土方的準備與輔助改造土木工程施工(1)ppt課件

1、第一章第一章 土方工程土方工程4 4 土方的預(yù)備與輔助改造土方的預(yù)備與輔助改造 四、四、 降降 水水 第一章 土方工程四、降四、降 水水 在基坑開挖過程中，當(dāng)基底低于地下水在基坑開挖過程中，當(dāng)基底低于地下水位時，由于位時，由于 土的含水層被切斷，地下水會不斷地滲入土的含水層被切斷，地下水會不斷地滲入坑內(nèi)。坑內(nèi)。 雨期施工時，地面水也會不斷流入坑雨期施工時，地面水也會不斷流入坑內(nèi)。內(nèi)。 不采取降水措施的后果不采取降水措施的后果 施工條件惡化，易呵斥塌方，使地基施工條件惡化，易呵斥塌方，使地基的承載力下降。的承載力下降。 遇有承壓含水層時遇有承壓含水層時 基底能夠被沖潰破壞。基底能夠被沖潰破壞。第

2、一章第一章 土方工程土方工程 降低地下水位的方法 集水井降水法 井點降水法第一章第一章 土方工程土方工程 一集水井降水 適用： 降水深度較小且土層為粗粒土或滲水量小的粘性土。 不適用： 粉砂土和細砂土，在這類土中易構(gòu)成流砂。 1施工過程第一章 土方工程集水井降水施工過程第一章 土方工程2設(shè) 置 排水溝及集水井： 設(shè)置在根底范圍以外； 地下水流的上游； 基坑面積較大時，可在中間設(shè)置盲溝排水。 集水井的程度間距：每隔 20 40m 設(shè)置一個。 基坑123圖1-28 集水井降水1-排水溝;2 -集水井;3 -水泵第一章 土方工程3構(gòu) 造 集水坑 直徑或?qū)挾龋?.60.8m； 開挖：隨著挖土的加深而加

3、深，低于挖土面 0.71.0m； 坑壁：可用竹、木資料等加固，也可用磚壘筑； 坑底：低于基坑底面1.02.0m； 鋪設(shè)濾水層 a0.3m厚碎石濾水層； b下部礫石約 0.1m厚、 上部粗砂約0.1m第一章 土方工程1. 井點降水的作用水壓d涌水a(chǎn) )塌方b )流砂e )管涌c )a)防止涌水；b)穩(wěn)定邊坡；c)防止管涌；d)減少橫向荷載；e)防止流砂圖1- 29 井點降水的作用第一章 土方工程二 井點降水水壓d涌水a(chǎn) )塌方b )流砂e )管涌c ) 2. 流砂的成因及防止基坑挖土至地下水位以下，當(dāng)土質(zhì)為細砂土或粉砂土的情況下，采用集水坑降低地下水時，坑下的土有時會構(gòu)成流動形狀，而隨著地下水流

4、入基坑，這種景象稱為流砂景象。 流砂的危害： 土體完全喪失承載力，土體邊挖邊冒流砂，至使施工條件惡化，基坑難以挖到設(shè)計深度。 嚴重時會引起基坑邊坡塌方、臨近建筑因流砂而出現(xiàn)地基被掏空的景象，引起建筑開裂、沉降、甚至倒塌。第一章 土方工程 動水壓力 地下水的滲流對單位土體內(nèi)骨架產(chǎn)生的壓力， 用 GD 表示。 GD與單位土體內(nèi)的滲流水遭到土骨架的阻力T 大小相等，方向相反。 產(chǎn)生流砂景象的緣由 流砂景象產(chǎn)生的緣由，是水在土中滲流所產(chǎn)生的動水壓力對土體作用的結(jié)果。第一章 土方工程 產(chǎn)生流砂景象的緣由水在土體內(nèi)從 A 向 B 流動， AB柱體：長度為L，橫斷面積為F， A、B之間的水頭差為HA-HB。

5、圖1-30 飽和土體中動水壓力的計算 第一章 土方工程r LFcosar LFwAwTLFw Ar h FBDGABBBAAAhZaLHZHhB Bw r h F 產(chǎn)生流砂景象的緣由圖1-30 飽和土體中動水壓力的計算 第一章 土方工程 作用土柱體中水的力有： A，B兩端的靜水壓力，分別為： rw hA F 和 rw hB F； 柱體內(nèi)孔隙水的分量和土骨架浮力的反力：rw L F； 柱體中土骨架對滲流水的總阻力：T L F。 r LFcosar LFwAwTLFw Ar h FBDGABBBAAAhZaLHZHhB Bw r h F 產(chǎn)生流砂景象的緣由計算動水壓力時，思索到地下水的滲流加速度

6、很小a0，因此忽略慣性力。圖1-30 飽和土體中動水壓力的計算 第一章 土方工程r LFcosar LFwAwTLFw Ar h FBDGABBBAAAhZaLHZHhB Bw r h F 由X=0得：rw hA F - rw hB F - T L F + rw L F cos= 0將 代入上式可得 ：r h Fw BB hHZHLaZhAAABBBAGDBr h Fw ATLFwAwr LFr LFcosaXcosABZZL 第一章 土方工程LHHLZhZhTBAwBBAAw)()( 為水頭差與浸透途徑之比， 稱為水力坡度，用 i 表示。 式中，負號表示GD與所設(shè)水滲流時遭到的總阻力T 的

7、方向相反，與水的滲流方向一致。WDWTiGTi ABHHL 1-36第一章 土方工程LHHLZhZhTBAwBBAAw)()( 由上式可知，動水壓力 GD 的大小與水力坡度成正比，即水位差 HA-HB 愈大，那么 GD 愈大；而浸透路程 L 愈長，那么 GD 愈小。當(dāng)水流在動水壓力的作用下對土顆粒產(chǎn)生向上壓力，假設(shè)動水壓力大于土的浮重度 時 GD ，便產(chǎn)生流砂。 WDWTiGTi 1-36第一章 土方工程 流砂的防治 由于在細顆粒、松散、飽和的非粘性土中發(fā)生流砂景象的主要條件是動水壓力的大小和方向。 當(dāng)動水壓力方向向上且足夠大時，土顆粒發(fā)生流動，成為流砂，而動水壓力方向向下時，又可將流砂轉(zhuǎn)化成

8、穩(wěn)定土。 防治流砂的根本原那么“治流砂必先治水。 第一章 土方工程 流砂的防治 防治流砂的主要途徑有： 減少或平衡動水壓力； 設(shè)法使動水壓力方向向下； 截斷地下水流。第一章 土方工程流砂的防治詳細措施： 1枯水期施工法 枯水期地下水位較低，基坑內(nèi)外水位差小，動水壓力小，就不易產(chǎn)生流砂。 2搶挖并拋大石塊法 分段搶挖土方，使挖土速度超越冒砂速度，在挖至標高后立刻鋪竹、蘆席，并拋大石塊，以平衡動水壓力，將流砂壓住。此法適用于治理部分的或細微的流砂。第一章 土方工程 3設(shè)止水帷幕法 將延續(xù)的止水支護構(gòu)造如延續(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，構(gòu)成封鎖的止水帷幕，使土的滲流途徑延

9、伸、減小水力坡度，從而減小動水壓力，防止流砂產(chǎn)生。 4人工降低地下水位法 即采用井點降水法如輕型井點、管井井點、放射井點等，使動水壓力的方向向下，從而能有效地防止和根治流砂。因此，此法運用廣泛且較為可靠。第一章 土方工程3. 井點降水種類 井點降水原理 井點降水就是在基坑開挖前，預(yù)先在基坑周圍埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管井。在基坑開挖前和開挖過程中，利用真空原理，不斷抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下圖1-31。圖1-31 輕型井點法降低 地下水位全貌圖1自然地面;2 水泵;3 總管;4 井點管;5 濾管;6 降水后水位;7 原地下水水位;8 基坑地面.356874126第一章 土方工程第一章 土方

10、工程 3. 井點降水的類型 井點有兩大類：輕型井點和管井類。普通根據(jù)土的浸透系數(shù)、降水深度、設(shè)備條件及經(jīng)濟比較等要素確定，可參照表1-12選擇。第一章 土方工程井點類別土的浸透性(m/d) 降水深度(m) 輕型井點一級輕型井點 0.15036 多級輕型井點0.150視井點級數(shù)而定 放射井點0.150820 電滲井點15各種井點的適用范圍 表1-12第一章 土方工程m/d=1.16E-3cm/s 4. 普通輕型井點(1) 普通輕型井點 輕型井點設(shè)備由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成圖1-31圖1-31 輕型井點法降低地下水位全貌圖1自然地面;2 水泵;3 總管;4 井點管;5 濾管;6 降水后水位;7 原

11、地下水水位;8 基坑地面.356874126第一章 土方工程第一章 土方工程管路系統(tǒng)包括： 濾管、井點管、彎聯(lián)管及總管。第一章 土方工程356874126濾管圖1-32鋼管 長度1.01.5m、直徑38mm或51mm； 濾孔管壁鉆孔1219mm； 濾網(wǎng)骨架管外面包以兩層孔徑不 同的生絲布或塑料布。 塑料管或鉛絲在骨架管與濾網(wǎng)之 間放置，使流水暢通； 粗鐵絲維護網(wǎng) 濾網(wǎng)外面； 鑄鐵塞濾管下端設(shè)置； 與井點管銜接濾管上端。182345671 鋼管；2 管壁上的小孔；3 纏繞的塑料管；4 細濾網(wǎng)；5 粗濾網(wǎng)；6 粗鐵絲維護網(wǎng)；7 井點管；8 鑄鐵頭圖1-32 濾管構(gòu)造第一章 土方工程 井點管直徑38

12、mm 和51mm、長57m的鋼管。井點管 的上端用彎聯(lián)管與總管相連。 集水總管直徑100127mm的無縫鋼管，每段長4m，其 上端有井點管結(jié)合的短接頭，間距0.8m或 1.2m。第一章 土方工程356874126抽水設(shè)備 由真空泵、離心泵和水氣分別器又叫集水 箱等組成。 一套抽水設(shè)備的負荷長度即集水總管長度為100120m。第一章 土方工程356874126 2 輕型井點的布置與計算 a. 平面布置c)a)d)b)BBa單排布置；b雙排布置；c環(huán)形布置；d U形布置圖1-34 輕型井點平面布置第一章 土方工程 2輕型井點的布置與計算 a平面布置 單排布置適用基坑、槽寬度小于6m，且降水深度 不

13、超越5m的情況。 雙排布置適用于基坑寬度大于6m或土質(zhì)不良的情況。 環(huán)形及U形布置 適用于大面積基坑， 如采用U形布置， 那么井點管不封鎖的 一段應(yīng)在地下水下 游方向。第一章 土方工程c)a)d)b)BBb. 高程布置 高程布置系確定井點管埋深，即濾管上口至總管埋設(shè)面的間隔，可按式1-39計算圖1-35。 a)單排井點；b)雙排、U形或環(huán)形布置圖1-35 高程布置計算1hhhiL 1-39 lhh La )h17 0 01 0 0 0200iiLhh 20017 0 01 0 0 0hlLssb )第一章 土方工程 式中 h 井點管埋深m； h1 總管埋設(shè)面至基底的間隔m； h 基底至降低后的

14、地下水位的間隔m； i 水力坡度； L 井點管至水井中心的程度間隔，當(dāng)井點管為 單排布置時，L為井點管至對邊坡角的程度 間隔m。 1hhhiL 第一章 土方工程lhh La )h17 0 01 0 0 0200iiLhh 20017 0 01 0 0 0hlLssb )c.總管及井點管數(shù)量的計算 a涌水量計算 水井分類 井點管系統(tǒng)的涌水量根據(jù)水井實際進展計算。 根據(jù)地下水有無壓力，水井分為無壓井和承壓井。 各類井的涌水量計算方法都不同。 第一章 土方工程圖1-36 水井的分類1承壓完好井； 2承壓非完好井；3無壓完好井；4無壓非完好井不 透 水 層不 透 水 層承 壓 水透 水 層透 水 層1

15、2潛 水34第一章 土方工程無壓井水井布置在具有潛水自在面的含水層中 即地下水面為自在面；承壓井當(dāng)水井布置在承壓含水層中。完好井當(dāng)水井底部到達不透水層；非完好井當(dāng)水井底部未到達不透水層。圖1-37 無壓完好井水位降落曲線和流線網(wǎng)1流線；2過水?dāng)嗝鍴 含水層厚度m；S 水井處水位降落高度 m；R 水井單井的半徑 m。第一章 土方工程rR2xyyy21x1x22RSH11yxl 無壓完好井涌水量計算 單井 無壓完好井涌水量計算 單井 或 m3/d 1- 46 式中 K土的浸透系數(shù)m/d； H含水層厚度m； S水井處水位降落高度m； r 水井單井的半徑m。 (2)lnlnHS SQKRr (2)1.

16、364lgHS SQKlgRr 第一章 土方工程 無壓完好井涌水量計算 無壓完好井涌水量單井的推導(dǎo)第一章 土方工程在井點系統(tǒng)中，各井點管是布置在基坑周圍，許多井點同時抽水，即群井共同任務(wù)。群井的計算，可把由各井點管組成的群井系統(tǒng)，視為一口大的單井，得到群井的涌水量計算公式。R0 x Hlss第一章 土方工程群井的涌水量計算公式1-48或 m3/d 1-48 式中 S 井點管處水位降落高度m； x0 井點管圍成的水井的半徑m； 其他符號意義同前。 00(2)ln)lnHS SQKRxx （00(2)1.364lg()lgHS SQKRxx 第一章 土方工程3無壓非完好井涌水量計算在實踐工程中往往

17、會遇到無壓完好井的井點系統(tǒng)， 這時地下水不僅從井的面流入，還從井底滲入。因此 涌水量要比完好井大。為了簡化計算，仍可采用公式 1-48。此時式中 H 換成有效含水深度H0，即 或 m3/d 1-49 000(2)ln)lnHS SQKRxx （000(2)1.364lg()lgHS SQKRxx 第一章 土方工程3無壓非完好井涌水量計算或 H0 可查表1-13。 當(dāng)算得的 H0 大于實踐含水層的厚度 H 時，取H0 = H。 000(2)ln)lnHS SQKRxx （000(2)1.364lg()lgHS SQKRxx 第一章 土方工程S/(S+l)0.20.30.50.8H01.3(S+l

18、)1.5(S+l)1.7(S+l)1.84(S+l)表中， S 為井點管內(nèi)水位降落值m； l 為濾管長度m。 有效含水深度H0的意義是，抽水是在H0范圍內(nèi)遭到抽水影響，而假定在H0以下的水不受抽水影響，因此也可將H0視為抽水影響深度。第一章 土方工程H0H H0 抽水影響深度假想半徑x0確實定 由于基坑大多不是圓形，因此不能直接得到 x0。當(dāng)矩形基坑長寬比不大于 5 時，環(huán)形布置的井點可近似作為圓形井來處置，并用面積相等原那么確定，此時將近似圓的半徑作為矩形水井的假想半徑： 0Fx 式中 x0 環(huán)形井點系統(tǒng)的假想半徑m； F 環(huán)形井點所包圍的面積m2。 1-49 x0、R、K確實定：第一章 土方工程 抽水影響半徑R確實定 R 與土的浸透系數(shù)、含水層厚度、水位降低值及抽水時間等要素有關(guān)可近似地按式1-50計算： m 式中 S，H 的單位為m；K 的單位為m/d。 浸透系數(shù) K 值對計算結(jié)果影響較大。 1.95RSHK 1-50 第一章 土方工程 浸透系數(shù)K 值確實定 可用現(xiàn)場抽水實驗或?qū)嶒炇覝y定。 對艱苦工程，宜采用現(xiàn)場抽水實驗確定。 第一章 土方工程4井點管數(shù)量計算 井點管最少數(shù)量由下式確定： Qnq