基坑降水与土钉支护设计与施工课设.doc

某广场基坑降水与土钉支护设计施工目录目录21 工程概况41.1 场地工程地质条件41.1.1 地形、地貌41.1.2 地层及地基土分层描述41.1.3 水文地质条件61.1.4 场地土冻结深度71.1.5 不良地质现象71.2 场地岩土工程分析与评价71.2.1 工程环境评价71.2.2 岩土参数分析71.2.3 地下水对工程施工的影响91.2.4 活动断裂影响101.2.5 场地地震效应评价102 基坑降水研究现状112.1 地下水对基坑工程的不良影响112.1.1 流沙112.1.3 基坑底的突涌122.2 基坑降水作用和降水方法132.2.1 基坑降水的作用132.2.2 基坑降水方法143 基坑降水方案设计173.1 场地的水文地质条件173.2 本降水方案必须满足的条件173.3 降水系统的设计183.3.1 轻型井点方案183.3.2 管井方案193.4 降水施工设计223.4.1 管井降水的施工工艺223.4.2 降水井布设233.5 减少对环境影响的控制措施233.5.1 施工现场控制扬尘措施233.5.2 施工现场防止水污染措施233.5.3 施工现场防噪声污染措施243.5.4 施工现场卫生防疫措施244 土钉支护技术研究现状254.1 基坑支护方法概述254.1.1 排桩254.1.2 地下连续墙254.1.3 水泥土墙254.1.4 土钉墙254.1.5 土层锚杆254.2 土钉支护技术现状264.2.1 土钉墙的类型及使用条件264.2.2 加强型土钉墙在软弱土层基坑支护工程中应用285 土钉支护设计与施工方案295.1 土钉设计计算295.1.1 基坑边坡土体参数的加权值295.1.2 土钉几何尺寸设计305.1.3 分层开挖高度305.1.4 土压力计算315.1.5 主动土压力计算325.1.6 单根土钉受拉荷载标准值335.1.7 基坑各层土钉计算结果375.1.8 土钉杆体直径计算375.1.9 土钉墙整体稳定性验算375.1.10 土钉内部整体稳定性验算385.1.11 抗倾覆安全验算395.2 土钉墙施工395.2.1 施工准备395.2.2 土方开挖395.2.3 钻孔405.2.4 杆体加工及下放405.2.5 注浆405.2.6 预应力锚杆405.2.7 铺设钢筋网415.2.8 喷射混凝土416 结论与建议426.1 结论426.2 建议42致谢44参考文献45III1 工程概况1.1 场地工程地质条件某广场是河南省重点工程，位于河南省郑州市金水路东段南侧，西邻银基花园，东临金鑫花园，南部为开阔场地；占地150亩，南北长526米，东西宽188米，本工程为一起工程A区河南省通信总部大楼，东西长110米，南北宽80米，本工程有两幢高12层，局部为14层的办公楼和高10层、9层、3层的配楼组成，且主楼和配楼为连体建筑，主体建筑高度66.6m，柱网间距8.48.4m，预估单柱最大荷载21168.0KN。工程特征见表1-1。工程特征一览表 表1-1工程名称主楼配楼地面以上高度（层）12（局部14层）1093地下室层数（层）2222平面尺寸（m）24.6110.621832.4932.46032.4予估基础埋深（m）9.09.09.09.0基地平均压力Pk（KN/m2）300270240150结构形式框架结构框架结构拟采用地基基础型式复合地基或桩基础复合地基或桩基础1.1.1 地形、地貌拟建场地位于郑州市金水东路南侧，地貌单元属黄河冲积平原。自然地面标高为90.95m91.22m。1.1.2 地层及地基土分层描述根据钻探、静力触探，结合室内土工试验分析结果，场地85.0m勘探深度内大致分为三套地层。上部为全新统（Q4）地层，为黄河冲积形成的褐黄色稍密中密粉土及灰黄色、深灰色粉土、粉质粘土和粉细砂，厚30m左右。中部为上更新统（Q3a1+p1）地层，为黄河冲洪积形成，埋藏在30-60m深度内，岩性为棕黄色、黄褐色粉质粘土、粉土。下部为中更新统（Q2a1+p1）褐黄、棕黄色硬塑的粉质粘土及密实的粉土，本次最大揭露深度25m，按其成因类型、岩性及工程地质特性将其划分为17个工程地质单元层，现分述如下：全新统（Q4a1）第层（Q43a1）：粉土，浅黄褐色，稍湿，稍密。顶部普遍存在厚0.3-0.5m的耕植土，该层含少量铁锈染及零星蜗牛碎屑。无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等。23#、24#孔缺失该层；层低标高89.1290.03m，层底埋深1.12.0m，平均厚度1.5m。第层（Q43a1）：粉砂，浅褐黄色，稍湿，稍密中密。主要矿物成分石英、长石，含少量蜗牛碎屑，局部夹薄层粉土，场地内该层分布稳定。层底标高87.4689.15m，层底埋深2.03.6m，层厚0.82.4m，平均厚度1.36m。第层（Q43a1）：粉土，灰黄灰色，稍湿，稍密中密。含少量蜗牛碎屑，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等。场地内该层分布稳定，层底标高3.66.1m，厚度1.03.6m，平均厚度2.03m。第层（Q43a1）：粉质粘土，黄褐黄灰色，软塑可塑。稍有光泽反应，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。场地内该层分布稳定，层底标高83.2184.86m，层底埋深6.28.0m，层厚1.23.5m，平均厚度2.16m。第层（Q42a1）：粉土，浅灰色，湿，稍密中密。砂感较强，无光泽感应，干强度低，韧性低，摇振反应中等。层底标高80.5383.52m，层底埋深7.710.5m，层厚1.13.2m，平均厚度2.14m。第层（Q42a1）：粉土，深灰色、灰黑色，湿，稍密中密。偶含螺壳碎片，局部夹粉质粘土、粉砂薄层；粘粒含量稍高。稍具光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等。场地内该层分布稳定，层底标高77.5579.66m，层底埋深11.413.6m，层厚2.34.6m，平均厚度3.56m。第层（Q42a1）：粉土，浅灰色，湿，中密密实。含少量螺壳碎片和小钙质结核，局部夹粉砂薄层。无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等。层底标高75.577.18m，层底埋深14.015.8m，层厚1.23.7m，平均厚度2.14m。第层（Q42a1）：含有机质粉质粘土，灰色、灰黑色，软塑可塑。含少量蜗牛碎屑，局部含较多腐殖质（有机质含量3%-8%，平均6.5%），切面光滑，干强度中等，无摇振反应。场地内该层分布稳定，层底标高73.4275.38m，层底埋深15.817.7m，层厚0.83.6m，平均厚度1.57m。第层（Q42al）：粉土，灰色，湿，中密密实。土中夹有粉砂，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应迅速。层底标高72.1274.12m，层底埋深17.119.0m，层厚0.72.6m，平均厚度1.74m。第层（Q41al）：粉砂，灰色，湿，中密密实。上部含大量泥质，含少量螺壳碎片和钙质结核，局部夹粉土薄层。层底标高69.7871.71m，层底埋深19.521.3m，层厚1.53.3m，平均厚度2.46m。第层（Q41al）：粉细砂，灰色，密实。砂质纯净，主要成份为石英和长石。局部颗粒较粗，为中砂，该层底部夹少量砾石，砾石分选性差，次棱角状。局部夹粉土薄层。场地内该层分布稳定，层底标高57.8561.74m，层底埋深29.433.1m，层厚8.412.6m，平均厚度10.25m。上更新统（Q3）第层（Q3a1+p1）：粉质粘土，黄褐色，可塑硬塑。含较多钙质结核，粒径0.11.5cm不等。有光泽反应，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。场地内该层分布稳定，层底标高56.0258.16m，层厚1.45.4m，平均厚度3.43m。第层（Q3a1+p1）：粉质粘土，黄褐色，可塑硬塑。含较多钙质结核和黑色斑点，该层底部普通存在一层厚约1m的粉细沙层。切面光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。场地内该层分布稳定，层底标高49.5251.7m，层底埋深39.441.5m，层厚4.57.9m，平均厚度6.28m。第层（Q3a1+p1）：粉质粘土，棕黄色，硬塑。含较多钙质结核，粒径1-3cm，局部夹有砂砾。有光泽反应，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。场地内该层分布稳定，层底标高46.1648.16m，层底埋深43.045.0m，层厚2.54.8m，平均厚度3.55m。第层（Q3a1+p1）：粉质粘土，黄褐色，硬塑。含少量钙质结核及铁锰质斑点。有光泽反应，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。场地内该层分布稳定，层底标高40.142.18m，层底埋深49.051.0m，层厚4.27.2m，平均厚度5.87m。中更新统（Q2）第层（Q2a1+p1）：粉质粘土，棕黄色，硬塑。含少量铁锈染及钙质结核，该层在63-66m处夹有一层棕红色粉细砂，局部钙质胶结。光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。场地内该层分布稳定，层底标高m，层底埋深72.672.8m，层厚22.423.5m，平均厚度22.9m。第层（Q2a1+p1）：粉质粘土，黄褐色，硬塑。含铁锰质结核及钙质结核，局部钙质胶结，1号孔在81.383.2m处、20号孔在83.684.5m处夹有粉砂层。有光泽反应，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。本层未揭穿，最大揭露深度85.2m，揭露厚度12.212.6m。1.1.3 水文地质条件地下水类型、埋深及变幅场地60m深度范围内地下水类型为潜水及微承压水。潜水含水层主要为、层粉土，其补给来源主要为大气降水，由于西侧银基花园场地施工降水，导致本场地勘察期间地下水水位埋深6.57.0m，水位标高84.7m左右；根据临近场地资料，本场地在正常情况下潜水地下水位应为1.82.3m，年变幅0.5-1.0m，即水位标高在88.2-87.7m之间，微承压水比潜水水位略低0.5m左右，及水位在2.32.8m左右，水位年变幅1m左右。近10年观测资料，场地地下水总的呈下降趋势，下降幅度为1.5m左右；微承压水含水层主要为第层粉砂和第层粉细砂，经多年长期观测资料分析，场地潜水最高水位为1.01.5m，微承压水最高水位为1.52.0m1.1.4 场地土冻结深度根据中国季节性冻土标准冻深图，郑州市的最大冻结深度小于60cm，一般为2030cm基础设计和施工时可不考虑冻土的影响。1.1.5 不良地质现象此次勘察期间未发现暗塘、暗滨、古墓、地下人防空洞等不良地质现象。1.2 场地岩土工程分析与评价1.2.1 工程环境评价拟建建筑物位于郑州市金水东路南侧，西临银基花园，东临金鑫花园，南部为开阔场地。拟建建筑物北侧距金水路120m，工程环境条件良好。具体环境条件见表1-2。场地周围环境距拟建建筑物距离一览表 表1-2所在场地位置名称距离层数地基及基础形式场地西部银基花园30m场地北部金水东路120m场地东部住宅小区60m8复合地基场地南部开阔场地1.2.2 岩土参数分析在野外钻探、原位测试、室内试验等勘查工作的基础上，结合邻近场地经验，按照可靠性和实用性的基本要求，分别给出两种 设计状态的岩土工程参数。 正常使用极限状态计算所需的沿途参数，见表1-3。 承载能力极限状态计算所需的沿途参数(c、)，见表1-4。正常使用极限状态计算所需的沿途参数表 表1-3层号岩性含水量W（%）重度KN/m3土粒比重Gs孔隙比e饱和度Sr（%）液限WL（%）塑限WP（%）夜性指数IL塑性指数LP粉土20.318.52.700.76781.826.418.10.588.3粉土23.418.92.700.76993.227.018.20.578.7粉质粘土29.418.62.720.93698.635.421.40.6214.5粉土23.219.42.710.72399.228.018.40.599.6粉土23.818.12.700.86397.025.817.80.798.5粉土23.519.32.700.74797.825.917.80.688.1粉质粘土39.618.52.730.85398.638.022.10.6915.9粉土27.719.42.710.70794.731.920.00.758.9粉质粘土22.220.42.720.62995.735.821.20.0314.6粉质粘土21.520.32.720.64495.036.121.40.1814.5粉质粘土19.420.82.710.57993.534.020.30.0513.6粉质粘土19.420.82.710.55794.633.220.1-0.1013.2粉质粘土21.220.42.710.61195.132.419.90.0312.8粉质粘土18.321.02.720.53592.638.622.4-0.2516.3承载能力极限状态计算所需的岩土参数c、 表1-4层号C（KPa）12.03.015.026.016.022.020.033.014.0（）24.028.023.012.021.018.023.010.022.01.2.3 地下水对工程施工的影响1.2.3.1 地下水的力学作用 地下水的浮力作用拟建场地潜水地下水由于西侧银基花园场地施工降水，导致本场地勘察期间潜水地下水水位埋深6.57.0m，水位标高84.7m左右；根据临近场地资料，本场地正常情况下，地下水应为1.82.3m，年变幅1m左右。根据本场地的水文地质条件，从安全角度考虑，本场地最高水位按1.01.5m计算，则拟建建筑物基础底面单位面积所承受浮力为8590kN/m2。 基坑突涌的可能性场地内年内承压水最高水位按2.3m，承压水顶板埋深为17.119.0m，承压水头压力为14.8m，基坑最大开挖深度9.0m，由公式H/ hw1.11.2，（H=8.1m，w=10kN/m3，=19kN/m3）计算得，按第层层底深度17.119.0m考虑，最小厚度应为8.1m，承压水头高度14.8m，H/ hw=8.119/14.89=0.991.11.2，有发生基坑突涌得可能性，如果按目前水位埋深6.0m计算，承压水头高度11.1m，8.119/11.19=1.54大于1.2，则不会发生基坑突涌；因此基坑开挖时应考虑基坑突涌的可能性。 地下水得潜蚀和流砂作用潜蚀作用是指在施工降水等过程中产生水头差，在动水压力作用下，细颗粒受到冲击，造成土结构破坏的现象。拟建建筑物基坑开挖深度为9m，降水至基底下1m，当不考虑支护结构时，粉土产生潜蚀的临界水力坡度Icr1在1.051.22之间，详见表1-5。地下水潜蚀、流砂所需参数计算表 表1-5层号岩性层底深度（m）重度（kN/m3）比重Gs空隙比e孔隙度n渗透系数K（m/d）潜蚀水里坡度Icr1流砂水力坡度Icr2粉土1.1218.52.700.7670.4340.3761.1790.962粉砂2.03.619.32.690.6640.3992.011.2151.015粉土3.66.118.92.700.7690.4350.5421.050.779粉质粘土6.28.018.62.720.9360.4830.005071.1310.889粉土7.710.519.42.710.7230.4200.2881.2020.992粉土11.13.618.12.700.8630.4630.041.1440.913粉土14.015.819.32.700.7470.4280.3151.1860.972、判断潜流公式：Icr1=(Gs-1)(1-n)+0.5n、判断流砂公式：Icr2=(Gs-1)(1-n)、孔隙度：n=e/(1+e) 地下水的流砂作用流砂作用是指饱和的砂土、粉土发生流动的现象，常发生于粉细砂和粉土层中。经计算，发生流砂的临界水力坡度Icr2为0.781.02（详见表2.3.1）。综上所述，基坑开挖时，基坑降水的过程产生的水力坡度大于上述临界值时，地下水有发生潜蚀、流砂的可能性。因此，基坑施工时应采用相应措施，如降低水位减小水力坡度和减小承压水的压力等，从而防止潜蚀和流砂的发生，并防止基坑底部的突涌，保证基坑的安全。1.2.4 活动断裂影响因郑州市的抗震设防烈度为7度，按照“GB50011-2001”第4.1.7条对抗震设防烈度小于8度区，可忽略发震断裂错动对地面建筑物的影响。因此本工程可不考虑活动断裂的影响。1.2.5 场地地震效应评价1.2.5.1 抗震设防烈度及地震参数据“GB50011-2001”规范附录A，郑州市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.15g。2 基坑降水研究现状2.1 地下水对基坑工程的不良影响地下水在基坑工程实施过程中的危害只要表现形式有：坑底隆起、坑底突涌、坑壁渗漏、底侧突涌、周边图层过量沉降、斜坡滑移、坍塌等。而且主要发生在土层颗粒细（尤其是粉质黏土、粉砂等土层）、饱和含水的地区。此外孔隙水压力的增长引起有效应力的减小及相应的抗剪强度的等多方面的影响均不容忽视。基坑中地下水危害按成因可以分为流沙、管涌和坑底突涌等。2.1.1 流沙流沙是指土的松散颗粒被地下水饱和后，由于水头差的存在，动水压力会使这些松散颗粒产生悬浮流动。它主要发生在颗粒级配均匀而细的砂性土中，有时在粉土中亦会发生。其表现形式使所有的颗粒同时从一近似管状通道中被水流冲走。发生的结果是使基础发生滑移和不均匀下沉、基坑坍塌、基础悬浮等，如图2-1所示。它的发生一般是突发性的，对工程危害极大。流沙形成的条件： 土中粒径在0.01mm一下的颗粒含量在30%35%以上，并含有较多的片状、针状矿物（如云母、绿泥石等）和附有亲水胶体矿物颗粒。这样土的吸水膨胀性高而相对密度较小，在不大的水流冲力下，细小颗粒即会发生悬浮流动。 水力梯度较大，流速增大，动水压力超过了土颗粒的重量时，就会使土颗粒悬浮流动形成流沙。 土的渗透系数较小时，排水条件不通畅，易形成流沙。 砂土中，孔隙比越大，越容易形成流沙。斜坡条件时的流砂破坏形式 地基条件时的流砂破坏形式图2-1 流砂破坏示意图2.1.2 管涌地基土在具有一定渗流速度（或梯度）的水流作用下，其细小颗粒被冲走，土中的空隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道，从而掏空地基或坝体，使之变形、失稳，此现象即为管涌，如图2-2所示。斜坡时条件时的管涌破坏形式 地基条件时的管涌破坏形式图2-2 管涌破坏示意图管涌多发生在非粘性土中，其特征是：颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒径，空隙直径大而且互相连通。颗粒多由比重较小的矿物组成，易随水流动，有较大和良好的渗流出路，具体包括： 土中颗粒粒径比DD径/d10。 土的不均匀系数d60/d1010。 两种互相接触的土层渗透系数之比K1/K223。 渗流梯度大于土的临界剃度。对于管涌的防治措施，一方面是通过降水降低水力梯度，同时在流溢出处设置反滤层。2.1.3 基坑底的突涌当基坑下有承压水存在，看开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度，当它减少到一定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌。突涌的形成表现为： 基坑顶裂，出现网状或树状裂缝，地下水从裂缝中涌出，并带出下部的土颗粒 基坑底发生流沙现象，从而造成边坡失稳和整个地基悬浮流动。 基地发生类似于“沸腾”的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动。如图2-3所示，基坑突涌产生的条件使基坑开挖后不透水层的厚度公式(2-1)： (2-1)式中： 水的重度，；土的浮重度，；h承压水位高于含水层顶板的高度，m。2.2 基坑降水作用和降水方法在基坑开挖施工中，为了避免产生流沙、管涌，防止坑壁土体的坍塌，保证施工安全和工程质量，一般尽量避免在水下作业。当地下水位高于基坑面时，应进行基坑降水。以下是降水的作用和降水方法。2.2.1 基坑降水的作用在基坑开挖中，采取降低地下水位的措施的作用有如下。 防止基坑坡面和基底的渗水，保持坑底干燥，便利施工。 增加边坡和坡底的稳定性，防止边坡上或基底的土层颗粒流失。这是因为基坑开挖至地下水位一下时，周围地下水会向坑内渗流，从而产生渗透力，对边坡和基底稳定产生不利影响。此时采用井点降水的方法，可以把基坑周围的地下水面降到开挖面以下，不仅能保持坑底干燥、便利施工，而且消除了渗透力的影响，防止流沙产生，从而增加了边坡和基底的稳定性。 减少土体含水率，有效提高土体物理力学性能指标。对于放破开挖而言，可提高边坡稳定度；对于支护开挖，了增加被动区土抗力，减少主动区土体侧压力，从而提高直呼体系的稳定度和强度保证，减少支护体系的变形。 提高土体固结程度，增加地基抗剪强度。降低地下水位，减少土体含水率从而提高土体固结程度，减少土中孔隙水压力，增加土中有效应力，相应的土体抗剪强度也可得到增长。因此，降低地下水亦是一种有效的地基加固方法。2.2.2 基坑降水方法降低地下水位的方法有集水明排和井点降水两类，集水明排是在基坑中开挖集水井和集水沟，用泵将水从集水井中抽出的方法疏干基坑。分层开挖时，随着挖土面的下移，在新的开挖面上重挖集水井和集水沟。该方法适合于弱透水地层中的浅基坑，尤其基坑环境简单、含水层较薄、降水深度较小时，采用集水明排时比较经济的。井点降水是通过对地下水施加作用力来促使地下水的排出，从而达到降低地下水位的目的。根据施加的作用力的方法以及抽水设备的不同，井点降水有轻型井点、喷射井点、电渗井点和管井（深井）井点等。各种降水方法的适用范围参见表2-1。降水方法及适用范围 表2-1适用范围降水方法适用地层渗透系数（cm/s）降水深度（m）集水明排含薄层粉砂的粉质粘土，粘质粉土，砂质粉土，粉细沙110-7210-45轻型井点及多级轻型井点含薄层粉砂的粉质粘土，粘质粉土，砂质粉土，粉细沙110-7210-46610喷射井点含薄层粉砂的粉质粘土，粘质粉土，砂质粉土，粉细沙110-7210-4820电渗井点粘土，淤泥质粘土，粉质粘土110-7根据选定的井点确定管井（深井）含薄层粉砂的粉质粘土，砂质粉土，各类砂土，砾砂，卵石110-610砂（砾）渗井含薄层粉砂的粉质粘土，粘质粉土，砂质粉土，粉土，粉细砂510-7根据下伏导水层的性质及埋深确定辐射井点粘性土、砂土、沙砾110-652.2.2.1 集水明排集水明排可单独采用、亦可与其他方法结合使用。单独使用时，降水深度不宜大于5m，否则在坑底容易产生软化、泥化，坡脚出现流砂、管涌，边坡塌陷，地面沉降等问题。与其他方法结合使用时，其主要功能是收集基坑中和坑壁局部渗出的地下水和地面水。2.2.2.2 轻型井点轻型井点是利用真空原理，使土中的水分和空气受真空压力作用而产生水气混合液，由管路系统向上被吸入到水气分离器中。空气从分离器上部真空排出，而水经离心泵由水管排出。轻型井点时国内外应用较广的一种降水方法，它比其他井点系统结构简单、安全、经济，特别适用于基坑面积不大，降低水位不深的场合。单级井点降低水位一般小于6m，当要求水位降深较大时，可采用二级或多级，形成阶梯式接力叠加降深，但这时基坑周围需要有足够的空间，以便于放坡或挖槽，这对于场地受限的基坑支护工程一般是不允许的。轻型井点使用的土层渗透系数为0.10.5m/d，当渗透系数偏小时，需要采用在井点管顶部用粘土封顶和保证井点系统各连接部位的气密性等措施，以提高整个井点系统的真空度，才能达到良好的降水效果。轻型井点系统在平面上可不知成单排、双排、针状等形式，具体应根据降水要求及基坑形状来确定。2.2.2.3 喷射井点喷射井点时采用高压水泵将压力工作水经水管压入井点内外直接按形成空间，并经过喷射器两边的侧孔流向喷嘴。由于喷嘴截面的突然变小，喷射水流加快（一般流速达30m/s以上），这股高速水流喷射之后，在喷嘴射出的水柱周围形成负压，从而将地下水和土中空气吸入并带至混合室。这时地下水礼俗得以加快而工作水流速逐渐变缓，二者流速在混合室末端基本上混合均匀。混合均匀的水流射向扩散管，扩散管截面是逐渐扩大的，其目的是减少摩擦损失。当喷嘴不断喷射水流，就推动着水沿内管不断上升，混合水流由井点进入回水总管知循环水箱。部分作为循环水用，多余部分（地下水）溢流排至现场之外，如此循环，以达到深层降水的目的。喷射井点主要适用于渗透系数较小的含水层和降水深度较大（820m）的降水工程。其主要优点是降水深度大，但由于需要双层井点管，喷射器设在井孔底部，有二根总管与各井点管相连，地面管网附设复杂，工作效率低，管理困难。2.2.2.4 电渗井点电渗井点降水是利用轻型井点和喷射井点的降水井点管作阴极，在井点管的内侧打入金属棒（ 2050mm钢筋、 5075mm钢筋等），连以导线，金属棒为阳极，在电动势作用下构成电渗井点系统。当接通直流电流，在电势的作用下使带正电荷的孔隙水想阴极方向流动，带负电荷的土颗粒向阳极方向移动，产生电泳现象，通过电渗和真空抽吸的双重作用，强制粘性土中的水向井点管处汇集，由井点管吸取排出，使地下水水位逐渐下降，达到降低地下水位、土体固结的目的。电渗降水一般适用于含水层渗透系数小于0.1m/d的饱和粘土，特别是在淤泥和淤泥质粘土之中降水。2.2.2.5 管井（深井）井点降水管井（深井）井点系统由井管、过滤器及潜水泵或深井泵组成。该井点降水是将潜水泵或深井泵沉入过滤器中抽取地下水达到降低地下水位的目的。适用于粘性土以外的各类土，地下水丰富，降水深（大于10m），面积大时间长的情况，对在有流沙和重复挖填土区使用效果尤佳。3 基坑降水方案设计3.1 场地的水文地质条件3.1.1 本场地在正常情况下潜水位为1.8-2.3m，年变幅0.5-1.0m左右，微承压水位在2.3-2.8m左右，年变幅1.0m左右。但是在勘察时，本场地地下水位埋深为6.5-2.8m，时因为在勘察期间，西侧银基花园场地施工降水，导致本场地地下水下降。所以该水位不能代表本场地的真实地下水埋深情况，在降水方案设计时按正常情况考虑。3.1.2 基坑范围内地下水补给来源主要有：A、周围土层的水平补给；B、下部砂层微承压水垂直向上的补给。降水主要是切断这两部分的补给，并干扰基坑范围内的地下水。因基坑范围较大，而上部土层的渗透系数较小，要达到目的，必须使下部地层的水头高度降低，同时对上部土层进行疏干。3.1.3 基坑降水设计参数由于西侧银基花园场地施工降水，导致本场地在勘察期间测得本场地潜水地下水位埋深6.57.0m左右（水位标高84.7m），根据临近场地资料，本场地正常情况写潜水地下水位应为1.82.3m。预估年内最高水位埋深约2.5m，基坑开挖时，需降低地下水位才能进行基础开挖和基础施工。从地层情况看，降水即要针对15m以上粉土、有机质粘土，又要考虑到19m一下的粉细砂层中的微承压水，根据土的室内渗透试验资料并结合郑州地区经验，给出各层的渗透系数经验值，见表3-1各层土渗透系数经验数值 表3-1层号岩性粉土粉砂粉土粉质粘土粉土粉土粉土渗透性数（m/d）0.3752.010.5420.00570.2880.040.3153.2 本降水方案必须满足的条件降水设计要求基坑工程挖土施工过程中，降水方案的选择与设计应满足下列要求： 基坑开挖及地下结构施工期，减少坑内土体含水率，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。 加固基坑内和坑底下的土体，改善坑内土体的物理力学性质，从而减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止地表过量沉降。 按需降低坑底承压水的水位高度，以防止基坑底部突涌的发生，确保基坑工程施工底板的稳定。3.3 降水系统的设计3.3.1 轻型井点方案3.3.1.1 降水井深度的确定根据目前已出版的众多关于基坑工程方面的文献，降水井深度均按公式(3-1)确定 (3-1)式中：H井点管埋设深度，m；H1井点管埋至基坑底面的距离，m;h基坑底面至降低后的地下水水位距离，一般取h=0.52m；J水力坡度，环形井点系统J=1/81/10，单排井点系统J=1/41/5；L井点管至基坑中心的水平距离，m；l过滤器工作部分长度和沉淀罐的长度，m。此外，在施工中确定井点管长度时，应考虑到井管露出地面的长度（0.20.5m）。计算取值：H1取9m，h取1m，J取1/9，l取2+3=5m，L的最小值位基坑宽的一半80.4/2=40.2m，最大值为=68.0m，取63m，高出地面0.5m。所以H=9+1+1/963+5+0.5=22.5m井管长22.5米。理论的真空水柱高为10.3m，水泵的机械效率最大为80%左右，所以在一般条件下，最大只能抽汲到8m左右的高度；此外还需考虑到抽汲系统内压力、滤网损失（0.50.8m），离心泵集水总管底高度（0.2m）,漏气损失（0.30.5m）等合计为22.5m。故轻型井点有效降深最大为6m。井管内设计水位降深22.5米已超过两级真空泵最大扬程，若用三级轻型井点降水，技术难度大，经济不够节省。因此轻型井点降水不适合本场地。3.3.2 管井方案3.3.2.1 管井深度设计降水主要是疏干、层的潜水和、层的承压水，所以管井深度应穿透承压隔水层顶板，且管井的过滤器部分和沉淀管部分应在承压含水层中或穿透承压含水层，前9层厚度为18.2m，所以管井深度应大于18.2+2+3+0.5=23.7m。为了使降水井经济合理，本次设计管井深度取24m。3.3.2.2 基坑涌水量计算 基坑换算半径计算该基坑为矩形基坑，采用近似方法大井法。将矩形基坑折算成半径为A的理想大圆井，按大井计算总出水量。A以公式(3-2)代入 (3-2)式中：A基坑换算半径，m；a基坑长度，m；b基坑宽度，m；系数（查表3-1）。系数 表3-1b/a00.050.101.200.300.400.500.601.01.01.051.081.201.141.161.171.18该基坑长a=109.8米，宽b=80.4米。换算半径A=米。 基坑涌水量计算根据勘察报告，该地层第层不含水，第层到第层为潜水含水层，第层为潜水含水层底板，第层为微承压水含水层顶板，第、为承压含水层。潜水含水层厚度为到层土层厚度H1=13.39米，承压水含水层厚度为、层土层厚度H2=12.71米。管井穿透潜水含水层，未穿透承压含水层。 潜水流向完整基坑出水量计算： (3-3)式中：Q1基坑潜水出水量，；n降水井数量；Qw单井出水量，；K1潜水层渗透系数，m/d；H1潜水含水层厚度，m；Sw水位降深，m；A基坑换算半径，m；R基坑影响半径（即井群中心至补给边界的距离），m，R=A+Ri,其中A为圆形井群半径，m；Ri为i井的影响半径，m；潜水层渗透系数K1取到层土层渗透系数的加权平均值，承压水层渗透系数K2取、层土层渗透系数的加权平均值。Sw为基坑开挖深度和基坑底面至降低后的地下水水位距离h与第一层土层厚度的差值，Sw=9+1-1.5=8.5米。潜水层渗透系数K1：=（2.011.36+0.5422.03+0.005072.16+0.2882.14+0.043.56+0.3152.14）13.39=0.394147承压水层渗透系数K2：i井的影响半径Ri根据经验公式求得潜水换算半径 m；承压水换算半径 m；潜水出水量： 均质水层承压水流向非完整基坑出水量计算 (3-4)式中：Q2基坑承压水出水量，；K2承压水层渗透系数，m/d；M承压含水层厚度，m；Sw水位降深，m；l过滤器工作部分长度，m；A基坑换算半径，m；R基坑影响半径（即井群中心至补给边界的距离），m，R=A+Ri,其中A为圆形井群半径，m；Ri为i井的影响半径，m；承压出水量：所以基坑总出水量Q= Q1+ Q2=1369.47 单井出水量计算采用钢筋混凝土井管，外径取360mm，井管内径265310mm，取300mm。潜水单井出水量计算 (3-5)式中：Qw1潜水单井出水量，；rw管井内径，m；其余符号与公式(3-3)相同。潜水单井出水量：承压水单井出水量： (3-6)式中：符号同前式。承压水单井出水量：单井出水量3.3.2.3 确定降水井数量降水井数量采用下式计算：所以设计管井数量为15口井。3.4 降水施工设计从实现降水目的出发，因含水层水文地质和降水区域边界条件等因素的多变性，管井的结构往往需要作适宜性设计调整。3.4.1 管井降水的施工工艺3.4.1.1 管井施工流程施工准备井点的测量定位挖井口安放护筒钻机就位钻空回填井底砂垫层吊放井管回填砂砾过滤层洗井安置水泵安装抽水控制电路试抽水正常抽水降水完毕后封井。3.4.1.2 管井成孔本工程采用泥浆护壁钻孔，孔口采用挖埋法设置护筒，防止孔口坍塌，并在一侧设排泥沟、泥浆坑。井管沉放前采用压缩空气进行洗井，将孔内泥浆、泥渣清出井外，以利于降水。3.4.1.3 管井沉放施工管井井管采用钢筋混凝土井管，安放应该垂直并位于井孔中心；管顶部比自然地坪高0.5m左右，为了保证井管接头对正，外壁绑长竹片导向。井管过滤部分应放置于含水层适当的范围内。井管放置好后，及时填充砂砾滤料，颗粒为38mm的细砾石，砂砾料必须符合级配要求。其合格率大于90%，杂质含量不大于3%，且不得使用机械直接下料，应用铁锹人工下料，以防止分层不均匀和冲击井管壁。填充滤料必须一次连续完成，从底填至井口1m左右，上部采用不含砂石的粘土封口。砂滤料填完后，在水泵安装前洗井，洗井方法是用高压水枪冲洗管壁，同时用污水泵往外排水，冲出沉渣。洗井工作在安放完井管、填好滤料封口前8h内进行，要一气呵成，以免成孔时护壁泥浆逐渐老化，影响渗水效果。3.4.1.4 水泵安装管井水泵采用潜水泵，水泵安装前，应对水泵和控制系统作一次全面细致的检查，检查电动机的旋转方向，各部位的螺栓是否拧紧，电缆接头的封口是否松动，电缆线有无破损折断。然后在地面空转35min，无问题后放入井中使用。安装完毕后应进行试抽水，满足要求后投入正常使用。供电系统应采用双线路，并设置备用的发电机组，以防止突然停电或出现故障，淹没基坑。3.4.2 降水井布设根据现场情况，降水井分为两类：一种为沿基坑四周布置，主要作用为阻截基坑四周外围的地下水，另一种为布置在基坑内的降水井，主要作用为疏干基坑里的地下水。为减少交叉施工影响施工工期，避免二次施工，降水井造成不必要的浪费，将两阶段施工需要的降水井一并进行考虑，按整个工程需要布设了井位。基坑边坡土钉墙支护部位沿土方开挖顶边线外0.5m为轴线布置降水井。3.5 减少对环境影响的控制措施3.5.1 施工现场控制扬尘措施做好施工道路的规划和设置，临时施工道路基层要夯实，路面硬化。并随时清扫洒水减少道路扬尘；水泥和其他易飞扬的细颗粒散装材料尽量安排库内存放。如露天存放应采用严密盖，运输和装卸时防止遗撤和飞扬，以减少扬尘。3.5.2 施工现场防止水污染措施运输车辆清洗处设置沉淀池，排放的废水要排入沉淀池内，经二次沉淀后，方可排入城市市政污水管线或用于洒水降尘；施工现场临时食堂，设置简易有效的隔油池，产生的生活污水经过隔油池方可排放，平时加强管理，定期掏油，防止污染；为防止水污染，现场厕所排污管线上设化粪池，定期清掏，污水经沉淀池，经沉淀后再排入市政污水管网3.5.3 施工现场防噪声污染措施提倡文明施工，加强人为噪声的管理。尽量减少人为地大声喧哗，增强全体施工人员的防噪声扰民的自觉意识；最大限度减少施工噪声污染，现场对噪音机械的使用采用有效的隔音措施，施工现场的强噪声机械（如运输车、钻机、空压机等）禁止鸣笛或设置封闭的机械棚，以减少强噪声的扩散；加强对全体职工的环保教育，防止不必要的噪音产生。3.5.4 施工现场卫生防疫措施施工现场、办公区、生活区、仓库，应实行责任区管理负责制，责任区分片包干、挂牌标示，个人岗位责任制健全，保洁、安全、防火等措施明确有效；办公区要做到整齐、美观、窗明地净，及时打扫和清洗脏物。清倒垃圾到指定场所，严禁随地倾倒污水污物。室内空气流通、清新，防止造成中毒和产生病菌。4 土钉支护技术研究现状4.1 基坑支护方法概述随着我国经济的发展，高层建筑发展越来越快，由于对高层建筑大量采用“补偿法”的设计，充分利用地下空间，促进了深基础的发展，也对基坑开挖和基坑支护工作提出了更高的要求。深基坑的开挖，若采用放坡形式，会增大工程量，造成经济损失；另一方面，由于经济的发展，寸土寸金现象越来越严重，房屋地基条件越来越差，加之附近建筑物、构筑物、道路或地下管线的影响，往往无法进行放坡开挖，常常要用支护结构进行垂直开挖。为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施即为基坑支护。支护结构主要有以下几种方式：4.1.1 排桩以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。4.1.2 地下连续墙用机械施工方法成槽浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体。4.1.3 水泥土墙由水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的重力式结构。4.1.4 土钉墙采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构。是将拉筋插入土体内部全长度与土粘结，并在坡面上喷射混凝土，从而形成加筋土体加固区带，用以提高整个原位土体的强度并限制其位移，同时增强基坑边坡坡体的自身稳定性。4.1.5 土层锚杆由设置于钻孔内、端部伸入稳定土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。支护结构可根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，按表4-1选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙、原状土放坡或采用上述型式的组合。对于膨胀土和湿陷性黄土等特殊地质条件地区应结合当地工程经验应用。支护结构和适用条件 表4-1结构类型适用条件排桩或地下连续墙1. 适于基坑侧壁安全等级一、二、三级2. 悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m3. 当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙水泥土墙1. 基坑侧壁安全等级宜为二、三级2. 水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kpa3. 基坑深度不宜大于6m土钉墙1. 基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地2. 基坑深度不宜大于12m3. 当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施逆作拱墙1. 基坑侧壁安全等级宜为二、三级2. 淤泥和淤泥质土场地不宜采用3. 拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/84. 基坑深度不宜大于12m5. 当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施放坡1. 基坑侧壁安全等级宜为三级2. 施工现场地应力满足放坡条件3. 可独立或与上述其他结合使用4. 当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施基坑支护设计与施工应综合考虑工