第一章 土方工程1.5(1)

1、第一章 土方工程1.5 降水池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 在基坑开挖过程中，当基底低于地下水位时，由在基坑开挖过程中，当基底低于地下水位时，由于土的含水层被切断，地下水会不断地渗入坑内。于土的含水层被切断，地下水会不断地渗入坑内。 雨期施工时，地面水也会不断流入坑内。雨期施工时，地面水也会不断流入坑内。 不采取降水措施的后果不采取降水措施的后果 施工条件恶化，易造成塌方，使地基的承载力下施工条件恶化，易造成塌方，使地基的承载力下降。降。 遇有承压含水层时遇有承压含水层时 基底可能被冲溃破坏。基底可能被冲溃破坏。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 降低地下水位的

2、方法降低地下水位的方法 集水井降水法集水井降水法 井点降水法井点降水法池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 （一）集水井降水（一）集水井降水 适用：适用： 降水深度较小且土层为粗粒土或渗水量小的粘降水深度较小且土层为粗粒土或渗水量小的粘性土。性土。 不适用：不适用： 粉砂土和细砂土，在这类土中易形成流砂。粉砂土和细砂土，在这类土中易形成流砂。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 1 1设设 置置 排水沟及集水井：排水沟及集水井： 设置在基础范围以外；设置在基础范围以外； 地下水流的上游；地下水流的上游； 基坑面积较大时，可在中间设置盲沟排水。基坑面积较大时，可在中间设置

3、盲沟排水。 集水井的水平间距：每隔集水井的水平间距：每隔 20 40m 20 40m 设置一个。设置一个。 基坑123池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程3 3构构 造造 集水坑集水坑直径或宽度：直径或宽度：0.6-0.8m0.6-0.8m； 开挖：随着挖土的加深而加深，低于挖土面开挖：随着挖土的加深而加深，低于挖土面0.71.0m0.71.0m；坑壁：可用竹、木材料等加固，也可；坑壁：可用竹、木材料等加固，也可用砖垒筑；坑底：低于基坑底面用砖垒筑；坑底：低于基坑底面1.0-2.0m1.0-2.0m； 铺设滤水层铺设滤水层 a a）0.3m0.3m厚碎石滤水层；厚碎石滤水层； b

4、b）下部砾石（约）下部砾石（约 0.1m 0.1m厚）、厚）、 上部粗砂（约上部粗砂（约0.1m0.1m）池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程1. 1. 井点降水的作用井点降水的作用（二） 井点降水水 压d涌 水a)塌 方b)流 砂e)管 涌c)a)防止涌水；b)稳定边坡；c)防止管涌；d)减少横向荷载；e)防止流砂图1- 29 井点降水的作用池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程2. 2. 流砂的成因及防止流砂的成因及防止 基坑挖土至基坑挖土至地下水位以下地下水位以下，当土质为，当土质为细砂土或粉砂土细砂土或粉砂土的情况下，采用集水坑降低地下水时，坑下的土有时会形的情况

5、下，采用集水坑降低地下水时，坑下的土有时会形成流动状态，而随着地下水流入基坑，这种现象称为成流动状态，而随着地下水流入基坑，这种现象称为流砂流砂现象。现象。 流砂的危害：流砂的危害： 土体完全丧失承载力，土体边挖边冒流砂，至使施工土体完全丧失承载力，土体边挖边冒流砂，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。条件恶化，基坑难以挖到设计深度。 严重时会引起基坑边坡塌方、临近建筑因流砂而出现严重时会引起基坑边坡塌方、临近建筑因流砂而出现地基被掏空的现象，引起建筑开裂、沉降、甚至倒塌。地基被掏空的现象，引起建筑开裂、沉降、甚至倒塌。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程产生流砂现象的原因 流

6、砂现象产生的原因，是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。 动水压力 地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力，用 GD 表示。 GD与单位土体内的渗流水受到土骨架的阻力T 大小相等，方向相反。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程产生流砂现象的原因产生流砂现象的原因 水在土体内从水在土体内从 A A 向向 B B 流动，流动，ABAB柱体：长度为柱体：长度为L L，横断面积为横断面积为F F，A A、B B之间的水头差为之间的水头差为H HA A- -H HB B。r LFcosar LFwAwTLFw Ar h FBDGABBBAAAhZaLHZHhB Bw r h F图1

7、-30 饱和土体中动水压力的计算 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程r LFcosar LFwAwTLFw Ar h FBDGABBBAAAhZaLHZHhB Bw r h F图1-30 饱和土体中动水压力的计算 产生流砂现象的原因产生流砂现象的原因 作用土柱体中水的力有：作用土柱体中水的力有：A A，B B两端的静水压力，分别两端的静水压力，分别为：为： r rw w h hA A F F 和和 r rw w h hB B F F；柱体内孔隙水的重量和土骨架浮；柱体内孔隙水的重量和土骨架浮力的反力：力的反力：r rw w L FL F；柱体中土骨架对渗流水的总阻力：；柱体中土骨

8、架对渗流水的总阻力：T L T L F F。 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 产生流砂现象的原因产生流砂现象的原因 计算动水压力时，考虑到地下水的渗流加速度很小（计算动水压力时，考虑到地下水的渗流加速度很小（a a00），因而忽略惯性力。），因而忽略惯性力。r LFcosar LFwAwTLFw Ar h FBDGABBBAAAhZaLHZHhB Bw r h F图1-30 饱和土体中动水压力的计算 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 由由X X=0=0得：得：r rw w h hA A F F - - r rw w h hB B F F - - T L F T

9、 L F + + r rw w L F L F coscos= 0= 0将将 代入上式可得代入上式可得 ：r h Fw BB hHZHLaZhAAABBBAGDBr h Fw ATLFwAwr LFr LFcosaXLZZBAcos池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程LHHLZhZhTBAwBBAAw)()( 为水头差与渗透路径之比，称为水力坡为水头差与渗透路径之比，称为水力坡度，用度，用 i i 表示。表示。 式中，负号表示式中，负号表示G GD D与所设水渗流时受到的总阻力与所设水渗流时受到的总阻力T T 的的 方向相反，与水的渗流方向一致。方向相反，与水的渗流方向一致。LHH

10、BAwDiTG池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 由上式可知，动水压力由上式可知，动水压力 G GD D 的大小与水力坡度成正的大小与水力坡度成正比，即水位差比，即水位差 H HA A- -H HB B 愈大，则愈大，则 G GD D 愈大；而渗透路程愈大；而渗透路程 L L 愈长，则愈长，则 G GD D 愈小。当水流在动水压力的作用下对土颗愈小。当水流在动水压力的作用下对土颗粒产生向上压力，如果动水压力大于土的浮重度粒产生向上压力，如果动水压力大于土的浮重度 时时（ G GD D ），便产生流砂。），便产生流砂。 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程流砂的防治流砂

11、的防治 由于在细颗粒、松散、饱和的非粘性土中发生流由于在细颗粒、松散、饱和的非粘性土中发生流砂现象的主要条件是砂现象的主要条件是动水压力的大小和方向动水压力的大小和方向。 当动水压力方向向上且足够大时，土颗粒发生流当动水压力方向向上且足够大时，土颗粒发生流动，成为流砂，而动水压力方向向下时，又可将流砂动，成为流砂，而动水压力方向向下时，又可将流砂转化成稳定土。转化成稳定土。 防治流砂的基本原则防治流砂的基本原则“治流砂必先治水治流砂必先治水”。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 流砂的防治流砂的防治 防治流砂的防治流砂的主要途径主要途径有：有： 减少或平衡动水压力；减少或平衡动水

12、压力； 设法使动水压力方向向下；设法使动水压力方向向下； 截断地下水流。截断地下水流。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程流砂的防治具体措施：流砂的防治具体措施： 1 1枯水期施工法枯水期施工法 枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。压力小，就不易产生流砂。 2 2抢挖并抛大石块法抢挖并抛大石块法 分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻

13、微的压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。流砂。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 3 3设止水帷幕法设止水帷幕法 将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，使土的渗流路径延长、减小水力坡度，闭的止水帷幕，使土的渗流路径延长、减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。从而减小动水压力，防止流砂产生。 4 4人工降低地下水位法人工降低地下水位法 即采用井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射即采用井点降水法（如轻

14、型井点、管井井点、喷射井点等），使动水压力的方向向下，从而能有效地防止井点等），使动水压力的方向向下，从而能有效地防止和根治流砂。因此，此法应用广泛且较为可靠。和根治流砂。因此，此法应用广泛且较为可靠。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程3. 3. 井点降水种类井点降水种类 井点降水原理井点降水原理 井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋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，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下（图

15、降低到坑底以下（图1-311-31）。）。3568741261自然地面;2 水泵;3 总管;4 井点管;5 滤管;6 降水后水位;7 原地下水水位;8 基坑地面.图1-31 轻型井点法降低 地下水位全貌图池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 4 4. . 井点降水的类型井点降水的类型 井点有两大类：井点有两大类：轻型井点轻型井点和和管井类管井类。一般根。一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素确定，可参照表较等因素确定，可参照表1-121-12选择。选择。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程各种井点的适用范围 表

16、1-12井点类别井点类别土的渗透性土的渗透性(m/d) (m/d) 降水深度降水深度(m) (m) 轻型轻型井点井点一级轻型井点一级轻型井点 0.1-500.1-503-6 3-6 多级轻型井点多级轻型井点0.1-500.1-50视井点级数而定视井点级数而定 喷射井点喷射井点0.1-500.1-508-20 8-20 电渗井点电渗井点 0.11515m/d=1.16E-3cm/s池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程4. 4. 一般轻型井点一般轻型井点 (1) (1) 一般轻型井点一般轻型井点 轻型井点设备由轻型井点设备由管路系统管路系统和和抽水设备抽水设备组成（图组成（图1-311

17、-31）3568741261自然地面;2 水泵;3 总管;4 井点管;5 滤管;6 降水后水位;7 原地下水水位;8 基坑地面.图1-31 轻型井点法降低地下水位全貌图池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 管路系统包括：管路系统包括： 滤管、井点管、弯联管及总管滤管、井点管、弯联管及总管。356874126池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程18234567滤管滤管（图（图1-321-32）钢管钢管 长度长度1.01.5m1.01.5m、直径、直径38mm38mm或或51mm51mm； 滤孔滤孔管壁钻孔管壁钻孔1219mm

18、1219mm； 滤网滤网骨架管外面包以两层孔径不同的生骨架管外面包以两层孔径不同的生丝布或塑料布。丝布或塑料布。 塑料管或铅丝塑料管或铅丝在骨架管与滤网之间放置在骨架管与滤网之间放置，使流水畅通；，使流水畅通； 粗铁丝保护网粗铁丝保护网 滤网外面；滤网外面； 铸铁塞铸铁塞滤管下端设置；滤管下端设置； 与井点管连接与井点管连接滤管上端。滤管上端。1 钢管；2 管壁上的小孔；3 缠绕的塑料管；4 细滤网；5 粗滤网；6 粗铁丝保护网；7 井点管；8 铸铁头图1-32 滤管构造池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 井点管井点管直径直径38mm 38mm 和和51mm51mm、长、长5-7

19、m5-7m的钢管。井点管的钢管。井点管的上端用弯联管与总管相连。的上端用弯联管与总管相连。 集水总管集水总管直径直径100-127mm100-127mm的无缝钢管，每段长的无缝钢管，每段长4m4m，其上端有井点管联结的短接头，间距其上端有井点管联结的短接头，间距0.8m0.8m或或1.2m1.2m。356874126池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 抽水设备抽水设备 由真空泵、离心泵和水气分离器（又叫集水箱）等组由真空泵、离心泵和水气分离器（又叫集水箱）等组成。成。 一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）为一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）为100-100-120m12

20、0m。356874126池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 （2 2） 轻型井点的布置与计算轻型井点的布置与计算 a. a. 平面布置平面布置c)a)d)b)BBa）单排布置；b）双排布置；c）环形布置；d） U形布置图1-34 轻型井点平面布置池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程b. 高程布置 高程布置系确定井点管埋深，即滤管上口至总管埋设面的距离，可按式1-39计算（图1-35）。 1hhhiL （1-39） lhh La)iLhh 20017001000hlLssb)a)单排井点；b)双排、U形或环形布置图1-35 高程布置计算池州学院

21、池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程1hhhiL 式中 h 井点管埋深（m）； h1 总管埋设面至基底的距离（m）； h 基底至降低后的地下水位的距离（m）； i 水力坡度； L 井点管至水井中心的水平距离，当井点管 为单排布置时，L为井点管至对边坡角的 水平距离（m）。 lhh La)iLhh 20017001000hlLssb)池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程c.总管及井点管数量的计算 （a）涌水量计算 水井分类 井点管系统的涌水量根据水井理论进行计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。各类井的涌水量计算方法都不同。 池州学院池州学院

22、建筑施工建筑施工第一章 土方工程不透水层不透水层承压水透水层透水层12潜水34图1-36 水井的分类1承压完整井； 2承压非完整井；3无压完整井；4无压非完整井无压井水井布置在具有潜水自由面的含水层中 （即地下水面为自由面）；承压井当水井布置在承压含水层中。完整井当水井底部达到不透水层；非完整井当水井底部未达到不透水层。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程rR2xyyy21x1x22RSH11yxl 无压完整井涌水量计算 单井H 含水层厚度（m）；S 水井处水位降落 高度（m）；R 水井（单井）的 半径（m）。1流线；2过水断面图1-37 无压完整井水位降落曲线和流线网池州学院池州

23、学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 无压完整井涌水量计算 单井 或 （m3/d） （1- 46） 式中 K土的渗透系数（m/d）； H含水层厚度（m）； S水井处水位降落高度（m）； r 水井（单井）的半径（m）。 (2)lnlnHS SQKRr (2)1.364lgHS SQKlgRr 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 无压完整井涌水量计算 无压完整井涌水量（单井）的推导池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 在井点系统中，各井点管是布置在基坑周围，许多井点同时抽水，即群井共同工作。 群井的计算，可把由各井点管组成的群井系统，视为一口大的单井，得到群井的涌水量计算

24、公式。R0 x Hlss池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程群井的涌水量计算公式（1-48）或 （m3/d） （1-48） 式中 S 井点管处水位降落高度（m）； x0 井点管围成的水井的半径（m）； 其他符号意义同前。 00(2)ln)lnHS SQKRxx （00(2)1.364lg()lgHS SQKRxx 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程（3）无压非完整井涌水量计算 在实际工程中往往会遇到无压完整井的井点系统，这时地下水不仅从井的面流入，还从井底渗入。因此涌水量要比完整井大。为了简化计算，仍可采用公式（1-48）。此时式中 H 换成有效含水深度H0，即 或

25、（m3/d） （1-49） 000(2)ln)lnHS SQKRxx （000(2)1.364lg()lgHS SQKRxx 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程（3）无压非完整井涌水量计算或 H0 可查表1-13。当算得的 H0 大于实际含水层的厚度 H 时，取H0 = H。 000(2)ln)lnHS SQKRxx （000(2)1.364lg()lgHS SQKRxx S/(S+l)0.20.30.50.8H01.3(S+l)1.5(S+l)1.7(S+l)1.84(S+l)表中， S 为井点管内水位降落值（m）； l 为滤管长度（m）。池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章

26、 土方工程 有效含水深度H0的意义是，抽水是在H0范围内受到抽水影响，而假定在H0以下的水不受抽水影响，因而也可将H0视为抽水影响深度。H0HH0 抽水影响 深度池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程 x0、R、K的确定：假想半径x0的确定 由于基坑大多不是圆形，因而不能直接得到 x0。当矩形基坑长宽比不大于 5 时，环形布置的井点可近似作为圆形井来处理，并用面积相等原则确定，此时将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径： 0Fx （1-49） 式中 x0 环形井点系统的假想半径（m）； F 环形井点所包围的面积（m2）。 池州学院池州学院建筑施工建筑施工第一章 土方工程抽水影响半径R的确定 R 与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关可近似地按式（1-50）计算： （m） 式中 S，H 的单