施工管理基坑施工的排水与降水Word文件下载.docx
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附近有河、湖等地表水存在时也会互相补给。
承压水亦称层间水，是埋藏于两个隔水层之间的地下自由水。
承压水有稳定的隔水层顶板，水体承受压力，没有自由水面。
承压水一般不是当地补给的，其水位、水量受当地气候的影响较潜水为小.
二、基坑施工时的地面排水
为保证施工顺进行,对施工现场的排水系统，应有一个总体规划，做到场地排水畅通,特别是雨期施工，应将地面水尽快排走，以保证场地土体干燥。
地面水的排除可采取设置排水沟、截水沟或修筑土堤等设施来进行。
在施工区域,考虑临时排水系统时，应注意与原排水系统相结合。
原排水系统指原自然排水系统和已有的排水设施，临时排水设施应尽量与永久性排水设施相结合。
排水沟的设置应尽量利用自然地形，以便将水直接排至场外，或流入排水坑内，再用水泵抽走。
主要排水沟最好设置在施工区域的边缘或道路的两旁，其断面大小由施工期内最大流量确定。
一般横断面不小于0。
5×
0。
5m,纵向坡度一般不小于2‰～3‰.
在山坡地形施工时，应在较高一面的坡上，先作好永久性（或临时）截水沟，阻止山坡水流入施工现场。
在平坦地区施工时，除开挖排水沟外，必要时还应修筑土堤,以阻止场外水流入施工场地.出水口应设置在原有的排水系统进水口处,或远离建筑物或构筑物的低洼地点,并应保证排水畅通。
任务二集水井降水
地下水的处理有多种可行的方法，从降水方式来说可总分为止水法和排水法两大类。
止水阻挡法，即通过有效手段，在基坑周围形成止水帷幕，将地下水止于基坑之外，如沉井法、灌浆法、地下连续墙等;
排水法是将基坑范围内地表水与地下水排除，如集水井降水、井点降水等。
止水法相对来说成本较高，施工难度较大；
排水法施工简便、操作技术易于掌握，是—种行之有效的现代化施工方法，已广泛应用。
这里重点介绍集水井降水法。
1、集水井降水
这种方法是在基坑（槽）开挖过程中,当基底挖至地下水位以下时,沿基坑四周挖一定坡度的排水沟，设集水井，使地下水沿沟流入井内，然后用水泵抽走。
抽水工作应持续到基础工程施工完毕进行回填土后才能停止（图1—6）。
集水井应该设置在基坑范围以外,地下水流的上游。
根据地下水量、基坑平面形状及水泵的性能,集水井每隔20m～40m设置一个,集水井的宽度一般为0。
6～0。
8m，深度保持低于挖土面0。
8～1。
0m，挖至设计标高后,1—6集水井排水
井底应低于坑底1～2m，并铺设碎石1—排水沟；
2—集水井；
3-水泵
滤水层，以免在抽水时，将泥砂抽出，并防止井底土被扰动。
排水沟一般设置在基坑周围或基槽的一侧或两侧.水沟截面应考虑基坑排水及邻近建筑物的影响,一般排水沟深度为0。
5~0。
8m，最小0。
4m,宽度等于或大于0.4m，水沟的边坡为1:
1～1:
5，排水沟应有2‰～5‰的最小纵向坡度,使水流不致阻滞而淤塞。
排水沟和集水井应随挖土加深而加深,以保持水流畅通。
集水井降水设备简单,使用广泛。
但当地下水位较高涌水量较大或土质为细砂或粉砂，易产生流砂，边坡塌方及管涌等现象，影响正常施工，甚至会引起附近建筑下沉,此时应采用人工降低地下水位。
2、流砂现象
当基底挖至地下水位以下时，有时坑底土会成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。
发生流砂现象时，土完全丧失承载力，工人难以立足，土边挖边冒,难以达到设计深度，流砂严重时会引起基坑边坡塌方，附近建筑物因地基被掏空而下沉、倾斜，甚至倒塌。
因此，流砂现象如果不能控制将对土方施工和附近建筑物产生很大的危害.
流砂现象产生的原因是动水压力大于等于土的浸水溶重。
此时土粒失去自重，悬浮于水中,并随地下水一起流动。
动水压力指的是流动中水对土产生的作用力，这个力的大小与水位差成正比,与水流的路径成反比，与水流的方向相同.因此，防治流砂现象的主要途径是改变动水压力的方向和减小动水压力，其具体措施主要有：
⑴选择在全年最低水位季节施工.因为地下水位低，坑里坑外水位差小，所以动水压力减小，也就不易产生流砂现象,至少可以减轻流砂现象。
⑵抛大石块.往坑底抛大石块，可增加土体的压重，减小或平衡动水压力。
采用此法时应组织土方的抢挖,使挖土速度大于冒砂速度，挖至标高后应立即铺草袋等并抛大石块把砂压住。
此法主要用于解于局部或轻微的流砂现象比较有效。
如果坑底冒砂快，土已丧失承载力,则抛入坑内的石块就会沉入土中，无法阻止流砂现象。
⑶打钢板桩。
沿基坑外侧打入超过基底以下深度的钢板桩，可以增加水流的路径，减小动水压力,同时可以改变水流的方向，使之向下从而达到防治流砂的目的。
但施工成本较高。
⑷采用化学压力注浆或高压水泥注浆，固结基坑周围粉砂使之形成防渗帷幕。
⑸人工降低底下水位。
使地下水位降低至基坑底下0.5m以下，使地下水流方向朝下，增大土粒间的压力,因而也就可以有效地制服了流砂现象。
此法运用广泛。
任务三井点降水
人工降水法（井点降水法），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），利用抽水设备连续不断地抽水，使地下水位降至基底以下，直至基础施工完毕为止.因此，在基坑土方开挖过程中保持干燥，从而根本上消除了流砂现象，稳定了边坡，改善了工作条件。
由于基坑内土方干燥,有利机械化施工,缩短工期,保证工程质量与安全。
同时，由于土层水分排除后,还能使土密实，增加地基土地承载能力.在基坑开挖时，土方边坡也可陡些,从而减少了挖方量。
目前国内常用的井点降水法有：
轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井井点等.施工时可根据土层的渗透性，要求降低水位的深度、设备条件及经济比较等因素确定，可参照表1—4。
必要时应组织专家论证其可行性。
各种井点的适用范围表1～4
井点类别
土的渗透系数（m/d）
降水深度（m）
轻型井点
一级轻型井点
1～50
3~6
多级轻型井点
1~50
视井点级数视而定
喷射井点
0.1～50
8～20
电渗井点
1
视选用的井点而定
管井点
管井井点
20～200
3~5
深井井点
10～250
＞15
井点降水法具有下列优点：
施工简便，操作技术易于掌握;
适应性强，可用于不同几何图形的基坑；
降水后土壤干燥，便于机械化施工和后续工作工序的操作;
井点作用下土层固结，土层强度增加,边坡稳定性提高;
地下水通过滤水管抽走，防止了流砂的危害；
节省支撑材料，减少土方工程量等。
井点降水法已成为目前在含水透水位土层实施的一种行之有效的方法。
一、轻型井点降水
实际工程中，一般轻型井点应用广泛，下面介绍这类井点。
1）轻型井点的主要设备
轻型井点的设备包括管路系统和抽水设备两部分（图1—7）.
1—地面；
2-水泵房；
3—总管；
4—弯联管；
5—井点管;
6—滤管；
7-原地下水位；
8-降水后水位；
9—基坑地面
图1-7轻型井点法降低地下水位全貌图
⑴管路系统包括:
滤管、井点管、弯联管及总管等。
滤管（图1—8）为进水口，采用长度1.0～1.5m，直径Φ38~55的无缝钢管，管壁钻有直径Φ12～18梅花型的滤孔.管壁外包两层滤网，内层为细滤网，采用30~50孔/cm2
黄铜丝布或生丝布，外层为粗滤网,采用8～10孔/cm2的铁丝丝布或尼龙布。
为使水流畅通，在管壁与滤网间用铁丝或塑料管隔开，滤网外面再绑一层粗铁丝保护网，滤管下端为一铸铁塞头,滤管上端与井点管连接。
井点管为Φ38～51,长5~7m的钢管.井点管上端通过弯联管与总管连接。
集水总管为Φ100～127的钢管，每段长4m，其上装有间距0.8m或1。
2m的短接头，并用皮管或塑料管与井点管连接。
⑵抽水设备是由真空泵、离心泵和集水箱（又叫水气分离器）等组成,其工作原理如图1-9所示.工作时先开动真空泵。
集水箱内部形成一定程度的真空，使地下水及空气受真空吸力的作用沿总管进入集水箱。
当集水箱内的水达到一定高度时，开动离心水泵将集水箱内水排出。
图1-9轻型井点抽水设备工作原理图图1-8滤管构造
1—滤管;
2—井点管;
3-弯联管；
4-总管；
1-钢管；
2-管壁上的小孔；
3—塑料管;
5—集水箱;
6—真空泵;
7—离心水泵4—细滤网；
5—粗滤网；
6-粗铁丝保护网;
7-井点管；
8—铸铁头
2）轻型井点的布置，根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度与要求及设备条件等确定。
⑴平面布置包括确定井点布置形式、总管的长度、井点管数量、水泵数量及位置等。
根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用单排布置、双排布置及环状布置（图1-10）
单排布置适用于基坑（槽）宽度小于6m,且降水深度不超过5m的情况.井点布置在地下水流向的上游一侧,其两端的延伸长度一般不宜小于坑（槽）的宽度（图1—10a）
双排布置适用于基坑（槽）大于6m或土质不良的情况。
环状布置适用于基坑面积较大的情况。
井点管距离基坑壁一般不小于0。
7～1.0m，以防局部发生漏汽。
井点管的间距应根据土质、降水深度、工程性质等确定,通常为0.8m、1.2m、1。
6m或2.0m。
a）单排布置；
b）双排布置；
c）环状布置
图1—10轻型井点的平面布置
一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）一般100~120m,泵的位置应在总管长度的中间.若采用多套抽水设备时，井点系统要分段，每段长度应大致相等，分段的位置应选在基坑拐弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力。
⑵高程布置确定井点管的埋设深度，即滤管上口至总管埋设面的距离可按下式进行计算（图1-11）
H≥H1+h+IL（1—5）
式中：
H—井点管埋深（m）;
H1—井点管埋设面至基坑底的距离（m）；
h-基底至降低后的地下水位线的距离，一般为0。
5~1m；
I—水力坡度，环状井点为1/10，单排井点为1/4～1/5,双排井点为1/7；
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为井点管至边坡脚的水平距离（m）.
一般轻型井点的降水深度在管壁处达6～7m.当按上式计算出的H值,如大于6~7m时，则应降低井点管抽水设备的埋置面，以适应降水深度的要求。
a）单排井点；
b）双排、环状井点
图1-11高程布置示意图
当一级轻型井点达不到降水深度要求时,可采用二级井点。
3）轻型井点的计算
轻型井点计算的目的,是求出在规定的水位降低深度下，每天排出的地下水流量，从而确定井点管的数量、间距，并确定抽水设备等。
轻型井点计算由于受水文地质和井点设备等不易确定因数的影响，要想计算出准确的结果十分困难。
根据工程实践积累的经验资料分析，按水井理论进行计算，比较接近实际。
根据井底是否达到不透水层，水井可分为完整井与不完整井；
即当井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为完整井，否则称为不完整井。
根据地下水有无压力，又分为承压井与无压井，各类水井见图1—12所示。
各类水井图1-12水井的分类
的涌水量计算方法不同，其中以无压1—承压完整井；
2—承压不完整井完整井的理论较为完善。
3—无压完整井；
4—无压不完整井
①涌水量的计算：
对于无压完整井的环状井点系统（图1—13a）。
其涌水量计算公式为：
Q=1。
366K
（m3/d）（1—6）
式中Q—井点系统的涌水量（m3/d）;
K-土的渗透系数（m/d）；
H—含水层厚度（m）；
S—水位降低值（m）；
R—抽水影响半径（m），可用下式计算：
R=1。
95S
（m）
X0—环状井点系统的假想半径（m），对于矩形基坑，当长宽比不大于5时可按下式计算：
X0=
式中F—环状井点系统所包围的面积（m2）。
渗透系数K值,确定得是否准确，对计算结果影响较大。
渗透系数的测定方法有：
现场抽水试验与实验室测定两中。
对大型工程,一般宜采用现场抽水试验,
以获取较为准确的数据,具体方法是在现场设置抽水孔，并在同一直线上设置观察井，根据抽水稳定后,观察井的水深及抽水孔相应的抽水量计算K值.
（a）无压完整井（b）无压不完整井
图1—13环状井点涌水量计算简图
在实际工程中往往会遇到无压完整井的井点系统（图1—13b），其涌水量的计算相对比较复杂.为了简化计算，仍可按公式（1—6）计算。
此时应将式中H换成有效深度H0,H0可查表1—5。
当算得H0大于实际含水层厚度H时，则取H值。
有效深度H0值表1—5
S’/（S’+l）
2
3
5
0.8
H0
1。
3（S'
+l）
1.5（S’+l）
1.7（S'
1.85（S’+l）
承压完整井环状井点涌水量计算公式为：
Q=2。
73K
（m3/d）（1-7）
式中M—承压含水层厚度（m）；
K、R、X0、S—同公式1—6.
②井点管数量与井距的确定
a。
单根井点管出水量由下式确定：
q=120πrl
（1—8）
式中r—滤管半径（m）；
l—滤管长度（m）；
K—渗透系数（m/d）。
b.井点管数量由下式确定：
n≥1.1
（1—9）
式中Q—总涌水量（m3/d）；
q—单井出水量（m3/d）。
c。
井点管间距由下式确定:
D=
（1—10）
式中L-总管长度（m）。
求出的井点管间距应大于15倍滤管的直径,以防由于井点管太密而影响抽水的效果,同时应尽量符合总管接头的间距模数（0.8、1.2、1。
6、2。
0）。
最后根据实际情况确定出井点管的数量。
③选择抽水设备
定型的轻型井点设备配有相应的真空泵、水泵和动力机组.真空泵的规格主要根据所需的总管长度、井点管根数及降水深度而定，水泵的流量主要根据基坑井点系统涌水量而定。
在满足真空高度的条件下，可从所选水泵性能表上查出一套满足涌水量要求的机组。
4）轻型井点降水法的施工
包括井点系统的埋设、安装、运行及拆除等，井点管的埋设，一般用水冲法，并分为冲孔与埋管两个过程。
冲孔时，利用起重设备将冲管吊起并插在（图1—14）井点的位置上,开动高压水泵将土冲松，冲管则边冲边沉。
孔洞要垂直，直径一般为300mm，以保证井管四壁有一定厚度的砂滤层,冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右，以防冲管拔出时，部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。
井孔冲成后，随即拔出冲管，插入井点管。
井点管与孔壁之间应立即用粗砂灌实,距地面1。
0~1.5m深处，然后用粘土填塞密实,防止漏汽。
在井点管与孔壁之间填砂时，如管内的水面上升，则认为该管埋设合格.
a）冲孔b）埋管
1-冲管;
2—冲嘴；
3—胶管；
4—高压水泵;
5—压力表
6-起重机吊钩;
7—井点管；
8-滤管；
9—粗砂;
10-粘土封口
图1—14井点管的埋设
轻型井点设备的安装程序为：
先排放总管,再埋设井点管，然后用弯联管将井点管与总管连通，最后安装抽水设备。
安装完毕后，先进行试抽,以检查有无漏气现象。
轻型井点使用时，应连续抽水。
若时抽时停，滤管易赌塞，也容易抽出土粒，使水浑浊,并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂.正常的排水是细水长流，出水澄清。
轻型井点降水时,抽水影响范围较大，土层因水分排出后，土壤会产生固结，使得在抽水影响半径范围内引起地面沉降，往往会给周围的建筑物带来一定危害，要消除地面沉陷可采用回灌井点方法。
即在井点设置线外4～5m处，以间距3～5m插入注水管,将井点中抽出的水经过沉淀后用压力注入管内,形成一道水墙，以防止土体过量脱水，而基坑内仍可保持干燥。
井点系统的拆除应在地下结构工程竣工后，并将基坑回填土后进行。
拔出井点管可借助于倒链、起重机等。
所留孔洞应用砂或土填塞，对地基有防渗要求,地面下2m范围内用粘土填塞压实。
二、其他井点降水简介：
1、喷射井点降水：
喷射井点系统能在井点底部产生250mm水银柱的真空度，其降低水位深度大，一般在8—20m范围。
它适用的土层渗透系数与轻型井点一样,一般为0。
1-50m/d。
但其抽水系统和喷射井管很复杂，运行故障率较高，且能量损耗很大,所需费用比其他井点法要高.
2、电渗井点降水
电渗井点适用于渗透系数很小的细颗粒土,如粘土、亚粘土、淤泥和淤泥质粘土等。
这些土的渗透系数小于0。
1m/d，用一般井点很难达到降水目的。
利用电渗现象能有效地把细粒土中的水抽吸排出。
它需要与轻型井点或喷射井点结合应用，其降低水位深度决定于轻型井点或喷射井点。
在电渗井点降水过程中，应对电压、电流密度和耗电量等进行量测和必要的调整,并做好记录，因此比较繁琐.
3、管井井点降水
管井井点适用于渗透系数大的砂砾层，地下水丰富的地层，以及轻型井点不易解决的场合。
每口管井出水流量可达到50—100m3/h，土的渗透系数在20—200m/d范围内，降低地下水位深度约3-5m.这种方法一般用于潜水层降水。
4、深井井点降水
深井井点是基坑支护中应用较多的降水方法,它的优点是排水量大、降水深度大、降水范围大等。
对于砂砾层等渗透系数很大且透水层厚度大的场合，一般用轻型井点和喷射井点等方法不能凑效，采用此法最为适宜。
深井井点适用的土层渗透系数为10-250m/d、降低水位深度可大于15m,常用于降低承压水.它可以布置在基坑四周外围,必要时也可布置在基坑内.有时这方法与其他井点系统组合应用降低水位效果更好.
对于基坑底部有可能发生突涌、流砂、隆起的危险场合，深井点降低承压水位，有助于减除压力、保证基坑的安全性。
深井点的缺点是：
由于降水深度大、出水量大和水位降落曲线陡等原因，势必造成降水的影响范围和影响程度大，因此基坑周围建筑物的不均匀沉降要足够重视、慎重对待、定时观察，及时处理。
三、基坑降水方法的选择
在采取上述处理方法对基坑进行降水处理时，对选择的降水方法还应该考虑以下因素：
（一）场地条件及该建筑物设计施工资料
场地条件制约着降水方案的制定，它主要包括场地四周已有建筑物的高度、分布、结构和离拟建工程的距离;
地基四周的地下设施（包括给排水管道、光纤电缆、供气管道等）;
向外抽水排水通道以及供电情况等。
有关设计施工资料包括基坑开挖尺寸和分布；
地下建筑物施工的有关要求等。
这些条件决定了所采用降水方法和具体的设计施工方案，也决定了具体保证周边建筑物和地下设施安全的实施措施。
（二）地质情况
了解地基土分层地质柱状图及地质剖面图,各层岩土的物理力学性质,地下水类型及埋藏情况,水文地址情况，水质分析结果,特别是土层的渗透性。
土的渗透系数取决土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含量和土的结构等因素，因此场区土层的不同深度和不同方位的渗透系数是不同的。
渗透系数计算结果的真实性，势必直接影响降水方案的选择。
由于影响渗透系数的因数复杂，一般勘察报告提供的数值多是室内试验数据，误差往往较大，只能供降水设计时参考，对重要工程应做现场抽水试验加以确定。
（三）场地地下水情况
地下水分潜水和承压水两种。
潜水储存于地表与第一层不透水层之间，是无压力重力水,可向四周渗透.从工程实践来看,潜水大多来源于大气降水和地下埋设的上下水管道破裂漏水，主要积存于地表下杂填土和老建筑物被冲刷掏空的地基中。
承压水储存于两个不透水层之间含水层中，若水充满此含水层，则水具有压力。
所以，要根据地质和水文资料，搞清楚场区各处透水层和不透水层向下沿深度的分布厚度和变化情况；
掌握场区各处承压静止水位埋深,混合静止水位埋深和他们的年变化幅度及水位标高；
查明场地地下水补给源的方位、距离和透水层的联系情况;
搞清楚地下水层是否与江、河、湖、海等无限水源连通；
不论潜水或承压水若与无限水源连通，都会造成降水困难甚至于降水无效.
综上所述，在基坑工程降水存在许多缺陷如会引起邻近建筑物的不均匀沉降，施工时要采取措施防止不均匀沉降;
根据场地条件及该建筑物设计施工资料；
地质情况；
场地地下水情况选择合适的降水方法，以减少基坑工程施工中的事故.
任务四降水对周围环境的影响及措施
一、降水对周围环境的影响
在地下水位以下含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，若采用一般的明沟排水方法，常会遇到大量地下涌水，难以排干；
当遇粉、细砂层时,还会出现严重的翻浆、冒泥、流砂现象，不仅使基坑无法挖深，而且还会造成大量水土流失,使边披失稳或附近地面出现塌陷，严重时还会影响附近建筑物的安全，这在以前的工程施工中也曾发生过.当遇这种地基情况时，一般应采用人工降低地下水位的方法施工，常用的为各种井点降水方法。
井点降水方法施工若处置不当，在一定条件下也会引起周围建筑地基沉降。
基坑工程中对场区地下水处理采用排降法较止水阻挡法法的最大缺陷是会引起邻近建筑物的不均匀沉降。
由于每个井点周围的水位降低是呈漏斗状分布,整个基坑周围的水位降落必然是近大远小呈曲面分布。
水位降低一方面减小了土中地下水对地上建筑物的浮托力,使软弱土层受压缩而沉降；
另一方面空隙水从土中排出，土体固结变形，本身就是压缩沉降过程。
地面沉降量与地下水位降落量是对应的，地下水位降落的曲面分布必然引起邻近建筑物的不均匀沉降。
当不均匀沉降达到一定程度时，邻近建筑物就会裂缝、倾斜甚至于倒塌.因此配合基坑边坡支护进行降水设计和施工，必须高度重视降水对邻近建筑物的影响，把不均匀沉降限制在允许的范围内，以确保基坑及周围建筑物的安全。
二、施工措施
在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长时间降水引起过大的地面沉降，会带来较严重的后果。
为防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降,可以从以下几方面制定减少不均匀沉降的措施:
1、由于基坑周围的水位降落曲线随降水要求、降水方法和具体方案的不同而差别较大,因此不要提出过高的降水深度，在满足基本降水要求的前提下,对各种降水方
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