建筑施工技術(shù)(武漢理工)教學課件：1.3 施工降排水

單元1

土方與基坑工程1.1土的基本性質(zhì)和分類單元1土方與基坑工程目錄1.2場地平整1.3施工降排水1.4土方開挖1.5基坑支護目錄1.6土方回填單元1土方與基坑工程單元1土方與基坑工程土方與基坑工程包括的內(nèi)容較多，如場地平整、基坑基槽的開挖回填、場地降排水和土壁支護等。本單元從土的基本性質(zhì)入手，使學生了解土方施工的基本特點，掌握基坑開挖、支護、回填的施工要點和安全要求，掌握基坑開挖土方量的計算方法。土方與基坑工程施工主要依據(jù)《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》（GB50300—2001）、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50202—2002）以及相關(guān)的國家標準、規(guī)范和規(guī)程等。

土方工程包括的內(nèi)容較多，主要有兩類：一類是場地平整，完成“三通一平”，包括設(shè)計標高的確定，土方調(diào)配以及挖、運、填的機械化施工；另一類是建筑物和其他地下工程的開挖與回填，包括支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工，開挖前的降水或開挖后的排水，土方開挖以及回填土的壓實等。土方工程具有工程量大、工期長、投資大、勞動強度大且多為露天作業(yè)等特點，因此，土方工程施工必須了解土層的性質(zhì)，進行現(xiàn)場勘測，充分做好準備工作，合理安排施工計劃，以確保土方工程的施工質(zhì)量。單元1土方與基坑工程1.3施工降排水地面水一般采取設(shè)置排水溝、防洪溝、截水溝、擋水堤等方法排除，并應(yīng)盡量利用自然地形和原有的排水系統(tǒng)。主排水溝最好設(shè)置在施工區(qū)域或道路的兩旁，其橫斷面和縱向坡度根據(jù)最大流量確定。在低洼地區(qū)施工時，除開挖排水溝外，必要時還需修筑土堤，以防止場外水流入施工場地。出水口應(yīng)結(jié)合場地總體排水規(guī)劃，盡可能設(shè)置在遠離建筑物或構(gòu)筑物的低洼地點，并保證排水通暢。1.3.1地面水的排除1.3施工降排水明排水法是在基坑逐層開挖過程中，沿每層坑底四周或中央設(shè)置排水溝和集水井?；觾?nèi)的水經(jīng)排水溝流向集水井，通過水泵將集水井內(nèi)積水抽走，直到基坑回填，排水過程結(jié)束（圖1.10）。明排水法施工簡單、經(jīng)濟，對周圍環(huán)境影響小，可用于降水深度較小且上層為粗粒土層或滲水量小的黏土層降水。1.3.2明排水法1.3施工降排水圖1.10集水井降水1—排水溝；2—集水坑；3—水泵

1.3施工降排水

抽水設(shè)備及選用明排水法所用抽水設(shè)備主要是水泵。水泵的選用是根據(jù)基坑的涌水量、基坑的開挖深度結(jié)合水泵的有關(guān)性能來確定的。水泵的主要性能包括：流量、總揚程、吸水揚程和功率等。流量是指水泵單位時間內(nèi)的出水量。揚程是水泵能揚水的高度，也稱水頭?？倱P程包括吸水揚程和出水揚程。由于水經(jīng)過管路有阻力而引起水頭損失，因此要扣除損失揚程后才是實際揚程。基坑排水用的水泵主要有離心泵、潛水泵等。離心泵由泵殼、泵軸及葉輪等主要部件組成。1.3施工降排水其工作原理主要是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力將輪中心水甩出而形成真空，使水在大氣壓力作用下自動進入水泵，并將水壓出。潛水泵由立式水泵與電動機組成。電動機有密封裝置，水泵裝在電動機上端，工作時浸在水中。潛水泵的優(yōu)點是體積小、質(zhì)量輕、移動方便，開泵時不需要引水。明排水法施工包括基礎(chǔ)開挖、設(shè)置排水溝和集水井、選用水泵和現(xiàn)場安裝設(shè)備、抽水及設(shè)備拆除等施工過程。1.3施工降排水明排水法一般用于面積及降水深度較小且土層中無細砂、粉砂時。若降水深度較大，土層為細砂、粉砂或在軟土地區(qū)施工時，明排水法易引起流砂、塌方等現(xiàn)象，應(yīng)盡量采用井點降水法。無論采用哪種方法，降水工作應(yīng)持續(xù)到基礎(chǔ)施工完畢且回填土后結(jié)束。1.3施工降排水

流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生和防治當開挖深度大、地下水位較高而土質(zhì)又不好時，用明排水法降水，挖至地下水水位以下時，有時坑底面的土顆粒會產(chǎn)生流動，隨地下水一起涌入基坑。這種現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。（1）流砂產(chǎn)生的原因流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生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，如圖1.11所示。1.3施工降排水當水流在水位差的作用下對土顆粒產(chǎn)生向上的動水壓力時，動水壓力使土粒受到了水的浮力，如果動水壓力等于或大于土的浮重度時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，土的抗剪強度等于零，土粒隨著滲流的水一起流動，就出現(xiàn)了“流砂現(xiàn)象”。圖1.11動水壓力對地基土的影響GD—動水壓力

1.3施工降排水（2）流砂發(fā)生的條件流砂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在細砂、粉砂及粉土中，而是否出現(xiàn)流砂現(xiàn)象的重要條件是動水壓力的大小和方向，因此，防止流砂應(yīng)著眼于減小或消除動水壓力。（3）防治流砂的方法在基坑開挖中，防治流砂的原則是“治流砂必先治水”。治理流砂的主要途徑有消除、減小和平衡動水壓力，改變水的滲流路線。1.3施工降排水其具體措施有：①搶挖法：即組織分段搶挖，使挖土速度超過冒砂速度，挖到標高后立即鋪竹筏或蘆席，并拋大石塊以平衡動水壓力，壓住流砂。此方法可解決輕微流砂現(xiàn)象。②打板樁法：將板樁打入坑底下面一定深度，增加地下水從坑外流入坑內(nèi)的滲流距離，以減小水力坡度，從而減小動水壓力，防止流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。③水下挖土法：不排水施工，使坑內(nèi)水壓力與地下水壓力平衡，消除動水壓力，從而防止流砂產(chǎn)生。此方法在沉井挖土下沉過程中常用。1.3施工降排水④地下連續(xù)墻法：在基坑周圍先澆筑一道混凝土或鋼筋混凝土的連續(xù)墻，以支承土墻、截水并防止流砂產(chǎn)生。⑤枯水期施工法：選擇枯水期間施工。因為此時地下水位低，坑內(nèi)外水位差小，水壓力減小，從而可預防和減輕流砂現(xiàn)象。`⑥井點降水：采用輕型井點等降水，使地下水的滲流向下，水不致滲流入坑內(nèi)，又增大了土料間的壓力，從而可有效地防止流砂形成。因此，用此種方法防治流砂較為可靠。1.3施工降排水井點降水也稱人工降低地下水位，即在基坑開挖前，預先在擬挖基坑的四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管，利用抽水設(shè)備從中不間斷抽水，使地下水位降落在坑底以下，然后開挖基坑、進行基礎(chǔ)施工和土方回填，待基礎(chǔ)工程全部施工完畢后，撤除人工降水裝置。人工降低地下水位不僅是一種防流砂的施工措施，也是一種地基加固方法。1.3.3井點降水法1.3施工降排水

井點降水法的類型及適用范圍井點降水法有輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點及深井泵等各種方法。其方法的選用應(yīng)視土的滲透系數(shù)、降低水位的深度、工程特點、設(shè)備以及經(jīng)濟技術(shù)比較等具體條件，并參照表1.4選用。1.3施工降排水降水類型滲透系數(shù)(cm/s)可能降低的水位深度(m)方法原理輕型井點10-2～10-5（砂土、粘性土）3～6在工程外圍豎向埋設(shè)一系列井點管深入含水層內(nèi)，井點管的上端通過連接彎管與集水總管連接，集水總管再與真空泵和離心泵相連，啟動真空泵，使井點系統(tǒng)形成真空，井點周圍形成一個真空區(qū)，真空區(qū)砂井向上向外擴展一定范圍，地下水便在真空泵吸力作用下，使井點附近的地下水通過砂井、濾水管被強制吸入井點管和集水總管，排除空氣后，由離心水泵的排水管排出，使井點附近的地下水位得以降低多級輕型井點6～12噴射井點10-3～10-6（粉砂、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土）8～20在井點內(nèi)部裝設(shè)特制的噴射器，用高壓水泵或空氣壓縮機通過井點管中的內(nèi)管向噴射器輸入高壓水（噴水井點）或壓縮空氣（噴氣井點），形成水氣射流，將地下水經(jīng)井點外管與內(nèi)管之間的間隙抽出排走電滲井點＜10-6宜配合其它形式降水使用利用粘性土中的電滲現(xiàn)象和電泳特性，使粘性土空隙中的水流動加快，起到一定疏干作用，從而使軟土地基排水效率得到提高。深井井點≥10-5（砂類土）＞10在深基坑的周圍埋沒深于基底的井管，使地下水通過設(shè)置在井管內(nèi)的潛水泵將地下水抽出，使地下水位低于坑底。表1.4各類井點的適用范圍及方法原理1.3施工降排水

一級輕型井點降水設(shè)計輕型井點降水（圖1.12）是沿基坑（槽）的四周或一側(cè)以一定距離埋設(shè)一定數(shù)量的井點管，井點管上端有彎連管與集水總管相連，下端與濾水管連接，并利用抽水設(shè)備不間斷將滲流進井點管的水抽出，使地下水位降落在坑底以下。1.3施工降排水圖1.12輕型井點降低地下水位圖1—井點管；2—濾水管；3—總管；4—彎連管；5—水泵房；6—原有地下水位線；7—降低后地下水位線

1.3施工降排水(1)井點布置輕型井點的布置要根據(jù)基坑平面形狀及尺寸、基坑的深度、土質(zhì)、地下水位高低及地下水流向、降水深度要求等因素確定。其布置內(nèi)容包括平面布置和高程布置。①平面布置當基坑寬度小于6m，降水深度不超過5m時，可采用單排線狀井點，布置在地下水上游一側(cè)，兩端延伸長度不小于基坑的寬度（圖1.13）。如基坑寬度大于6m或土質(zhì)不良時，宜采用雙排線狀井點。1.3施工降排水圖1.13單排線狀井點布置圖（a）平面布置；（b）高程布置1—總管；2—井點管；3—抽水設(shè)備；B—基坑寬度

1.3施工降排水當基坑面積較大時，宜采用環(huán)形井點[圖1.14(a)]布置，井點管距離基坑0.7～1.0m，以防井點系統(tǒng)漏氣。抽水井間距一般在0.8～1.5m之間，在地下水補給方向和環(huán)形井點四角應(yīng)適當加密。②高程布置輕型井點的降水深度一般以不超過6m為宜，井點管需要埋置深度HA（不含濾管）可按下式計算[圖1.14(b)]。1.3施工降排水圖1.14環(huán)形井點布置圖（a）平面布置；（b）高程布置1—總管；2—井點管；3—抽水設(shè)備

1.3施工降排水式中HA——井點管埋置深度，m；

H1——總管底面至基坑底面的距離，m；

h——基坑底面至降低后的地下水位線的距 離，一般取0.5～1.0m；

i——水力坡度，單排線狀井點為1/4，環(huán)形 井點為1/10；

L——井點管距基坑中心的水平距離（單排 線狀井點為井點管至基坑另一邊的水 平距離），m。HA≥H1＋h＋iＬ

（1.6）1.3施工降排水根據(jù)上式算出的HA值大于6m時，可降低井點管的埋設(shè)面以適應(yīng)降水深度要求，通常井點管露出地面為0.2～0.3m，而濾管必須埋在含水層內(nèi)。為了充分利用抽水能力，總管的布置標高宜接近地下水位線，可先下挖部分土方，總管應(yīng)具有0.25%～0.5%的坡度（坡向泵房）。1.3施工降排水(2)輕型井點計算輕型井點的計算包括：根據(jù)確定的井點系統(tǒng)的平面和豎向布置圖，計算井點系統(tǒng)涌水量，計算確定井點管數(shù)量與間距，校核水位降低數(shù)值，選擇抽水設(shè)備和井點管的布置等。①井點涌水量計算方法介紹一般是按水井理論來計算涌水量。井點系統(tǒng)涌水量的計算，首先要判定井的類型。水井根據(jù)其井底是否達到不透水層，分為完整井與非完整井。井底達到不透水層的為完整井，否則為非完整井。1.3施工降排水根據(jù)地下水是否受不透水層的壓力分為承壓井與無壓井。濾管布置在地下兩層不透水層之間，地下水面承受不透水層的壓力，抽吸承壓層間地下水的，稱為承壓井；若地下水上部為透水層，地下水是無壓水，稱為無壓井。綜上所述，水井大致可分為四種類型（圖1.15）：無壓完整井、無壓非完整井、承壓完整井和承壓非完整井。水井類型不同，其涌水量計算方法不同，查相關(guān)計算公式進行涌水量的計算。1.3施工降排水圖1.15水井的分類1—承壓完整井；2—承壓非完整井；3—無壓完整井；4—無壓非完整井

1.3施工降排水②確定井點管數(shù)及間距井點管數(shù)量的多少取決于單根井點管的抽水能力，單根井點管的最大出水量與濾管構(gòu)造和尺寸以及土的滲透系數(shù)有關(guān)。按下式計算：式中q——單根井點管最大出水量，m3/d；

d——濾管內(nèi)徑，m；

K——滲透系數(shù)，m/d; l——濾管長度，m。（1.7）1.3施工降排水井點根數(shù)井點管的平均間距式中D——井點管間距，m；

L——總管長度，m。（1.9）（1.8）1.3施工降排水井點管間距經(jīng)計算確定后，布置時還需注意：井點管間距不能過小，否則彼此干擾大，出水量會顯著減少，一般可取濾管周長的5～10倍；在基坑周圍四角和靠近地下水流方向一邊的井點管應(yīng)適當加密；實際采用的井距還應(yīng)與集水總管上短接頭的間距相適應(yīng)。1.3施工降排水(3)抽水設(shè)備的選擇輕型井點所用的抽水設(shè)備主要是真空泵和單級離心泵兩種類型。真空泵有干式和濕式兩種，常用的是干式W5和W6型，采用W5時總管長度不大于100m；采用W6型時，總管長度不大于200m。在抽水過程中，真空泵的實際真空度如小于上式計算的最低真空度，降水深度則達不到要求。1.3施工降排水離心泵的型號應(yīng)根據(jù)流量、吸水揚程及總揚程而定，水泵的流量應(yīng)比基坑涌水量增大10%～20%。吸水揚程應(yīng)不小于降水深度加各項水頭損失。出水揚程包括實際出水高度及出水水頭損失。水泵的總揚程應(yīng)滿足吸水揚程與出水揚程之和。通常一套抽水設(shè)備可配置兩臺離心泵或真空泵，既可輪換使用，又可在地下水量較大時同時使用。1.3施工降排水

輕型井點降水施工（1）施工準備①施工機具濾管：直徑為38～55mm，壁厚3.0mm無縫鋼管或鍍鋅管，長2.0m左右，一端用厚為4.0mm鋼板焊死，在此端1.4m長范圍內(nèi)的管壁上鉆15mm的小圓孔，孔距為25mm，外包兩層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)采用編織布，外再包一層網(wǎng)眼較大的尼龍絲網(wǎng)，每隔50～60mm用10#鉛絲綁扎一道，濾管另一端與井點管進行聯(lián)結(jié)。1.3施工降排水井點管：直徑為38～55mm，壁厚為3.0mm無縫鋼管或鍍鋅管。連接管：透明管或膠皮管與井點管和總管連接，采用8#鉛絲綁扎，應(yīng)扎緊以防漏氣?？偣埽褐睆綖?5～102mm鋼管，壁厚為4mm，用法蘭盤加橡膠墊圈連接，防止漏氣、漏水。抽水設(shè)備：根據(jù)設(shè)計配備離心泵、真空泵或射流泵，以及機組配件和水箱。移動機具：自制移動式井架(采用振沖機架舊設(shè)備)、牽引力為60kN的絞車。鑿孔沖擊管：219×8（mm）的鋼管，其長度為10m。Φ

1.3施工降排水水槍：50×5（mm）無縫鋼管，下端焊接一個16mm的槍頭噴嘴，上端彎成近似直角，且伸出沖擊管外，與高壓膠管連接。蛇形高壓膠管：壓力應(yīng)達到1.50MPa以上。高壓水泵：100TSW-7高壓離心泵，配備一個壓力表，作下井管之用。②材料須采用粗砂與豆石，不得采用中砂，嚴禁使用細砂，以防堵塞濾管網(wǎng)眼。Φ

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1.3施工降排水③技術(shù)準備詳細查閱工程地質(zhì)勘察報告，了解工程地質(zhì)情況，分析降水過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題和采取的對策。鑿孔設(shè)備與抽水設(shè)備檢查。④平整場地為了節(jié)省機械施工費用，不使用履帶式吊車，采用碎石樁振沖設(shè)備的自制簡易車架，因此，場地平整度要高一些，設(shè)備進場前進行場地平整，以便于車架在場地內(nèi)移動。1.3施工降排水（2）施工程序及操作要點①井點安裝安裝程序：井點放線定位→安裝高位水泵→鑿孔安裝埋設(shè)井點管→布置安裝總管→井點管與總管連接→安裝抽水設(shè)備→試抽與檢查→正式投入降水程序。②井點管埋設(shè)井點管的埋設(shè)方法常用的是沖孔埋設(shè)法。這種方法分為沖孔和埋管兩個過程（圖1.16）。1.3施工降排水圖1.16井點管的埋設(shè)（a）沖孔；（b）埋管1—沖管；2—沖嘴；3—膠皮管；4—高壓水泵；5—壓力表；6—起重機吊鉤；7—井點管；8—濾管；9—填砂；10—黏土封口

1.3施工降排水通過單滑輪用繩索拉起井點管,再將井點管插入孔中，井點管的上端應(yīng)用木塞塞住，以防砂石或其他雜物進入，并在井點管與孔壁之間填灌砂石濾層，該砂石濾層的填充質(zhì)量直接影響輕型井點降水的效果，應(yīng)注意以下幾點：a.砂石必須采用粗砂，以防止堵塞濾管的網(wǎng)眼。b.濾管應(yīng)放置在井孔的中間，砂石濾層的厚度應(yīng)在60～100mm之間，以提高透水性，并防止土粒滲入濾管堵塞濾管的網(wǎng)眼。填砂厚度要均勻，速度要快，填砂中途不得中斷，以防孔壁塌土。1.3施工降排水c.濾砂層的填充高度至少要超過濾管頂以上1000～1800mm，一般應(yīng)填至原地下水位線以上，以保證土層水流上下暢通。d.井點填砂后，井口以下1.0～1.5m用黏土封口壓實，防止漏氣而降低降水效果。1.3施工降排水③沖洗井管：將直徑為15～30mm的膠管插入井點管底部進行注水清洗，直到流出清水為止，并應(yīng)逐根進行清洗，避免出現(xiàn)“死井”。④管路安裝首先沿井點管線外側(cè)鋪設(shè)集水毛管，并用膠墊螺栓把干管連接起來，主干管連接水箱水泵，然后拔掉井點管上端的木塞，用膠管與主管連接好，再用10#鉛絲綁好，防止管路不嚴漏氣而降低整個管路的真空度。主管路的流水坡度按坡向泵房5‰的坡度并用磚將主干管墊好，同時應(yīng)作好冬季降水防凍保溫。1.3施工降排水⑤檢查管路檢查集水干管與井點管連接膠管的各個接頭在試抽水時是否有漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這種情況應(yīng)重新連接或用油泥子堵塞，重新擰緊法蘭盤螺栓和膠管的鉛絲，直至不漏氣為止。在正式運轉(zhuǎn)抽水之前必須進行試抽，以檢查抽水設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常，管路是否存在漏氣現(xiàn)象。在水泵進水管上安裝一個真空表，在水泵的出水管上安裝一個壓力表。在試抽時，應(yīng)檢查整個管網(wǎng)的真空度，當真空度達到550mmHg(73.33kPa)時，方可進行正式投入抽水。1.3施工降排水⑥抽水輕型井點管網(wǎng)全部安裝完畢后進行試抽。當抽水設(shè)備運轉(zhuǎn)一切正常后，整個抽水管路無漏氣現(xiàn)象，則可以投入正常抽水作業(yè)。開機一個星期后將形成地下降水漏斗，并趨向穩(wěn)定，土方工程可在降水10d后開挖。1.3施工降排水（3）質(zhì)量檢查①井點管間距、埋設(shè)深度應(yīng)符合設(shè)計要求，一組井點管和接頭中心應(yīng)保持在一條直線上。②井點埋設(shè)應(yīng)無嚴重漏氣、淤塞、出水不暢或死井等情況