非完整井（c）承压完整井（）承压完整井（d）承压非完整井）承压非完整井47（
21、2）涌水量计算 无压完整涌水量 图1-19 环形井点涌水量计算简图 (a)无压完整井；(b)无压非完整井 (m3d) 48n式中 K渗透系数(md)，应由实验测定，n表13仅供参考；n H含水层厚度(m)；n S水位降低值(m)；n R抽水影响半径(m)，取：n x0环形井点的假想半径(m)： n F基坑周围井点管所包围的面积(m2)。 49n无压非完整井涌水量 (m3d) 有效深度有效深度H0值值 表表13S(S l)0.20.30.50.8H01.3(S l)1.5(S l)1.7(S l)1.85(S l)注：表中注：表中S为井管内水位降低深度；为井管内水位降低深度；l为滤管长度。为滤管
22、长度。50n承压完整井涌水量n承压完整井环形井点涌水量计算公式为n式中 M承压含水层厚度(m)；nK、R、x0、S与上面公式相同。 ： (m3d) 51n（3) 确定井点管数量与井距n单井最大出水量n单井的最大出水量q，主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸，按下式确定：n式中 d滤管直径(m)；n l滤管长度(m)；n K渗透系数(md)。 (m3d) 52n最少井数n井点管的最少根数nmin，按下式计算：n式中 1.1备用系数，考虑井点管堵塞等因素。其它符号同前。n最大井距n式中 L总管长度(m)； (根) (m) 53确定井点管间距时，还应注意以下几点： (a)井距过小时，彼此干扰大，
23、影响出水量，因此井距必须大于15倍管径。 (b)在渗透系数小的土中井距宜小些，否则水位降落时间过长。 (c)靠近河流处，井点宜适当加密。 (d)井距应能与总管上的接头间距相配合。 根据实际采用的井点管间距，最后确定所需的井点管根数。544.轻型井点的安装 v轻型井点的施工分为准备工作及井点系统安装。 v准备工作包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。v埋设井点系统的顺序：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下井点管、埋砂滤层、粘土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。 v井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔(图图1. .20(a)和埋管(图图1.20(b)两个过程 。55图1.20 井点管的埋设56轻型井点使用 v轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。 v井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动、手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉等简便方法检查。 v地下基础工程(或构筑物)竣工并进行回填土后，停机拆除井点排水设备。 57
