第1章土方工程

《土木工程施工》

教學(xué)課件

第2講1.2

土方工程施工的準(zhǔn)備與輔助工作

1.2.1施工前準(zhǔn)備內(nèi)容1、施工準(zhǔn)備階段建設(shè)單位應(yīng)準(zhǔn)備的工作：（1）三通一平：通電、水、道路，一平為場地平；（2）場內(nèi)原有管線分布情況及場地周圍的市政管網(wǎng)的分布情況；（3）施工圖紙齊全，完整；（4）工程招投標(biāo)工作業(yè)已完成；（5）已辦理施工許可證和工程已報質(zhì)檢；（6）與工程有關(guān)外部協(xié)調(diào)工作已完成；1.2

土方工程施工的準(zhǔn)備與輔助工作2、施工單位在工程施工前應(yīng)作好的工作（1）學(xué)習(xí)和審查圖紙，研究工程地質(zhì)資料；（2）編寫施工組織設(shè)計（土方工程施工方案）①研究施工現(xiàn)場的場地平整情況，基坑施工方案；②繪制施工總平面布置圖及基坑開挖示意圖；③確定開挖路線、順序、范圍，底板標(biāo)高、邊坡坡度，排水溝的設(shè)置、集水井的位置等。以及挖出土方的堆放位置，機(jī)械設(shè)備的配置，安全方案。（3）修筑好場地臨時道路及供水、供電等臨時設(shè)施；（4）做好材料、機(jī)具及土方機(jī)械進(jìn)場工作；（5）做好土方工程測量放線工作；（6）根據(jù)土方工程設(shè)計做好土方工程的輔助工作，如邊坡穩(wěn)定、基坑支護(hù)、降低地下水等；（7）做好圖紙交底工作。1.2.2施工降水定位放線的概念:（1）當(dāng)建筑物角樁位置定好后，把角樁之間的軸線位置引測到主基坑（槽）以外的龍門板上。（2）依據(jù)龍門板標(biāo)定的基礎(chǔ)底面尺寸、埋置深度、土質(zhì)和底下水位的情況及施工的要求，確定挖土邊線，進(jìn)行基坑（槽）的放線。

施工中開挖基坑時，流入坑內(nèi)的水有：地面水和地下水。地面水：筑土壩、排水溝、截水溝引至低洼處或河溝中。地下水：基底面標(biāo)高處于地下水位以下，采用人工降水。一、降低地下水位（人工降水）

在土方開挖過程中，地下水滲入坑內(nèi)，不但會使施工條件惡化，而更嚴(yán)重的是會造成邊坡塌方和地基承載能力下降。因此，在基坑土方開挖前和開挖過程中，必須采取措施降低地下水位。降低地下水位的方法有集水坑（井）降水法和井點降水法。

二、集水坑（井）降水法（明排水法）集水井降水法是在基坑開挖過程中，在基坑范圍以外設(shè)置集水井，并沿坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水流入集水坑中，然后用水泵抽走。1）定義：在基坑或溝槽開挖時，在坑底設(shè)置集水井，并沿坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水在重力作用下流入集水井內(nèi)，然后用水泵抽出坑外。2）設(shè)置：四周的排水溝及集水井一般應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)范圍以外，地下水流的上游，基坑面積較大時，可在基礎(chǔ)范圍內(nèi)設(shè)置盲溝。根據(jù)地下水量、基坑平面形狀及水泵能力，集水井每隔20～40m設(shè)置一個；基坑四個角應(yīng)各設(shè)一個。3）集水井大?。褐睆交?qū)挾纫话銥?.6～0.8m,深度低于挖土面0.5～1.0m。集水井井壁用竹、木等加固，并在井底鋪設(shè)碎石濾水層，以免在抽水時將泥砂抽出。4）排水溝大?。簩挒?.4～0.6m,深為0.3-0.6m,并有一定的坡度(一般不小于3%)。5）盲溝：置于基礎(chǔ)底板下，基礎(chǔ)施工完畢后無法看見叫盲溝。盲溝相當(dāng)于看不見的排水溝。盲溝的尺寸同排水溝。（動畫演示）在建筑工地上，排水用的水泵主要有：離心泵、潛水泵和軟軸水泵等。（1）離心泵：由泵殼、泵軸及葉輪等主要部件組成，其管路系統(tǒng)包括濾網(wǎng)與底閥、吸水管及出水管等。離心泵的抽水原理：是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力，將輪心部分的水甩往輪邊，沿出水管壓向高處。此時葉輪中心形成部分真空，這樣，水在大氣壓力作用下，就能源源不斷地從吸水管自動上升進(jìn)入水泵。水泵的主要性能：包括流量、總揚(yáng)程、吸水揚(yáng)程和功率等。流量是指水泵單位時間內(nèi)的出水量。吸水揚(yáng)程表示水泵能吸水的最大高度，是確定水泵安裝高度的一個重要數(shù)據(jù)。（從理論上說，水泵能將水吸上10.3m，但水泵限于構(gòu)造關(guān)系，其最大吸水揚(yáng)程只有3.5～8.5m。實際吸水高度（揚(yáng)程）還要扣除吸水管路阻力和3）水泵性能與選用水泵進(jìn)口處的流速水頭損失。在水泵口徑不大、吸水管不長時，實際吸水高度可按性能表上的最大吸水揚(yáng)程減去1.2m（有底閥）～0.6m（無底閥）估算?？倱P(yáng)程(H)包括吸水揚(yáng)程和出水揚(yáng)程兩部分。離心泵的選擇：主要根據(jù)需要的流量與揚(yáng)程而定。對基坑來說，離心泵的流量應(yīng)大于基坑的涌水量，一般選用吸水口徑2～4英寸的離心泵；離心泵的揚(yáng)程在滿足總揚(yáng)程的前提下，主要是考慮吸水揚(yáng)程是否能滿足降水深度要求，如果不夠，則可另選水泵或?qū)⑺媒档椭量颖谂_階或坑底上。離心泵的抽水能力大，宜用于地下水量較大的基坑。離心泵的安裝，要特別注意吸水管接頭不漏氣及吸水至少應(yīng)在水面以下0.5m，以免吸入空氣，影響水泵正常進(jìn)行。離心泵的使用：要先向泵體與吸水管內(nèi)灌滿水，排除空氣，然后開泵抽水。為了防止所灌的水漏掉。在底閥內(nèi)裝有單向閥門。離心泵在使用中要防止漏氣與臟物堵塞等。

補(bǔ)充：離心泵的工作原理充滿在泵中的液體隨葉輪回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，向四周甩出在葉輪中心形成低壓，液體便在液面壓力作用下被吸進(jìn)葉輪。從葉輪流出的液體，壓力和速度增大。蝸殼-匯聚并導(dǎo)流。擴(kuò)壓管A增大，流速降低，大部分動能變?yōu)閴毫δ埽缓笈懦?。葉輪不停回轉(zhuǎn)，吸排就連續(xù)地進(jìn)行液體通過泵時所增加的能量，是原動機(jī)通過葉輪對液體作功的結(jié)果。

（2）潛水泵是由立式水泵與電動機(jī)組合而成，工作時完全浸在水中。水泵裝在電動機(jī)上端，葉輪可制成離心式或螺旋槳式；電動機(jī)設(shè)有密封裝置。潛水泵的出水口徑，常用的有：40、50、100、125mm，其流量相應(yīng)為：15、25、65、100m/h，揚(yáng)程相應(yīng)為25、15、7、3.5m。這種泵具有體積小、重量輕、移動方便、安裝簡單和開泵時不需引水等優(yōu)點，因此在基坑排水中采用較廣。使用潛水泵時，為了防止電機(jī)燒壞，不得脫水運(yùn)轉(zhuǎn)，或陷入泥中，也不得排灌含泥量較高的水質(zhì)或泥漿水，以免泵葉輪被雜物堵塞。

三、井點降水法（人工降低地下水位法）

1、含義：在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四周埋設(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，使地下水位降低到坑底以下。

2、作用：1）防止地下水涌入坑內(nèi)；2）防止邊坡由于地下水的滲流而引起的塌方；3）使坑底的土層消除了地下水位差引起的壓力，因此防止了管涌；4）降水后，降低了深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平荷載；5）消除了地下水的的滲流，也防止了流砂現(xiàn)象；6）降低地下水位后，還使土體固結(jié)，增加地基土的承載力。3、適用范圍：1）土壤的滲透系數(shù)K=0.1～250m/d的土層中；2）降水深度一般為：單級輕型點為3-6m；多級輕型點為6～12m。

地下水涌入坑內(nèi)邊坡由于地下水的滲流而引起的塌方使坑底的土層消除了地下水位差引起的壓力，因此防止了管涌消除了地下水的的滲流，也防止了流砂現(xiàn)象使坑底的土層消除了地下水位差引起的壓力

4、井水降水的類型：

井點主要有兩個類型：輕型井點和管井，一般可根據(jù)滲透系數(shù)、降水深度、設(shè)備條件和經(jīng)濟(jì)比較來確定，可參照下表。井點類別土的滲透性(m/d)降水深度(m)輕型井點一級輕型井點0.1~503~6多級輕型井點0.1~506~12視井點級數(shù)而定噴射井點0.1~508~20電滲井點<0.15~6視選用的井點而定管井類管井井點20~2003~5深井井點10~250>15

各種井點的適用范圍5.輕型井點（應(yīng)用較廣）1）輕型井點設(shè)備：設(shè)備主要有：井點管（下端為濾管）、集水總管、彎聯(lián)管及抽水設(shè)備。參考動畫設(shè)備布置與作用井點管：直徑38～55㎜的鋼管，長6～9m，下端配有濾管和一個錐形鑄鐵塞頭。濾管：長1.0～1.7m，管壁上鉆有12～18㎜成梅花形排列的濾孔；管壁外包兩層濾網(wǎng)，內(nèi)層為30～50孔/cm2的黃銅絲或尼龍絲布的細(xì)濾網(wǎng)，外層為3～10孔/cm2粗濾網(wǎng)，以防泥砂進(jìn)入井點管。集水總管：直徑75～100㎜的鋼管分節(jié)連接，每節(jié)長4～6m，其上裝有與井點管聯(lián)接的短接頭，間距為0.8～1.6m。總管應(yīng)有2.5‰～5‰坡向泵房的坡度。總管與井點管用900彎頭或塑料管連接。抽水設(shè)備：真空泵設(shè)備。2）輕型井點布置：平面布置與高程布置

輕型井點系統(tǒng)的布置，應(yīng)根據(jù)基坑平面形狀及尺寸、基坑深度、土質(zhì)、地下水位及流向、降水深度要求等確定。

步驟：平面布置－高程布置－計算井點管數(shù)量等－調(diào)整。（1）平面布置(1)確定井點布置的形式、總管長度、井點管數(shù)量、水泵數(shù)量及位置。單排線布置：坑寬小于6M（B6M），水位降低值不超過5M（H≤5M）；布置在上游一側(cè)，伸長量不宜<B(坑寬)。雙排線布置：坑寬B>6M，或土質(zhì)不良。環(huán)狀布置：當(dāng)基坑面積較大時(大基坑)，則采用環(huán)狀井點。U形布置：大基坑，方便大型機(jī)械出入基坑，開口設(shè)在下游。（1）平面布置(2)一套抽水設(shè)備能帶動的總管長度，一般為100～200m。采用多套抽水設(shè)備時，井點系統(tǒng)要分段，各段長度應(yīng)大致相等，其分段地點宜選擇在基坑拐彎處，以減少總管彎頭數(shù)量，提高水泵抽吸能力，泵宜設(shè)置在各段總管的中部，使泵兩邊水流平衡。采用環(huán)形井點時，宜在泵的對面（即環(huán)圈的一半處）的總管上裝設(shè)閥門或?qū)⒖偣軘嚅_，以控制總管內(nèi)水流方向，改善總管內(nèi)的水流狀態(tài)，提高抽水效果。采用多套井點設(shè)備時，各套總管之間應(yīng)裝設(shè)閥門隔開，這樣，當(dāng)其中一套泵組發(fā)生故障時，可開啟相鄰閥門，借助鄰近的泵組來維持抽水。同時，裝設(shè)閥門也可以避免總管內(nèi)水流紊亂。（2）高程布置（1）

確定井點管埋深，即濾管上口至總管埋設(shè)面的距離：H≥H1+Δh+iL，H－井點管埋深（m），H≤hpmax抽水設(shè)備的最大抽水高度，6-7米；H1－總管埋設(shè)面至基底的距離（m）；Δh－基底至降低后的地下水位線的距離（m）；I－水力坡度，單排I=1/4-5，雙排I=1/7，環(huán)狀I(lǐng)=1/10；L－井點管至基坑中心的水平距離。（2）高程布置（2）

高程布置輕型井點的降水深度，從理論上說，利用真空泵抽吸地下水可達(dá)10.3m，但考慮抽水設(shè)備的水頭損失后，一般不超過6m。

當(dāng)一級輕型井點達(dá)不到降水深度要求時，可視土質(zhì)情況，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后將總管安裝在原有地下水位線以下，以增加降水深度；或采用二級輕型井點（圖1.10），即先挖去第一層井點所疏干的土，然后再在其底部裝設(shè)在第二層井點。（3）輕型井點計算內(nèi)容：確定涌水量Q、井點管數(shù)量N、井距D、選擇設(shè)備。水井的分類：P8圖1.11。分為：無壓完整井、承壓完整井、無壓非完整井、承壓非完整井。

無壓井：水井布置在含水土層中，地下水表面為自由水面；

承壓井：當(dāng)含水層處于二不透水層之間，地下水表面邊有一定水壓；完整井：當(dāng)水井底部達(dá)到不透水層時；非完整井：當(dāng)水井底部達(dá)不到透水層時。水井的分類圖示A、涌水量計算：Q法，水力學(xué)家裘布依的水井理論井點計算受水文地質(zhì)和井點設(shè)備等許多因素影響，算出的數(shù)值只是近似值。輕型井點涌水量計算之前，先要確定井點系統(tǒng)布置方式和基坑計算圖形面積。若矩形基坑的長寬比大于5或基坑寬度大于抽水影響半徑的兩倍時，需將基坑分塊，使其符合計算公式的適用條件；然后分塊計算涌水量，將其相加即為總涌水量。1、無壓完整井單井涌水量計算：H－含水層厚度；R－抽水影響半徑；r－水井半徑；S－水井水位降低值；K－滲透系數(shù)。2、承壓完整井單井涌水量計算：

公式1.11：

M：承壓含水層厚度（m），其它參數(shù)同上。3、無壓完整井涌水量計算：環(huán)狀井點

公式1.12：

X0：環(huán)狀井點假想半徑（m），參見公式（1.13）。B、井點管的根數(shù)N

N=1.1Q/q