《土木工程施工技術(shù)》課件3 土方工程-地下水.ppt

2019/6/27,1,1.3.3 地下水控制,1. 熟悉流砂產(chǎn)生的原理和防止方法； 2. 掌握集水井降水施工方法； 3. 了解各類(lèi)井點(diǎn)的特點(diǎn)與適用范圍； 4. 掌握無(wú)壓井涌水計(jì)算； 5. 掌握輕型井點(diǎn)的平面布置與高程布置方法。 6. 熟悉輕型井點(diǎn)降水施工方法和施工程序； 7. 了解抽水對(duì)周邊環(huán)境的影響及其防止措施。,2019/6/27,2,(一)降水目的 1、防止涌水、流砂，保證在較干燥的狀態(tài)下施工； 2、防止滑坡、塌方、坑底隆起； 3、減少坑壁支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平荷載。,2019/6/27,3,2019/6/27,4,事故原因,由于發(fā)生事故的聯(lián)絡(luò)通道所處的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，處在第7層承壓水地層中，開(kāi)挖過(guò)程中承壓水沖破土層，而發(fā)生流砂，流砂的產(chǎn)生帶動(dòng)土層擾動(dòng)、移位，造成隧道結(jié)構(gòu)破壞，引起地面土體沉陷，繼而發(fā)生地面建筑物傾斜、部分倒塌，防汛墻沉陷、坍塌等險(xiǎn)情。,隧道,聯(lián)絡(luò)通道,流 沙,頂破口,事故誘因:,2019/6/27,5,7月2日-3日，險(xiǎn)情在進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大,隧道內(nèi)繼續(xù)大量進(jìn)水，水位上漲速度較快，約每小時(shí)漲移15M(100L/s)。管片損壞程度進(jìn)一步擴(kuò)展，并有管片連接螺栓繃斷的響聲傳出。,地面沉陷的范圍和深度在進(jìn)一步擴(kuò)大，以風(fēng)井為中心的地面從沉陷漏斗發(fā)展成塌陷區(qū)，最深達(dá)4M，臨江大廈門(mén)口地面塌陷最深處約2M，董家渡路沉陷達(dá)1M，中山南路明顯下沉，地面開(kāi)裂發(fā)展加快。,音像樓傾斜加劇，樓板斷裂；文廟泵站發(fā)生突沉；臨江大廈沉降速率加快，沉降量達(dá)12.2mm，地下室出現(xiàn)裂縫。,河床嚴(yán)重?cái)_動(dòng)、下沉、滑移，近30M防汛墻倒塌，近70M防汛墻結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，黃浦江水沖入塌陷區(qū)、沖向風(fēng)井，并進(jìn)入地下隧道，加劇險(xiǎn)情發(fā)展。,臨江大廈門(mén)口地面塌陷,文廟泵站突沉,2019/6/27,6,搶險(xiǎn)措施,指揮部名錄,指 揮 部,總指揮：楊雄（副市長(zhǎng)）,2019/6/27,7,黃 浦 江,浦東南路站,南浦大橋站,隧道進(jìn)水,1號(hào)線,軌 道 交 通 四 號(hào) 線,事故最大損害分析示意圖,第一、封堵隧道、向隧道內(nèi)灌水、 盡快形成和保持隧道內(nèi)外水土壓力平衡,專(zhuān)家組在險(xiǎn)情發(fā)展過(guò)程中，對(duì)險(xiǎn)情造成的最大損壞作了分析。,2號(hào)線,2019/6/27,8,專(zhuān)家組一致認(rèn)為阻止險(xiǎn)情發(fā)展最重要的措施是封堵隧道，向隧道內(nèi)灌水，盡快恢復(fù)和保持隧道內(nèi)外的水土壓力平衡。,2019/6/27,9,搶筑防汛圍堰,武警進(jìn)場(chǎng),7月2日起動(dòng)緊急防汛搶險(xiǎn)預(yù)案,2019/6/27,10,采用旋噴樁，對(duì)滲水處緊急封堵,武警封堵防汛墻滲水處,對(duì)滲水處緊急封堵 在主堤內(nèi)側(cè)增設(shè)拉森鋼板樁 對(duì)主堤和內(nèi)側(cè)地面進(jìn)行注漿,圍堰內(nèi)側(cè)打鋼板樁,2019/6/27,11,全面加固防汛主堤,采取吹泥管袋鎮(zhèn)壓棱體，土工布和模袋砼罩面，全面加固防汛主堤。,武警們對(duì)防汛墻進(jìn)行加固,加高后的主堤,在采取了各項(xiàng)緊急措施后，7月4日5日，險(xiǎn)情發(fā)展才趨于平穩(wěn)。,2019/6/27,12,1.3.3.1 地下水流的基本性質(zhì),1 動(dòng)水壓力 GD,地下水分潛水和層間水兩種。 潛水即從地表算起第一層不透水層以上含水層中所含的水，這種水無(wú)壓力，屬于重力水。 層間水即夾于兩不透水層之間含水層中所含的水。如果水末充滿(mǎn)此含水層，水沒(méi)有壓力，稱(chēng)無(wú)壓層間水；如果水充滿(mǎn)此含水層，水則帶有壓力，稱(chēng)承壓層間水(因l1)。,2019/6/27,13,1 動(dòng)水壓力 GD,推論: 水的單位阻力T: T = w ( H1 H2 ) / L T = w I,動(dòng)水壓力 GD,GD = T = w I,2019/6/27,14,流砂現(xiàn)象 當(dāng)開(kāi)挖深度大、地下水位較高而土質(zhì)為細(xì)砂或粉砂時(shí)，如果采用集水井法降水開(kāi)挖，當(dāng)挖至地下水位以下時(shí)，坑底下面的土?xí)纬闪鲃?dòng)狀態(tài)，隨地下水涌入基坑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為流砂 A.動(dòng)水壓力地下水在滲流過(guò)程中受到土顆粒的阻力，使水流對(duì)土顆粒產(chǎn)生的一種壓力。其大小與水力坡度成正比，方向同滲流方向 。 B.流砂原因: 當(dāng)動(dòng)水壓力大于或等于土的浸水 重度(GD)時(shí)，土粒被水流帶 到基坑內(nèi)。主要發(fā)生在細(xì)砂、粉 砂、輕亞粘土、淤泥中,2019/6/27,15,動(dòng)水壓力 GD,GD= - w I,I = ( H1 H2 ) / L,流砂現(xiàn)象:,GD w (土的浸水重度),GD,w,H1 H2,L,多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻而細(xì)的粉、細(xì)砂等砂性土中。,防治措施：1）降水；2）防水帷幕,臨界坡度Icr,GD =w,w Icr = w,Icr = w / w = (sat w ) / w,2019/6/27,16,防治方法 防治流砂的基本原則是減少或平衡動(dòng)水壓力；設(shè)法使動(dòng)水壓力方向向下；截?cái)嗟叵滤?。其具體措施有： （1）枯水期施工法?？菟诘叵滤惠^低，基坑內(nèi)外水位差小，動(dòng)水壓力小，就不易產(chǎn)生流砂。 （2）搶挖并拋大石塊法。分段搶挖土方，使挖土速度超過(guò)冒砂速度，在挖至標(biāo)高后立即鋪竹、蘆席，并拋大石塊，以平衡動(dòng)水壓力，將流砂壓住。此法適用于治理局部的或輕微的流砂。 （3）設(shè)止水帷幕法。將連續(xù)的止水支護(hù)結(jié)構(gòu)（如連續(xù)板樁、深層攪拌樁、密排灌注樁等）打入基坑底面以下一定深度，形成封閉的止水帷幕，從而使地下水只能從支護(hù)結(jié)構(gòu)下端向基坑滲流，增加地下水從坑外流入基坑內(nèi)的滲流路徑，減小水力坡度，從而減小動(dòng)水壓力，防止流砂產(chǎn)生。 （4）凍結(jié)法。將出現(xiàn)流砂區(qū)域的土進(jìn)行凍結(jié)，阻止地下水的滲流，以防止流砂發(fā)生。 （5）人工降低地下水位法即采用井點(diǎn)降水法（如輕型井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)等）。使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的滲流向下，則動(dòng)水壓力的方向也向下，從而水不能滲流入基坑內(nèi)，可有效地防止流砂的發(fā)生。因此，此法應(yīng)用廣泛且較可靠。,2019/6/27,17,1 集水明排,1.3.3.2 地下水控制方法,2019/6/27,18,集水井降水,2019/6/27,19,適用性： 集水井降水法一般適用于降水深度較小且土層為粗粒土層或滲水量小的粘性土層。 當(dāng)基坑開(kāi)挖較深，又采用剛性土壁支護(hù)結(jié)構(gòu)擋土并形成止水帷幕時(shí)，基坑內(nèi)降水也多采用集水井降水法。 在井點(diǎn)降水仍有局部區(qū)域降水深度不足時(shí)，也可輔以集水井降水。,2019/6/27,20,構(gòu)造： 集水坑的直徑或?qū)挾纫话銥?.60.8 m，其深度隨著挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.71.0 m。坑壁可用磚壘筑，也可用竹筐、木板等簡(jiǎn)易加固。當(dāng)基坑挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，集水坑底應(yīng)低于基坑底面1.02.0 m，并鋪設(shè)碎石濾水層（0.3 m厚）或采用雙層濾水層，下部礫石（0.1 m厚）、上部粗砂（0.1 m厚），以免由于抽水時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而將泥砂抽出，并防止坑底土被擾動(dòng)。,2019/6/27,21,施工： 集水井一般在基坑或溝槽開(kāi)挖后設(shè)置，土方開(kāi)挖到坑（槽）底后，先沿坑底的周?chē)蛑醒腴_(kāi)挖排水溝，并設(shè)置集水井。土方開(kāi)挖后地下水在重力作用下經(jīng)排水溝流入集水井內(nèi)，然后用水泵抽出坑外。如果開(kāi)挖深度較大，地下水滲流嚴(yán)重，則應(yīng)在逐層開(kāi)挖，逐層設(shè)置,2019/6/27,22,溝、井截面根據(jù)排水量確定，排水量V應(yīng)滿(mǎn)足下式要求： V1.5Q 式中 Q基坑總涌水量，可按建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-99附錄F計(jì)算。 抽水設(shè)備可根據(jù)排水量大小及基坑深度確定。 當(dāng)基坑側(cè)壁出現(xiàn)分層滲水時(shí)，可按不同高程設(shè)置導(dǎo)水管、導(dǎo)水溝等構(gòu)成明排系統(tǒng)；基坑明排尚應(yīng)重視環(huán)境排水，當(dāng)?shù)乇硭畷?huì)對(duì)基坑側(cè)壁產(chǎn)生沖刷時(shí)，宜在基坑外采取截水、封堵、導(dǎo)流等措施。,2019/6/27,23,井點(diǎn)降水的作用,2. 井點(diǎn)降水,2019/6/27,24,井點(diǎn)類(lèi)型及適用范圍,2019/6/27,25,輕型井點(diǎn)降低地下水位，是沿基坑周?chē)砸欢ǖ拈g距埋入井管(下端為濾管)，在地面上用水平鋪設(shè)的集水總管將各井管連接起來(lái)，再于一定位置設(shè)置真空泵和離心泵，開(kāi)動(dòng)真空泵和離心泵后，地下水在真空吸力作用下，經(jīng)濾管進(jìn)入井管，然后經(jīng)集水總管排出，這樣就降低了地下水位(圖l3)。 輕型井點(diǎn)設(shè)備主要包括：井管(下端為濾管)、集水總管、水泵和動(dòng)力裝置等。,3. 輕型井點(diǎn),(1)設(shè)備,2019/6/27,26,輕型井點(diǎn)設(shè)備工作原理,2019/6/27,27,井點(diǎn)管降水工作原理,2019/6/27,28,井點(diǎn)管,濾管,2019/6/27,29,濾管構(gòu)造,2019/6/27,30,干式真空泵排水,2019/6/27,31,基坑工程中降水方案的選擇與設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足下列要求:,(1) 基坑開(kāi)挖及地下結(jié)構(gòu)施工期間，地下水位保持在基底以下0.5-1.0m; (2) 深部承壓水不引起坑底隆起: (3) 保證降水期間臨近建筑物及地下管線的正常使用; (4) 保證基坑邊坡的穩(wěn)定。,2019/6/27,32,輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的計(jì)算步驟,確定井點(diǎn)系統(tǒng)的布置方式； 計(jì)算涌水量； 計(jì)算井點(diǎn)數(shù)量和井距； 校核水位降低數(shù)值； 選擇水泵規(guī)格等。,2019/6/27,33,1）確定井點(diǎn)系統(tǒng)的布置方式,高程布置,hh1十 h十 iL (m),2019/6/27,35,2019/6/27,36,(2) 輕型井點(diǎn)計(jì)算,水井分類(lèi),2019/6/27,37,A.無(wú)壓完整井涌水量的計(jì)算,K 土層滲透系數(shù)（m/d）； H 含水層厚度（m）； S 井點(diǎn)管處水位降深（m）； R 抽水影響半徑（m），R=1.95S(HK)1/2； X0環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)的假想半徑（m）； 當(dāng)長(zhǎng)寬比A/B5時(shí)，X0=(F/)1/2，否則分塊計(jì)算涌水量再累加。 F 井點(diǎn)系統(tǒng)所包圍的面積。,2019/6/27,38,應(yīng)用上述基本計(jì)算公式時(shí)，x0、R、K、H，需首先加以確定：,a)基坑的假想半徑x0 : 對(duì)于矩形基坑，當(dāng)其長(zhǎng)寬比不大于5時(shí)，可將其化成一個(gè)假想半徑為x0的圓形井進(jìn)行計(jì)算：,F基坑井點(diǎn)管所包圍的面積,2019/6/27,39,b)抽水影響半徑R,井點(diǎn)系統(tǒng)抽水后，地下水受到影響形成降落曲線，從開(kāi)始形成降落曲線到最后穩(wěn)定，要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，時(shí)間的長(zhǎng)短取決于土顆粒的組成。降落曲線穩(wěn)定的影響半徑，即為計(jì)算用的抽水影響半徑R。一般在水泵的出水穩(wěn)定后，再經(jīng)過(guò)15天降落曲線就達(dá)到穩(wěn)定。計(jì)算抽水影響半徑R的公式很多，常用的計(jì)算公式為：,R=1.95S (HK)1/2,2019/6/27,40,B. 無(wú)壓非完整井涌水量的計(jì)算,注意：1、當(dāng)H0值超過(guò)H時(shí)，取H0H； 2、計(jì)算R時(shí)，也應(yīng)以H0代入。,Ho 抽水影響深度（m） 該值可根據(jù)下表確定：,2019/6/27,41,3）根據(jù)井點(diǎn)系統(tǒng)的涌水量和單根井管的抽水能力，確定 井管的數(shù)量和井距。,q65d l K1/3 （m3/d）,d、l濾管直徑、長(zhǎng)度（m）,A.單根井管的抽水能力q按下式計(jì)算：,2019/6/27,42,B.井點(diǎn)管數(shù)量 n， ：,E.實(shí)際采用的井點(diǎn)管數(shù)量 n：,n 1.1 Q / q （根） 1.1 備用系數(shù),D L總管 / n （m）,C.井點(diǎn)間距 D ：,n n，,2019/6/27,43,例 1-9 某工程基坑坑底面積為 40 20m ，深 6.0m ，地下水位在地面下 2.0m ，不透水層在地面下 12.3m ，滲透系數(shù) K 15m/d ，基坑四邊放坡，邊坡擬為 1:0.5 ，現(xiàn)擬采用輕型井點(diǎn)降水降低地下水位，井點(diǎn)系統(tǒng)最大抽水深度為 7.0m ，要求： （ 1 ）繪制井點(diǎn)系統(tǒng)的平面和高程布置 （ 2 ）計(jì)算涌水量,2019/6/27,44,解： （ 1 ）高程布置 基坑面積較大，所以采用環(huán)形布置，因最大抽水深度為 7.0m ，故采用 7m 井點(diǎn)管。 i =0.1（環(huán)形） h h 1 + h + iL h =7m, h 1 =6m, iL =0.1(10+60.5+0.7)=1.37m h 1 + h + iL =6+0.5+1.37=7.87m( 大于井點(diǎn)抽水深度 7m) 由于基坑較深，故基坑邊開(kāi)挖 1m 以降低總管埋設(shè)面 h =7m, h 1 =5m, iL =0.1(10+50.5+0.7) =1.32m h =7-5-1.32 0.68m, 滿(mǎn)足要求,2019/6/27,45,（ 2 ）涌水量計(jì)算 F = （ 40+2 5 0.5+2 0.7 ）（ 20+2 5 0.5+2 0.7 ） =46.4 26.4 1224.96m 2 m m R = x 0 + R =19.75+145.4=165.15m 采用的濾管長(zhǎng)度為 1.5m S /( S + l )=6/ (6+1.5)=0.8 H 0 =1.84( S + l )=1.84 (6+1.5)=13.8m H 10.3m 取 H 0 = H =10.3m,=,=1943m 3,2019/6/27,46,（ 3 ）平面布置 C = （ 46.4+26.4 ） 2=145.6m W6 型干式真空泵有效負(fù)荷長(zhǎng)度為 80m ，所以采用兩套抽水設(shè)備 (m 3 /d) n = Q / q =1943/25.68=75.7 n =1.1 n =1.1 75.7 83.3 （根） 取 n 為 83 根 井點(diǎn)管間距為 1.6m 82 1.6=131.2m145.6m ， 滿(mǎn)足要求,2019/6/27,47,輕型井點(diǎn)施工 排放總管埋設(shè)井點(diǎn)管用彎聯(lián)管將井點(diǎn)管與總管接通安裝抽水設(shè)備試運(yùn)行正式抽水,2019/6/27,48,(3)井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用 1）埋設(shè)方法： 水沖法：沖孔、埋管 鉆孔法：正循環(huán)鉆 、反循環(huán)鉆、沖擊鉆 振動(dòng)水沖法：,2）井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝順序是： 挖井點(diǎn)溝槽、鋪設(shè)集水總管； 沖孔，沉設(shè)井點(diǎn)管，灌填砂濾料； 彎聯(lián)管將井點(diǎn)管與集水總管連接；安裝抽水設(shè)備；試抽。,2019/6/27,49,沖孔,埋管,填砂,封口,2019/6/27,50,井點(diǎn)管埋設(shè),2019/6/27,51,3)使用要求： 開(kāi)挖前25天開(kāi)泵降水；軟土中提前2周降水。 連續(xù)抽水不間斷（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。,輕型井點(diǎn)系統(tǒng)安裝完畢后，應(yīng)立即進(jìn)行抽水試驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)漏氣、漏水現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)處理。若發(fā)現(xiàn)濾管被泥砂堵塞，則屬于“死井”，應(yīng)逐根用高壓水反向沖洗或拔出重新沉設(shè)。經(jīng)抽水試驗(yàn)合格后，井點(diǎn)孔到地面以下0.51.0m的深度范圍內(nèi)，應(yīng)用粘土填塞孔，以防止漏氣和地表水下滲。,2019/6/27,52,井點(diǎn)降水,2019/6/27,53,5.電滲井點(diǎn),井滲井點(diǎn)是在降水井點(diǎn)管的內(nèi)側(cè)打入金屬棒(鋼筋、鋼管等)，連以導(dǎo)線。以井點(diǎn)管為陰極，金屬棒為陽(yáng)極，通入直流電后，土顆料自陰極向陽(yáng)極移動(dòng)，稱(chēng)電泳現(xiàn)象，使土體固結(jié)；地下水自陽(yáng)極向陰極移動(dòng)，稱(chēng)電滲現(xiàn)象，使軟土地基易于排水，如圖111所示。它用于滲透系數(shù)小于o1md的土層。, 60V的直流電源,2019/6/27,54,1降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響 井點(diǎn)管埋設(shè)完成開(kāi)始抽水時(shí)，井內(nèi)水位開(kāi)始下降，周?chē)畬拥乃粩嗔飨驗(yàn)V管，在無(wú)承壓水等環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，在井點(diǎn)周?chē)纬陕┒窢畹膹澢?，即“降水漏斗”，這個(gè)漏斗狀水面逐漸趨于穩(wěn)定，一般需要幾天到幾周的時(shí)間，降水漏斗范圍內(nèi)的地下水位下降以后，就必然會(huì)造成地面沉降。該影響范圍較大，有時(shí)影響半徑可達(dá)百米。在實(shí)際工程中，由于井點(diǎn)管濾網(wǎng)及砂濾層結(jié)構(gòu)不良，把土層中的粘土顆粒、粉土顆粒甚至細(xì)砂同地下水一同抽出地面的情況也是經(jīng)常發(fā)生的，這種現(xiàn)象會(huì)使地面產(chǎn)生的不均勻沉降加劇，造成附近建筑物及地下管線的不同程度的損壞。,環(huán)境保護(hù),2019/6/27,55,設(shè)置地下水位觀測(cè)孔，并對(duì)臨近建筑、管線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在降水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中隨時(shí)檢查觀測(cè)孔中的水位，發(fā)現(xiàn)沉降量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施。 降水施工時(shí)，應(yīng)做好井點(diǎn)管濾網(wǎng)及砂濾層結(jié)構(gòu)，防止抽水帶走土層中的細(xì)顆粒。當(dāng)有坑底承壓水時(shí)，應(yīng)采取有效措施防止流砂。 如果施工區(qū)周?chē)泻⒑?、浜等貯水體時(shí)，應(yīng)在井點(diǎn)和貯水體之間設(shè)置止水帷幕，以防抽水造成與貯水體穿通，引起大量涌水，甚至帶出土顆粒，產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。 在建筑物和地下管線密集區(qū)等對(duì)地面沉降控制有嚴(yán)格要求的地區(qū)開(kāi)挖深基坑，應(yīng)盡可能采取止水帷幕，并進(jìn)行坑內(nèi)降水的方法，一方面可疏干坑內(nèi)地下水，以利開(kāi)挖施工，同時(shí)，需利用止水帷幕切斷坑外地下水的涌入，大大減小對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。 場(chǎng)地外緣設(shè)置回灌系統(tǒng)也是減小降水對(duì)周?chē)h(huán)境影響有效方法?；毓嘞到y(tǒng)包括回灌井點(diǎn)和砂溝、砂井回灌兩種形式?；毓嗑c(diǎn)是在抽水井點(diǎn)設(shè)置線外45m處，以間距35m插入注水管，將井點(diǎn)中抽取的水經(jīng)過(guò)沉淀后用壓力注入管內(nèi)，形成一道水墻，以防止土體過(guò)量脫水，而基坑內(nèi)仍可保持干燥。這種情況下抽水管的抽水量約增加10%，可適當(dāng)增加抽水井點(diǎn)的數(shù)量。回灌井點(diǎn)布置,防治方法：,2019/6/27,56,1.3.3.3 截水,井點(diǎn),截水帷幕,2019/6/27,57,1)截水帷幕的厚度應(yīng)滿(mǎn)足基坑防滲要求，截水帷幕的滲透系數(shù)宜