土钉墙与降水

1、补充：土钉墙 宜用于深度不大于宜用于深度不大于12m 的基坑支护或边坡加固，当的基坑支护或边坡加固，当 土土 钉墙与有限放坡、预应力锚杆联合使用时，深度可增加；钉墙与有限放坡、预应力锚杆联合使用时，深度可增加； 不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质 土；不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。土；不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。 土土 钉钉 墙墙 施施 工工 工工 艺艺 根据地质划分开挖高度根据地质划分开挖高度 开挖土方并修整边坡开挖土方并修整边坡 喷底层砼喷底层砼 喷表层砼至设计厚度喷表层砼至设计厚度 土钉安装土钉安装 钻设

2、钉孔钻设钉孔 注浆注浆 安装泄水管安装泄水管 挂钢筋网并与土钉尾部焊接挂钢筋网并与土钉尾部焊接 开挖下层土开挖下层土 锚杆必须具备几个因素：锚杆必须具备几个因素： 一个抗拉强度高于岩土体的杆体一个抗拉强度高于岩土体的杆体 杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦（或粘结）杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦（或粘结） 阻力阻力 杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的 径向阻力径向阻力 锚杆：锚杆：由锚固段、自由段、锚头组成的，一端与支护挡土由锚固段、自由段、锚头组成的，一端与支护挡土 结构相连，一端与土层相锚固的细长杆件。结构相连，一端与土层相锚固

3、的细长杆件。 一般采取先在土层中钻孔，后置入一般采取先在土层中钻孔，后置入钢筋钢筋、在锚固段注浆、在锚固段注浆、 锚头紧固的方法制成。锚头紧固的方法制成。 钢管、角钢、钢绞线，钢管、角钢、钢绞线， 1.4.4降水降水 预备知识预备知识: 1. 流体力学流体力学-流线网；流线网； 2. 土的渗透性；土的渗透性； 3. 抽水设备抽水设备(井泵井泵)的扬程及扬程与真空度的关系。的扬程及扬程与真空度的关系。 教学要求：教学要求： 1. 掌握集水井降水施工方法；掌握集水井降水施工方法； 2. 了解各类井点的特点与适用范围；了解各类井点的特点与适用范围； 3. 掌握轻型井点的平面布置与高程布置方法；掌握轻

4、型井点的平面布置与高程布置方法； 4. 掌握无压井涌水计算。掌握无压井涌水计算。 为什么要降水？为什么要降水？ 当地下水位高于基底时，由于土的含水层被切当地下水位高于基底时，由于土的含水层被切 断，地下水会不断地渗入坑内。断，地下水会不断地渗入坑内。 雨期施工时，地面水也会不断流入坑内。雨期施工时，地面水也会不断流入坑内。 不仅会使施工条件恶化，而且地基土被水泡软不仅会使施工条件恶化，而且地基土被水泡软 后，容易造成边坡塌方并使地基的承载力下降。后，容易造成边坡塌方并使地基的承载力下降。 另外，当基坑下遇有承压含水层时，若不降另外，当基坑下遇有承压含水层时，若不降 水减压，则基底可能被冲溃破坏

5、。水减压，则基底可能被冲溃破坏。 因此，为了保证工程质量和施工安全，在基坑开挖前因此，为了保证工程质量和施工安全，在基坑开挖前 或开挖过程中，必须采取措施，控制地下水位，使地基土或开挖过程中，必须采取措施，控制地下水位，使地基土 在开挖及基础施工时保持干燥。在开挖及基础施工时保持干燥。 流砂现象与防治流砂现象与防治 基坑挖土至地下水位以下，当土质为细砂土或粉砂土基坑挖土至地下水位以下，当土质为细砂土或粉砂土 的情况下，往往会出现一种称为的情况下，往往会出现一种称为“流砂流砂”的现象，即土颗的现象，即土颗 粒不断地从基坑边或基坑底部冒出的现象。粒不断地从基坑边或基坑底部冒出的现象。 一旦出现流砂

6、，土体边挖边冒流砂，土完全丧失承载一旦出现流砂，土体边挖边冒流砂，土完全丧失承载 力，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。力，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。 严重时会引起基坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空严重时会引起基坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空 而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。 2003年年7月月1日，日， 上海轨道交通上海轨道交通4号线工程发生塌方事故，号线工程发生塌方事故， 仅上海市政府公布的直接经济损失就达仅上海市政府公布的直接经济损失就达1.5亿元。亿元。 由于联络通道地质条件比较复杂，处在第由于联络通道地质条件比较复杂，处在第7 7

7、层承压水地层层承压水地层 中，开挖过程中承压水冲破土层，而发生流砂中，开挖过程中承压水冲破土层，而发生流砂 流砂的产生带动土层扰动、移位，造成隧道结构破坏。流砂的产生带动土层扰动、移位，造成隧道结构破坏。 引起地面土体沉陷，继而地面建筑物倾斜、部分倒塌引起地面土体沉陷，继而地面建筑物倾斜、部分倒塌 隧道 联络通道 流 沙 塌方 塌方 顶破口 事故诱因事故诱因: : 7 7月月2 2日日-3-3日，险情在进一步发展和扩大日，险情在进一步发展和扩大 v 隧道内继续大量进水，水位上涨速隧道内继续大量进水，水位上涨速 度较快，约每小时涨移度较快，约每小时涨移15M(100L/s)。 v 地面沉陷的范围

8、和深度在进一步扩大，地面沉陷的范围和深度在进一步扩大， 最深达最深达4M v近近30M防汛墙倒塌，近防汛墙倒塌，近70M防汛防汛 墙结构严重破坏，黄浦江水冲入塌墙结构严重破坏，黄浦江水冲入塌 陷区、并进入地下隧道，加剧险情陷区、并进入地下隧道，加剧险情 发展。发展。 最深处约最深处约2M， 流砂现象产生的原因是水在土中渗流所产流砂现象产生的原因是水在土中渗流所产 生的动水压力生的动水压力对土体对土体作用的结果。作用的结果。 地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力称地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力称 为动水压力，用为动水压力，用GD表示。表示。 土体对渗流水的总的阻力土体对渗流水的总的阻力

9、T 沿水流方向任取一土柱体，其长度为沿水流方向任取一土柱体，其长度为L，横断面积为，横断面积为F， 作用土柱体内作用土柱体内水体水体上的力有：上的力有： A，B两端的静水压力，分别为两端的静水压力，分别为rwhAF和和rwhBF； 土柱体内水的重量与土骨架所受浮力的反力之和土柱体内水的重量与土骨架所受浮力的反力之和rwLF； 土柱体中骨架对渗流水的总的阻力土柱体中骨架对渗流水的总的阻力TLF。 由由X=0得得 rwhAF- rwhbF- TLF+ rwLF cos=0 为水头差与渗透路径之比，称为水力坡度，用为水头差与渗透路径之比，称为水力坡度，用i表示。表示。 于是于是 动水压力动水压力GD

10、的大小与水力坡度成正比，的大小与水力坡度成正比， 即水位差即水位差HA-HB愈大，则愈大，则GD愈大；愈大； 而渗透路程而渗透路程L愈长，则愈长，则GD愈小。愈小。 动水压力动水压力 GD GD= - w I I = ( H1 H2 ) / L 流砂现象流砂现象:GD (土的浸水重度 土的浸水重度) GD H1 H2 L 多发生在颗粒级配均匀而细的粉、多发生在颗粒级配均匀而细的粉、 细砂等砂性土中。细砂等砂性土中。 防治措施：防治措施：1）降水；）降水；2）防水帷幕）防水帷幕 由于产生流砂的主要原因是动水压力的大小和方向。因由于产生流砂的主要原因是动水压力的大小和方向。因 此，在基坑开挖中，防

11、治流砂的基本原则是此，在基坑开挖中，防治流砂的基本原则是 减少或平衡动水压力；减少或平衡动水压力； 设法使动水压力方向向下；设法使动水压力方向向下； 截断地下水流。截断地下水流。 其具体措施有：其具体措施有： （1）枯水期施工法：）枯水期施工法： 枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，不易产生流砂。枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，不易产生流砂。 （2）抢挖并抛大石块法：）抢挖并抛大石块法： 分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦 席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适

12、用于治理局部的席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的 或轻微的流砂。或轻微的流砂。 （3）设止水帷幕法：）设止水帷幕法： 将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注 桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，从而使地桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，从而使地 下水只能从支护结构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内下水只能从支护结构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内 的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压

13、力，防止流砂产生。 （4）人工降低地下水位法）人工降低地下水位法 使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的渗流向下，则动水使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的渗流向下，则动水 压力的方向也向下，从而水不能渗流入基坑内，可有效地防止流砂的压力的方向也向下，从而水不能渗流入基坑内，可有效地防止流砂的 发生。因此，此法应用广泛且较可靠。发生。因此，此法应用广泛且较可靠。 此外，采用地下连续墙、压密注浆法、土壤冻结法等，阻止地此外，采用地下连续墙、压密注浆法、土壤冻结法等，阻止地 下水流入基坑，以防止流砂发生。下水流入基坑，以防止流砂发生。 无论采用何种降水方法，均应持续到基础施工完毕，且土无论采用何

14、种降水方法，均应持续到基础施工完毕，且土 方回填后方可停止降水。方回填后方可停止降水。 集水井降水法适用于：集水井降水法适用于： 1. 降水深度较小且土层为粗粒土层或降水深度较小且土层为粗粒土层或 渗水量小的粘性土层。渗水量小的粘性土层。 2. 当基坑开挖较深，采用刚性土壁支护结构挡土并形成止水当基坑开挖较深，采用刚性土壁支护结构挡土并形成止水 帷幕时，基坑内降水也多采用集水井降水法。帷幕时，基坑内降水也多采用集水井降水法。 3. 采用井点降水法降水但仍有局部区域降水深度不足时，可采用井点降水法降水但仍有局部区域降水深度不足时，可 辅以集水井降水。辅以集水井降水。 重力降水（集水井降水）重力降

15、水（集水井降水） 强制降水（轻型井点降水）强制降水（轻型井点降水） 降低地下水水位降低地下水水位 1.集水井降水施工集水井降水施工 1）施工过程）施工过程 当基坑挖至设计标高后，当基坑挖至设计标高后，集水坑底应低于基坑底面集水坑底应低于基坑底面 1.02.0 m，并铺设碎石，并铺设碎石滤水层滤水层（0.3 m厚）或采用双层厚）或采用双层 滤水层，下部砾石（滤水层，下部砾石（0.1 m厚）、上部粗砂（厚）、上部粗砂（0.1 m 厚），以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出，并防止坑底厚），以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出，并防止坑底 土被扰动。土被扰动。 排水沟排水沟 集水井集水井 水泵抽出坑外水泵抽

16、出坑外 每隔每隔2040m设置一个设置一个 井点降水井点降水 井点降水井点降水 井点降水的作用井点降水的作用 井点降水的类型井点降水的类型 井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定 数量的滤水管（井）。在基坑开挖前和开挖过程中，利用真数量的滤水管（井）。在基坑开挖前和开挖过程中，利用真 空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下。空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下。 井点降水的作用主要有以上几方面：井点降水的作用主要有以上几方面： 降水后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力。降水后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能

17、力。 管涌管涌 在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔 隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度 不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致 土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称 为管涌。为管涌。 可见，管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进可见，管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进 性质的破坏。性质的破坏。 流砂流砂 即土颗粒不断地从基坑边或基坑底部冒出

18、的现象。即土颗粒不断地从基坑边或基坑底部冒出的现象。 （基坑挖土至地下水位以下，当土质为细砂土或粉砂土的（基坑挖土至地下水位以下，当土质为细砂土或粉砂土的 情况下）情况下） 降水井点有两大类：轻型井点和管井类。降水井点有两大类：轻型井点和管井类。 一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较 等因素确定。等因素确定。 轻型井点最为广泛轻型井点最为广泛 各种井点的适用范围各种井点的适用范围 井点类别井点类别土的渗透性土的渗透性(m/d)降水深度降水深度(m) 轻轻 型型 井井 点点 一级轻型井点一级轻型井点0.15036 多级轻型井点多级轻

19、型井点0.150视井点级数而定视井点级数而定 喷射井点喷射井点0.150820 电渗井点电渗井点15 土的渗透性土的渗透性 土体被水透过的性质，用渗透系数土体被水透过的性质，用渗透系数 K 表示。表示。 水穿透土体的速度（水穿透土体的速度（V=KI） 达西定律达西定律 水力坡度（水力坡度（I=h/L）；）； L h K的单位：的单位：m / d 粘土粘土 H 10.3m 取取 H 0 = H =10.3m = =1943m 3 （ 3 ）平面布置）平面布置 C = （ 46.4+26.4 ） 2=145.6m W6 型干式真空泵有效负荷长度为型干式真空泵有效负荷长度为 80m ，所以采用两套，

20、所以采用两套 抽水设备抽水设备 (m 3 /d) n = Q / q =1943/25.68=75.7 n =1.1 n =1.1 75.7 83.3 （根）（根） 取取 n 为为 83 根根 井点管间距为井点管间距为 1.6m 82 1.6=131.2m145.6m ， 满足要求满足要求 轻型井点施工轻型井点施工 1）准备工作）准备工作 包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备 开挖排水沟，开挖排水沟， 观测附近建筑物标高以及实施防止其沉降的措施等。观测附近建筑物标高以及实施防止其沉降的措施等。 2）埋设井点的程序）埋设井点的程序 排放总管排放总管埋设

21、井点管埋设井点管用弯联管将井点与总管接通用弯联管将井点与总管接通安安 装抽水设备。装抽水设备。 井点管的埋设井点管的埋设 埋设方法：埋设方法： 水冲法：冲孔、埋管水冲法：冲孔、埋管 钻孔法：正循环钻钻孔法：正循环钻 、反循环钻、冲击钻、反循环钻、冲击钻 振动水冲法：振动水冲法： a) 冲孔；冲孔； b)埋管埋管 1冲管；冲管； 2冲嘴；冲嘴； 3胶管；胶管； 4高压水泵；高压水泵； 5压力表；压力表； 6起重机吊钩；起重机吊钩； 7井点管；井点管； 8滤管；滤管； 9填填 砂；砂； 10粘土封口粘土封口 图井点管的埋设图井点管的埋设 冲孔冲孔埋管埋管 填砂填砂 封口封口 使用要求：使用要求：

22、开挖前开挖前25天开泵降水；软土中提前天开泵降水；软土中提前2周降水。周降水。 连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。 井点拆除井点拆除 地下室或地下结构物竣工后并将基坑进行回填土后，方地下室或地下结构物竣工后并将基坑进行回填土后，方 可拆除井点系统，拔出井点管多借助于倒链、起重机等。可拆除井点系统，拔出井点管多借助于倒链、起重机等。 所留孔洞用砂或土填塞；所留孔洞用砂或土填塞； 另外，井点的拔除应在基础及已施工部分的另外，井点的拔除应在基础及已施工部分的自重大于浮自重大于浮 力的情况下进行，且底板砼必须要有一定的强度，力的情况

23、下进行，且底板砼必须要有一定的强度，防止因水防止因水 浮力引起地下结构浮动或破坏底板。浮力引起地下结构浮动或破坏底板。 渗透系数小于渗透系数小于0.1m/d的土层的土层 如连云港沿海淤泥如连云港沿海淤泥 这类土含水量大这类土含水量大,压缩性高压缩性高,稳定性差。由于土粒间微小孔隙将稳定性差。由于土粒间微小孔隙将 水保持在孔隙内水保持在孔隙内,单靠用真空吸力的一般降水方法效果不佳单靠用真空吸力的一般降水方法效果不佳,此此 时时,必须采用电渗井点降水。必须采用电渗井点降水。 电渗井点电渗井点 电渗井点电渗井点 在井点管的内侧打入金属棒在井点管的内侧打入金属棒 (钢筋、钢管等钢筋、钢管等)，连以导线

24、，连以导线 通入直流电通入直流电 电泳现象：使土体固结；电泳现象：使土体固结； 电渗现象电渗现象: 使软土地基易于排水使软土地基易于排水 60V的直流电源的直流电源 金属棒金属棒 土颗料土颗料 地下水地下水 降水对周围环境的影响降水对周围环境的影响 在井点周围形成漏斗状的弯曲水面，即在井点周围形成漏斗状的弯曲水面，即“降水漏斗降水漏斗”， 就必然会造成地面固结沉降，由于漏斗形的降水面不是平就必然会造成地面固结沉降，由于漏斗形的降水面不是平 面，因而所产生的沉降也是不均匀的。面，因而所产生的沉降也是不均匀的。 在实际工程中，由于井点管滤网及砂滤层结构不良，在实际工程中，由于井点管滤网及砂滤层结构

25、不良， 把粘土颗粒、甚至细砂同地下水一同抽出地面的情况也是把粘土颗粒、甚至细砂同地下水一同抽出地面的情况也是 经常发生的，这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧，经常发生的，这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧， 造成附近建筑物及地下管线的不同程度的损坏。造成附近建筑物及地下管线的不同程度的损坏。 环境保护环境保护 防范井点降水不利影响的措施防范井点降水不利影响的措施 （一）在降水前认真做好对周围环境的调研工作（一）在降水前认真做好对周围环境的调研工作 （二）合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的影响（二）合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的影响 设置地下水位观测孔，并对临近建筑、管线监测

26、。设置地下水位观测孔，并对临近建筑、管线监测。 在降水系统运转过程中随时检查观测孔中的水位，发在降水系统运转过程中随时检查观测孔中的水位，发 现沉降量达到报警值时，应及时采取措施。现沉降量达到报警值时，应及时采取措施。 降水施工时，应做好井点管滤网及砂滤层结构，防止降水施工时，应做好井点管滤网及砂滤层结构，防止 抽水带走土层中的细颗粒。抽水带走土层中的细颗粒。 （三）降水场地外侧设置挡水帷幕，减少降水影响范围（三）降水场地外侧设置挡水帷幕，减少降水影响范围 在降水场地外侧设置一圈挡水帷幕，切断降水漏斗曲在降水场地外侧设置一圈挡水帷幕，切断降水漏斗曲 线的外侧延伸部分，减小降水影响范围，从而把降水对周线的外侧延伸部分，减小降水影响范围，从而把降水对周 围的影响减小到最低程度。围的影响减小到最低程度。 直接利用可以挡水的挡土结构作为挡土帷幕，如钢板直接利用可以挡水的挡土结构作为挡土帷幕，如钢板 桩、地下连续墙。桩、地下连续墙。 如果施工区周围有湖、河、等贮水体时，应在井点和如果施工区周围有湖、河、等贮水体时，应在井点和 贮水体之间设置挡水帷幕，以防引起大量涌水，甚至带出贮水体之间设置挡水帷幕，以防引起大量涌水，甚至带出 土颗粒