第5章 6节 基坑降水与土方开挖

1、 1. 掌握集水井降水、井点降水的施工方法；掌握集水井降水、井点降水的施工方法； 2. 熟悉基坑的开挖方法；熟悉基坑的开挖方法； 3. 熟悉基坑的支护方法。熟悉基坑的支护方法。 一、集水井降水一、集水井降水1. 概述概述: 集水井一般在基坑或沟槽开挖后设置开挖后设置，沿坑底的周围或中央开挖排水沟，并在基础范围以外设置集水井。 土方开挖后地下水在重力作用下经排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。 一般应在逐层开挖，逐层设置（如图）。2.适用范围适用范围 集水井降水法适用于降水深度较小且土层为砂性土或渗水量小的粘性土层。一、集水井降水一、集水井降水3.施工要点施工要点 1) 排水沟一般沿基础四周

2、布置，排水沟一般沿基础四周布置，纵坡宜控制在纵坡宜控制在12。 2) 集水井的间距一般每隔集水井的间距一般每隔2040 m设置一个。设置一个。集水坑的直径或宽度一般为集水坑的直径或宽度一般为0.60.8 m，并保持低于挖土面并保持低于挖土面0.71.0 m。集水坑底应铺设碎石集水坑底应铺设碎石滤水层（一般取滤水层（一般取0.3 m厚）厚） 3) 排水沟和集水井的截面尺寸排水沟和集水井的截面尺寸取决于基坑的涌水量取决于基坑的涌水量。集水井降水步骤集水井降水步骤二、井点降水概述二、井点降水概述 井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井）。在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原

3、理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下。 井点类型井点类型土的渗透系数 （m/d）降水深度（m）轻型井点轻型井点 一级轻型井点一级轻型井点0.1 503 6多级轻型井点多级轻型井点0.1 506 12喷射井点喷射井点0.1 508 20电渗井点电渗井点152.类型与适用范围类型与适用范围1.原理原理1.防止地下水涌入坑内2.防止边坡由于地下水的渗流而引起塌方4.使板桩减少横向荷载3.防止坑底管涌5.消除地下水的渗流，防止流砂现象 3.井点降水的作用井点降水的作用6.使土壤固结，增加地基土的承载能力三、轻型井点降水三、轻型井点降水管路系统 抽水设备滤滤 管管井点管井点管弯联管弯联管总总 管

4、管离心泵离心泵 真空泵真空泵(射流泵射流泵)机组配件机组配件 水水 箱箱 直径38 mm55 mm 长2 m左右的无缝钢管直径38 mm 55 mm长57 m的无缝钢管透明管或胶皮管 间距0.81.2m直径100127 mm的无缝钢管，每段长4 m1 钢管；2管壁上的孔；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1.轻型井轻型井点设备点设备排放总管埋井点管用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备试运行正式正式抽水抽水井点降水示意图井点降水示意图井点管埋设步骤井点管埋设步骤 3.3.轻型井点工作原理轻型井点工作原理( (见动画见动画) )真空泵电动机离心泵分水室水气分离箱冷却箱

5、过滤室 根据基坑（槽）形状，根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用轻型井点可采用单排布置单排布置（图（图a）、）、双排布置双排布置（图（图b）、）、环形布置环形布置（图（图c），），当土方当土方施工机械需进出基坑时，也施工机械需进出基坑时，也可采用可采用U形布置形布置（图（图1d）。）。 1)单排布置适用于基坑、单排布置适用于基坑、槽宽度小于槽宽度小于6m，且降水深且降水深度不超过度不超过5m的情况，井点的情况，井点管应布置在地下水的上游一管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度。于坑槽的宽度。 2)双排布置适用于基坑双排布置适用于基坑宽度大于宽度大于6

6、m或土质不良的或土质不良的情况。情况。 3)环形布置适用于大面环形布置适用于大面积基坑，如采用积基坑，如采用U形布置，形布置，则井点管不封闭的一段应在则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向。地下水的下游方向。 当基坑开挖所需降水深度超过 6 m 时，应采用喷射井点降水。 喷射井点用作深层降水，应用在粉土、极细砂和粉砂中较为适用。 一般一级喷射井点可降低地下位820m，甚至20m以上。压缩空气机压缩空气高压水泵高压工作水进水(气)总管井管井管环形环形通道通道喷喷嘴嘴混混合合室室扩扩散散室室井管内管排水总管集水池地下水滤 管喷气喷气井点井点喷水喷水井点井点截面收缩流速增大形成真空截面扩大流速降低

7、排水沟扬水装置扬水装置外管75内管38逆止球筏防止反灌流量5080m3/h压力0.70.8MPa 电渗井点，一般与轻型井点或喷射井点结合使用，利用轻型井点或喷射井点管本身作为阴极，以金属棒（钢筋、钢管、铝棒等）作为阳极。通入直流电后，带有负电荷的土粒即向阳极移动（即电泳作用），而带有正电荷的水则向阴极方向集中，产生电渗现象。在电渗与井点管内的真空双重作用下，强制粘土中的水由井点管快速排出，井点管连续抽水，从而地下水位渐渐降低。2.适用范围适用范围1.原理原理 适用于渗透系数较小（小于0.1m/d）的饱和粘土，特别是淤泥荷淤泥质粘土3.应用要点应用要点1）.阳极常用5070钢管或2025钢 筋,

8、埋设在井点管内侧并平行交错排列。阴阳极数量宜相等。2）.阴阳极间距离为0.81.0m（当为轻型井点时）或 1.21.5m（喷射井点时）。3）.通电工作电压不宜大于60V。每通电24h，停电23h。且保持地面干燥。 管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽取管井内的水来降低地下水位的方法。具有排水量大、排水效果好、设备简单、易于维护等特点。1.方法与特点方法与特点2.适用范围适用范围 对于渗透系数为20200m/d且地下水丰富的土层、砂层，用明排水造成土颗粒大量流失，引起边坡塌方，用轻型井点难以满足排降水的要求。这时候可采用管井井点。1）.管井井点主要由滤水井管、

9、吸水管、和水泵组成。2）.当采用坑外降水时,可沿基坑环状布置,井中心距坑壁0.51.5m(冲击钻孔时),或不少于3m(套管成孔时)。管井深510m，间距1040m。3）.当采用坑内降水时，可根据所需降水深度，单井涌水量，以及抽水影响半径R确定管井井点间距，以棋盘状布置。3.构造与应用构造与应用 深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基坑的井管，使地下水通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出。本法排水量大，降水深（可达50m），不受吸程限制，排水效果好；井距大，对平面布置的干扰小；可用于各种情况，不受土层限制；成孔（打井）用人工或机械均可，较易于解决；井点制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单，施

10、工速度快；但一次性投资大，成孔质量要求严格；降水完毕，井管拔出较困难。2.适用范围适用范围 适用于渗透系数较大（10250m/d）,土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大，时间长的情况，对在有流砂和重复挖填土方区使用，效果尤佳。1.方法与特点方法与特点3.构造与应用构造与应用1）井点系统设备由深井、井管和潜水水泵等组成。2）深井成孔方法可采用冲击成孔,回转成孔,潜水电钻孔,或水冲法成孔。3）对于渗透系数较小的深层降水,可利用深井泵结合真空泵,以提高降水的效果。4）可采用坑内或坑外降水，坑内降水时井距为10 30m,呈棋盘形点状布置。课堂练习与思考课堂练习与思考1.填空: 井点降水就是在基坑开

11、挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的 。在基坑开挖前和开挖过程中，利用其 ,不断抽出地下水，使地下水位降低的方法。2.填空: 集水井排水沟纵坡宜控制在 。3.选择: 已知某土层地下水为潜水,且井底未能到达不透水 层,则该井为( ) A 无压完整井 B 承压完整井 C 无压非完整井 D 承压非完整井4.选择: 对于降水深度为6m,渗透系数0.1的淤泥质土, 宜选用( )进行降水 A 轻型井点 B 电渗井点 C 轻型井点+电渗井点 D 喷射井点滤井管C12C真空原理课堂练习与思考课堂练习与思考5.填空: 喷射井点是通过 将地下水抽上来的。6.判断: 喷射井点抽吸水时，地下水经扩散室后到达混合 室，然

12、后排出地面。7.判断: 带正电荷的水向阴极集中的现象称为电渗现象。扬水装置错对直接分层开挖包括：直接分层开挖包括：放坡放坡开挖开挖 及及 无内撑的基坑开无内撑的基坑开挖挖。 在基坑较深、在基坑较深、土质较差的情况土质较差的情况下，一般支护结下，一般支护结构需在基坑内设构需在基坑内设置支撑。置支撑。有内支撑支护的有内支撑支护的基坑土方开挖比基坑土方开挖比较困难，其土方较困难，其土方分层开挖应考虑分层开挖应考虑与支撑施工相协与支撑施工相协调。其施工较复调。其施工较复杂。杂。 盆式开挖适合于盆式开挖适合于基坑面积大基坑面积大、支撑或拉锚作业困难支撑或拉锚作业困难且且无法放坡无法放坡，而且地下室底板设

13、计有后浇带或可以留设施工缝而且地下室底板设计有后浇带或可以留设施工缝的基坑。的基坑。 它是先开挖基坑中央部分，形成盆式它是先开挖基坑中央部分，形成盆式，再施工中央区域内的基础底板及地下再施工中央区域内的基础底板及地下室结构室结构，形成形成“中心岛中心岛”。并按。并按“随挖随撑，先撑后挖随挖随撑，先撑后挖”的原则，在支护结构与的原则，在支护结构与“中心岛中心岛”之间设置支撑之间设置支撑，最后再施工边缘部位的地下室结构最后再施工边缘部位的地下室结构。打入打入护壁护壁桩墙桩墙盆式盆式挖土挖土中心中心地下地下室室设设支支撑撑边缘边缘挖土挖土边缘边缘地下地下室室边缘边缘回填回填土土施工施工完毕完毕 当基

14、坑面积较大，而且地下室底板设计有后浇带或可以留设施当基坑面积较大，而且地下室底板设计有后浇带或可以留设施工缝时，可采用岛式开挖的方法。工缝时，可采用岛式开挖的方法。打入打入护壁护壁桩墙桩墙边缘边缘挖土挖土中心中心地下地下室室设设支支撑撑边缘边缘地下地下室室施工施工完毕完毕设置设置拆除拆除支撑支撑中心中心挖土挖土边缘边缘回填回填土土 先开挖边缘部分的土方，将基坑中央的土方暂时留置，该土方先开挖边缘部分的土方，将基坑中央的土方暂时留置，该土方具有反压作用，可有效地防止坑底土的隆起，有利支护结构的稳定。具有反压作用，可有效地防止坑底土的隆起，有利支护结构的稳定。打入打入护壁护壁桩墙桩墙边缘边缘挖土挖

15、土中心中心地下地下室室设设支支撑撑边缘边缘地下地下室室施工施工完毕完毕设置设置拆除拆除支撑支撑中心中心挖土挖土边缘边缘回填回填土土正铲挖土机反铲挖土机拉铲挖土机抓铲挖土机装载机推土机课堂练习与思考课堂练习与思考1.判断: 当开挖停机面以下土时，可选用正铲挖土机。2.填空: 基坑土方开挖方法有直接分层开挖、 、 、 。3.填空: 土方开挖中应遵循的总原则是 。4.判断: 盆式开挖适合于基坑面积大、支撑或拉锚作业困难 且无法放坡，而且地下室底板设计有后浇带或可以 留设施工缝的基坑。错土方分层开挖、垫层随挖随浇，开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖有内撑开挖盆式开挖岛式开挖对5.判断: 岛式开挖是

16、先挖中央部分土方,后挖边缘土方。错333 基坑支护基坑支护上海环球金融中心上海环球金融中心基础施工基础施工地铁车站的地铁车站的深基坑支护深基坑支护34深基坑边坡支护坍塌事故深基坑边坡支护坍塌事故35常用的支护结构体系排桩式排桩式土钉墙土钉墙喷锚支护喷锚支护钢管桩钢管桩挖孔灌注桩挖孔灌注桩钢板桩钢板桩板墙式板墙式板桩式板桩式组合式组合式粉体喷射注浆桩墙粉体喷射注浆桩墙钻孔灌注桩钻孔灌注桩高压喷射注浆桩墙高压喷射注浆桩墙深层搅拌水泥土桩墙深层搅拌水泥土桩墙边坡稳定式边坡稳定式排桩与板墙式排桩与板墙式水泥挡土墙式水泥挡土墙式现浇地下连续墙现浇地下连续墙灌注桩与灌注桩与水泥土桩结合水泥土桩结合加筋水泥

17、土围护墙加筋水泥土围护墙型钢横挡板型钢横挡板支护结构主要由支护结构主要由围护墙围护墙和和支撑体系支撑体系组成。组成。加筋水泥土墙加筋水泥土墙36z 水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩（或称（或称深层搅拌桩深层搅拌桩）：）： 利用水泥作为利用水泥作为固化剂固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质水泥加反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质水泥加固土。固土。 z 水泥土墙宜用：于

18、坑深水泥土墙宜用：于坑深 6m；基坑侧壁安全等级为一、二级；地；基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承载力基土承载力 150kPa的情况。的情况。3738z 高压喷射旋喷桩高压喷射旋喷桩z 是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速喷射喷射出来，直接破出来，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升旋转边提升，使，使浆液与土体充分搅拌混合浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到

19、加固。在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固。39水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩40南京市级机关33层住宅楼，地下室一层，挖深6m，水泥土搅拌桩支护技术414442图 “一次喷浆、二次搅拌”施工流程 a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f )成桩结束432、 土钉墙支护钻钻 孔孔 插筋、注浆插筋、注浆 铺设钢筋网铺设钢筋网 喷射砼护面喷射砼护面土钉墙支护土钉墙支护44土钉施工 土钉墙适用条件：土钉墙适用条件：适用于有适用于有粘粘性土、粉性土、含有性土、粉性土、含有30%30%上粘土颗上粘土颗粒的砂土边坡粒的砂土边坡。 常用于常用于开挖深度不大、周

20、围开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。要求不高的基坑支护。45464748基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，开挖深度在开挖深度在6 61010米左右时，即可采用排桩支护。排桩支护可采用米左右时，即可采用排桩支护。排桩支护可采用钻孔钻孔灌注桩、人工挖孔桩灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩预制钢筋混凝土板桩或或钢板桩。钢板桩。柱列式排桩支护柱列式排桩支护连续排桩支护连续排桩支护组合式排桩支护组合式排桩支护连续排桩支护连续排桩支护连续排桩支护连续排桩支护

21、连续排桩支护连续排桩支护（1）排桩墙的平面布置形式49 挡土灌注桩支护挡土灌注桩支护深基坑的间隔式排桩支护深基坑的间隔式排桩支护50挡土灌注桩与土层锚杆结合支护挡土灌注桩与土层锚杆结合支护适于大型较深适于大型较深基坑基坑, ,施工期较施工期较长长, ,邻近有建筑邻近有建筑物物, ,不允许支护不允许支护, , 邻近地基邻近地基不允不允许许有下沉位移有下沉位移时使用时使用深基坑的间隔式排桩支护深基坑的间隔式排桩支护桩顶连系梁桩顶连系梁悬臂支护桩悬臂支护桩锚杆及横撑锚杆及横撑51(a)(b)(c)c）H形板桩a）U形板桩相互连接b）Z形板桩相互连接锁口形成整体，具有较好的隔水能力。52(a)(b)(

22、c)c）H形板桩a）U形板桩相互连接b）Z形板桩相互连接锁口形成整体，具有较好的隔水能力。53板式支护结构1板桩墙；2围檩；3钢支撑；4斜撑；5拉锚；6土锚杆；7先施工的基础；8竖撑23182471521621d)土锚式a)水平支撑式b)斜撑式c)拉锚式常用钢板桩截面形式(a) Z型;(b) U型 ;( c )一字型;(d)组合型54钢板桩水平支撑钢板桩水平支撑U型钢板桩型钢板桩 插打插打 入土入土 U型板桩相互连接型板桩相互连接 挡墙系统：挡墙系统：常用的形式有常用的形式有槽钢、槽钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩、灌注桩钢板桩、钢筋混凝土板桩、灌注桩及地下连续墙及地下连续墙等。等。 支撑系统：支撑系统：大型钢管、大型钢管、H型钢或型钢或格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。混凝土支撑。 拉锚系统：拉锚系统：用钢筋、钢索、型用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。钢或土锚杆。5556挖孔桩挖孔桩- -钢支撑钢支撑 5758SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）-板式支护-钢板桩59601231132(a)(b)1 1a）平面布置 b）剖面打桩围檩支架1围檩桩；2-围檩；3钢板桩围檩围檩614 土层锚杆支护土层锚杆支护基坑锚杆支护施工中基坑锚杆支护施工中6263重庆市高切坡，预应力锚