建筑施工技术）第1章土方工程实用教案

1、【教学(jio xu)目标】 了解土方工程施工特点；掌握土方量的计算、场地平整施工的竖向规划设计；掌握基坑开挖施工中降低地下水位的方法和基坑边坡稳定及支护结构设计方法的基本原理；熟悉常用土方机械的性能和使用范围；掌握填土压实的要求和方法。第1页/共284页第一页，共285页。土方工程是建筑工程施工的主要工程之一，在大型建筑工程中，土方土方工程是建筑工程施工的主要工程之一，在大型建筑工程中，土方工程的工程量和工期往往对整个工程有较大的影响。土方工程主要包括土工程的工程量和工期往往对整个工程有较大的影响。土方工程主要包括土方的开挖、运输、填筑和压实等过程以及方的开挖、运输、填筑和压实等过程以及(y

2、j)排水、降水和土壁支撑等排水、降水和土壁支撑等准备和辅助过程。在建筑工程中，最常见的土方工程施工有场地平整、地准备和辅助过程。在建筑工程中，最常见的土方工程施工有场地平整、地下室和基坑下室和基坑(槽槽)及管沟开挖与回填、地坪填土与碾压、路基填筑等。及管沟开挖与回填、地坪填土与碾压、路基填筑等。第2页/共284页第二页，共285页。1.1.1 土方工程施工特点土方工程施工往往具有施工面广、工程量大、劳动繁重(fnzhng)、施工条件复杂等特点。土方工程施工工期长，又多是露天作业，在施工中直接受到地区交通、气候、水文、地质和邻近建(构)筑物等条件的影响，且土、石又是一种天然物质，成分较为复杂，难

3、以确定的因素很多，有时施工条件较为复杂。1.1 土的工程(gngchng)分类及其工程(gngchng)性质第3页/共284页第三页，共285页。1.1.2 土的工程分类土的种类繁多，其分类方法也很多。在建筑施工中，按照开挖(ki w)的难易程度，土可分为八类，其中一至四类为土，五至八类为岩石，见表1-1。第4页/共284页第四页，共285页。表1-1 土的工程(gngchng)分类第5页/共284页第五页，共285页。续表第6页/共284页第六页，共285页。不同的土，其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施工的影响，才能(cinng)选择正确的施工方法。第7页/共284页第

4、七页，共285页。1.1.3 土的工程性质土有各种工程性质，其中影响土方工程施工的有：土的密度、可松性、含水量和渗透性。1土的密度土的密度分天然密度和干密度。土的天然密度指土在天然状态下单位体积(tj)的质量，它影响土的承载力、土压力及边坡稳定性。土的天然密度按下式计算：Vm第8页/共284页第八页，共285页。式中：土的天然密度； m土的总质量(zhling)；V土的体积。土的干密度是指单位体积土中固体颗粒的含量，它是检验填土压实质量(zhling)的控制指标。土的干密度按下式计算：式中：d土的干密度；ms土中固体颗粒的质量(zhling)；V土的体积。Vmsd第9页/共284页第九页，共2

5、85页。2土的可松性自然状态(zhungti)下的土(原土)经开挖后，其体积因松散而增加，虽经回填夯实，仍不能恢复到原状土的体积，这种性质称为土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示如下： 式中：Ks最初可松性系数； 最终可松性系数；sK第10页/共284页第十页，共285页。V1自然状态下土的体积；V2土经开挖后的松散体积；V3土经回填压实后的体积。可松性系数对土方的调配，计算土方运输量、填方量及运输工具都有影响，尤其是大型(dxng)挖方工程，必须考虑土的可松性系数。第11页/共284页第十一页，共285页。3土的含水量土的含水量是指土中所含的水与土的固体颗粒之间的质量比，以百分数表示。

6、它反映了土的干湿程度。土的含水量按下式计算(j sun)：式中：m1含水状态时土的质量；m2烘干后土的质量；%100%100sw221mmmmmW第12页/共284页第十二页，共285页。mw土中水的质量；ms固体颗粒的质量。土的含水量对土方边坡的稳定性和填土压实质量均有影响。土方回填时则需要(xyo)达到最优含水量方能夯压密实，获得最大干密度。第13页/共284页第十三页，共285页。4土的渗透性土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系数K表示。地下水在土中的渗流速度可按达西定律计算：V=Ki式中：V水在土中的渗流速度(m/d)；i水力坡度；K土的渗透系数(m/d)。渗透系数K反映了

7、土的透水性强弱，它直接影响降水方案的选择(xunz)和涌水量计算的准确性，一般可通过室内渗透试验或现场抽水试验确定渗透系数。第14页/共284页第十四页，共285页。1.2.1 基坑、基槽土方量计算基坑土方量的计算可近似按拟柱体(由两个平行的平面做上下底的多面体)体积(tj)公式来计算(见图1-1)，即1.2 土方工程(t fn n chn)量计算)4(6201FFFHV第15页/共284页第十五页，共285页。 图1-1 基坑( j kn)土方量计算第16页/共284页第十六页，共285页。式中：H H基坑深度(m)(m)；F1F1基坑上底面积(m2)(m2)；F2F2基坑下底面积(m2)(

8、m2)；F0F0基坑中截面面积(m2)(m2)。基槽和路堤土方量可沿其长度方向分段后用同样的方法计算(j (j sun)sun)，然后将各段的土方量相加，即得总土方量( (见图1-2)1-2)，即)4(620111FFFLVnVVVV21第17页/共284页第十七页，共285页。式中：V1V1第一段的土方(tfng)(tfng)量(m3)(m3)；L1L1第一段的长度(m)(m)；VnVn各段的土方(tfng)(tfng)量(m3)(m3)。第18页/共284页第十八页，共285页。 图1-2 基槽土方(tfng)量计算第19页/共284页第十九页，共285页。1.2.2 场地平整土方量计算场

9、地平整就是将天然地面平整成施工所要求的设计平面。在目前总承包施工中，“三通一平”的工作往往由施工单位实施，因此场地平整也成为开工前的一项工作内容。场地平整前，要进行场区竖向规划设计，确定场地设计标高，计算挖方和填方的工程量，然后(rnhu)根据工程规模、施工期限和现有的条件选择土方机械，拟定施工方案。第20页/共284页第二十页，共285页。1场地设计标高的确定场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总体规划和竖向设计的依据。合理确定场地的设计标高，对减少土方量、节约土方运输费用、加快(ji kui)施工进度等都有重要的经济意义。选择设计标高时应考虑以下因素：(1) 满足生产工艺和运

10、输的要求。(2) 尽量利用地形，使场内挖填平衡，以减少土方运输费用。(3) 有一定泄水坡度(2)，满足排水要求。(4) 考虑最高洪水位的影响。第21页/共284页第二十一页，共285页。1) 初步确定(qudng)场地设计标高首先，将场地的地形图根据要求的精度划分成边长为1040 m的方格网，在各方格左上角逐一标出其角点的编号，如图1-3所示。然后求出各方格角点的地面标高，标于各方格的左下角。地形平坦时，可根据地形图上相邻两等高线的标高用插入法求得；地形起伏较大或无地形图时，可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。第22页/共284页第二十二页，共285页。 图1-3 场地(chngd)

11、设计标高计算示意图第23页/共284页第二十三页，共285页。按照场地(chngd)内土方在平整前及平整后相等的原则，场地(chngd)设计标高可按下式计算： (1-1)式中：H0场地(chngd)初始设计标高；H1一个方格仅有的角点标高；H2两个方格共有的角点标高；H3三个方格共有的角点标高；H4四个方格共有的角点标高；n方格数。nHHHHH443243210第24页/共284页第二十四页，共285页。2) 场地设计标高的调整按公式(gngsh)(1-1)所计算的初始设计标高H0是一个理论值，实际上还需要考虑以下因素进行调整。(1) 土的可松性影响。考虑土的可松性后，场地设计标高应调整为式中

12、，h为土的可松性引起设计标高的增加值。hHH00第25页/共284页第二十五页，共285页。(2) 借土或弃土的影响。设计标高以上的各种填方工程的用土量和设计标高以下的各种挖方工程的挖土量，以及经过(jnggu)经济比较而将部分挖方就近弃土于场外，或部分填方就近从场外取土，都会导致设计标高的降低或提高，因此必要时也需重新调整设计标高。第26页/共284页第二十六页，共285页。场地内若有大型基坑开挖，则有多余土方，为了防止余土外运，需提高设计标高。在场地内修筑路堤等需要土方，此时若按H0施工，则会出现用土不足，为了保证有足够的土，需降低设计标高。(3) 泄水坡度的影响。当按设计标高调整后的同一

13、设计标高进行平整时，整个场地表面均处于同一水平面，实际上由于排水的需要，场地表面需要有一定的泄水坡度，因此，必须根据场地泄水坡度的要求(yoqi)，计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。第27页/共284页第二十七页，共285页。 图1-4 单向(dn xin)泄水第28页/共284页第二十八页，共285页。平整场地的坡度一般需标明在图纸上，如设计无要求，一般取不小于2的坡度。根据设计图纸或现场情况，泄水坡度可分为单向泄水和双向泄水。场地向一个方向排水称为(chn wi)单向泄水，如图1-4所示。单向泄水时场地设计标高计算是将已调整的设计标高 作为场地中心线的标高参考，场地内任一点设计

14、标高为0H第29页/共284页第二十九页，共285页。式中：Hij场地内任一点(y din)的设计标高；L该点至场地中心线的距离；i场地泄水坡度。场地向两个方向排水叫双向泄水，如图1-5所示。双向泄水时设计标高计算是将已调整的设计标高 作为场地纵横方向的中心点，场地内任一点(y din)的设计标高为0H 第30页/共284页第三十页，共285页。式中：Lx该点距x轴的距离(m)；Ly该点距y轴的距离(m)；ix、iy场地(chngd)在两个方向的泄水坡度。第31页/共284页第三十一页，共285页。 图1-5 双向泄水(xi shu)第32页/共284页第三十二页，共285页。2场地平整土方量

15、计算场地平整土方量的计算方法通常有方格网法和断面法两种。当场地地形较为平坦(pngtn)时宜采用方格网法；当场地地形起伏较大、断面不规则时，宜采用断面法。大面积场地平整的土方量通常采用方格网法计算，即根据每个方格角点的自然地面标高和设计标高，计算出相应的角点挖填高度，然后计算出每一个方格的土方量，并计算出场地边坡的土方量，这样即可求得整个场地的填、挖土方量。第33页/共284页第三十三页，共285页。方格边长一般(ybn)取10 m、20 m、30 m、40 m等。计算场地平整土方量的具体步骤如下：1) 计算场地各方格角点的施工高度各方格角点的施工高度(挖或填的高度)可按下式计算：hn=Hn-

16、H式中：hn角点的施工高度，即填、挖高度，以“+”表示填，“-”表示挖；Hn角点的设计标高；H角点的自然地面标高。第34页/共284页第三十四页，共285页。2) 确定“零点”和“零线”当同一方格的四个角点的施工高度(god)全为“+”或全为“-”时，说明该方格内的土方全部为填方或全部为挖方；当同一个方格中一部分角点的施工高度(god)为“+”而另一部分为“-”时，说明此方格中的土方一部分为填方，而另一部分为挖方，这时必定存在不挖不填的点，这样的点叫“零点”。把一个方格中的所有“零点”都连接起来形成的直线或曲线叫“零线”，即挖方与填方的分界线。第35页/共284页第三十五页，共285页。 图1

17、-6 计算零点(ln din)的位置示意图第36页/共284页第三十六页，共285页。计算(j sun)“零点”的位置，根据方格角点的施工高度用几何法求出，如图1-6所示。 式中：x1、x2角点至零点的距离(m)；h1、h2相邻两角点的施工高度(均用绝对值)(m)；a方格网的边长(m)。1112ahxhh2212ahxhh 第37页/共284页第三十七页，共285页。3) 计算场地方格挖、填土方量场地各方格土方量的计算一般有下述四种类型，可采用四角棱柱体的体积计算方法。(1) 方格四个角点全部(qunb)为填方(或挖方)时，如图1-7所示，其土方量为(2) 方格的相邻两角点为挖方，另两角点为填

18、方时，如图1-8所示，其挖方部分的土方量为221234()44aaVhhhhh322241212214hhhhhhaV，第38页/共284页第三十八页，共285页。填方部分的土方(tfng)量为(3) 方格的三个角点为挖方，另一个角点为填方，或者相反时，如图1-9所示。其填方部分的土方(tfng)量为3223412424, 34hhhhhhaV)(643413424hhhhhaV第39页/共284页第三十九页，共285页。挖方部分的土方量为(4) 方格的一个角点为挖方，相对的角点为填方，另两个角点为零点时，如图1-10所示，其挖(填)方土方量为以上的计算公式是根据平均(pngjn)中断面的近似

19、公式推导得到的，方格中地形不平时误差较大，但计算简单，目前人工计算土方量时多用此法。4432123 , 2, 1)22(6VhhhhaVhaV62第40页/共284页第四十页，共285页。为提高(t go)计算精度，也可将方格网按等高线走向划成三角棱柱体进行计算，此法计算工作量太大，一般适宜用电子计算机计算土方量。第41页/共284页第四十一页，共285页。 图1-7 全挖(全填)方格(fn )第42页/共284页第四十二页，共285页。 图1-8 两挖两填方格(fn )第43页/共284页第四十三页，共285页。 图1-9 三挖一填(或三填一挖)方格(fn )第44页/共284页第四十四页，

20、共285页。 图1-10 一挖一填方格(fn )第45页/共284页第四十五页，共285页。4) 计算场地边坡土方量在场地平整施工中，沿着场地四周都需要做成边坡以保持土体稳定，同时(tngsh)保证施工和使用的安全。在对边坡土方量进行计算时，可先把挖方区和填方区的边坡画出来，如图1-11所示，然后将边坡划分为两种近似的几何形体，如三角棱柱体或三角棱锥体，分别计算其体积，求出边坡土方的挖、填土方量。第46页/共284页第四十六页，共285页。 图1-11 场地(chngd)边坡土方量计算第47页/共284页第四十七页，共285页。(1) 棱锥体边坡体积(tj)。例如，图1-11中的，其体积(tj

21、)为式中：l1边坡的长度；F1边坡的端面积。11131lFV 第48页/共284页第四十八页，共285页。(2) 三角棱柱体边坡体积。例如，图1-11中的，其体积为在两端(lin dun)横断面面积相差很大的情况下，则11131lFV )4(620144FFFlV第49页/共284页第四十九页，共285页。1.2.3 土方平衡与调配土方工程量计算完成以后就可进行土方调配。土方调配就是对挖方土需运至何处，填方所需的土应取自何方进行综合协调处理。其目的是在土方运输量最小或土方运输费用最小的条件下，确定挖填方区土方的调配方向、数量及平均运距，从而缩短工期，降低成本。土方调配工作(gngzu)的内容主

22、要包括：划分调配区、计算土方调配区之间的平均运距、选择最优的调配方案及绘制土方调配图表。第50页/共284页第五十页，共285页。1调配原则土方的调配原则包括：力求挖填平衡，运距最短，费用最省；便于改土造田；考虑土方的利用，减少(jinsho)土方的重复挖、填和运输。2步骤与方法1) 划分调配区进行土方调配时，首先要划分调配区。划分调配区应注意下列几点：第51页/共284页第五十一页，共285页。(1) 调配区的范围应该与工程建(构)筑物的平面位置相协调，并考虑它们的开工顺序、工程的分期施工顺序。 (2) 调配区的大小应该满足土方施工主导机械(铲运机、挖土机等)的技术要求。(3) 调配区的范围

23、应该和土方工程量计算用的方格网相协调，通常可由若干个方格组成(z chn)一个调配区。(4) 当土方运距较大或场地范围内土方不平衡时，可根据附近的地形考虑就近取土或就近弃土，这时一个取土区或弃土区可作为一个独立的调配区。第52页/共284页第五十二页，共285页。2) 求出各挖、填方(tin fn)区间的平均运距挖、填方(tin fn)区间的平均运距即每对调配区土方重心间的距离，可近似以几何形心代替土方体积重心，先在图上将重心连起来，再用比例尺量出来。3) 画出土方调配图画出土方调配图(如图1-12所示)，在图上标出各调配区的调配方向、数量及平均运距。第53页/共284页第五十三页，共285页

24、。 图1-12 土方(tfng)调配图第54页/共284页第五十四页，共285页。4) 确定土方调配的初始方案用最小元素法求初始调配方案。最小元素法即对运距(或单价)最小的一对挖填分区，优先且最大限度(xind)地供应土方量，满足该分区后，以此类推，直至所有的挖方分区土方量全部分完为止。第55页/共284页第五十五页，共285页。5) 确定土方调配的最优方案利用“最小元素法”确定的初始方案有限(yuxin)，考虑就近调配时求得的总运输量是较小的，但这并不能保证其总运输量是最小的，因此，还需要确定最优调配方案。一般采用的是“闭回路法”或“位势法”。第56页/共284页第五十六页，共285页。场地

25、平整工作完成后便可进行基坑的开挖，基坑的开挖往往涉及一系列的问题，如边坡的稳定、基坑的支护、降低(jingd)地下水位以及基坑开挖方案的确定等。1.3 基 坑 施 工第57页/共284页第五十七页，共285页。1.3.1 基坑(j kn)开挖前的施工准备1学习与审查图纸施工单位在接到施工图后，应先组织各专业主要人员对图纸进行学习及综合审查，核对平面尺寸和坑底标高，并核对各专业图纸间有无矛盾和差错，熟悉地质、土层和水文勘察资料，了解基础形式、工程规模、结构的形式与特点、工程量和质量要求，弄清楚地下管线、构筑物与地基的关系，进行图纸会审，对发现的问题逐条予以解决。第58页/共284页第五十八页，共

26、285页。2编制施工方案研究制定施工现场基础开挖方案，绘制施工总平面图，确定(qudng)开挖顺序、范围、基础底面标高、边坡坡度、排水沟和集水井位置以及土方堆场，提出施工机具、劳动力的配备计划，推广新技术计划。深基坑开挖还需提出支护和降水方案。第59页/共284页第五十九页，共285页。3场地平整及清理障碍物平整场地应按建筑总平面图中的标高进行。清理障碍物时一定要弄清楚情况并采取相应的措施，防止发生事故。4测量定位放线建筑物的定位是指将建筑物外墙轴线交点测设到地面上，并以此作为基础，测设好细部测设的依据。通常可以根据建筑红线、测量控制点、建筑方格网或已有的建筑物来定位。放线是指根据已定位的主轴

27、线交点桩详细测出建筑物其他各轴线交点的位置，并用(bn yn)木桩标定出来，据此按基础宽度和放坡宽度用石灰撒出开挖边界线。第60页/共284页第六十页，共285页。5修建临时设施与道路施工现场所需临时设施主要包括生产性临时设施和生活性临时设施。生产性临时设施有混凝土搅拌站、各种作业棚、建筑材料堆场及仓库。生活性临时设施主要有宿舍、食堂、办公室、厕所等。所有这些临时设施应尽可能利用永久性工程，按现场施工平面图搭设。开工前应修好施工现场内机械的运行道路，主要运输道路宜结合永久性道路的布置修筑，同时做好现场供水、供电、供气以及(yj)施工机具和材料进场。第61页/共284页第六十一页，共285页。1

28、.3.2 降低地下水位在基坑开挖过程中，当基坑底面低于地下水位时，由于土壤的含水层被切断，地下水将不断(bdun)渗入基坑。这时如不采取有效措施排水，降低地下水位，不但会使施工条件恶化，而且基坑经水浸泡后会导致地基承载力的下降和边坡塌方。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，必须采取措施降低地下水位，使基坑在开挖过程中坑底始终保持干燥。第62页/共284页第六十二页，共285页。对于地面水(雨水、生活污水)，一般采取在基坑四周或流水的上游设排水沟、截水沟或挡水土堤等办法解决(jiju)。对于地下水则常采用集水井明排降水和井点降水的方法，使地下水位降至所需开挖的深度以下。无

29、论采用何种方法，降水工作都应持续到基础工程施工完毕并回填土后才可停止。第63页/共284页第六十三页，共285页。1集水井明排法集水井明排法是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央开挖有一定坡度的排水沟，再在坑底每隔一定距离(一般为2040m)设置一个集水坑，使地下水通过排水沟流入集水坑内，然后(rnhu)用水泵抽走，如图1-13所示。第64页/共284页第六十四页，共285页。 (a) 平面图 (b) 剖面图1排水明沟；2集水井；3水泵；4基础(jch)外边线；5原地下水位线；6降低后地下水位线图1-13 明沟(mnggu)与集水井排水第65页/共284页第六十五页，共285页。集水井明排法是一

30、种常用的最经济、最简单的方法，但仅适用于土质(t zh)较好且地下水位不高的基坑开挖，当土为细砂或粉砂时，易发生流砂现象，此时可采用井点降水的方法。1) 集水井与排水明沟的设置集水井与排水明沟宜布置在拟建建筑基础边0.4m以外，沟边缘离开边坡坡脚不应小于0.3m；排水明沟沟底宽一般不宜小于0.3m，底面应比挖土面低0.30.4m，排水纵坡宜控制在12内；第66页/共284页第六十六页，共285页。集水井直径或宽度一般为0.60.8m，其底面应比排水沟底低约0.5m以上，并随基坑的挖深而加深。当基坑挖至设计标高后，集水井应进一步加深至低于基坑底12m，并铺填约0.3m厚的碎石滤水层(shu cn

31、)，以免因抽水时间较长而携带大量泥砂，并防止集水井的土被扰动。第67页/共284页第六十七页，共285页。2) 水泵的选用集水井明排水用水泵从集水井中抽水，常用的水泵有潜水泵、离心水泵和泥浆泵。一般所选用水泵的抽水量为基坑涌水量的1.52倍。3) 流砂的发生与防止当基坑挖至地下水位以下且采用集水井排水时，如果坑底、坑壁的土粒形成流动状态随地下水的渗流不断涌入基坑，则称这种现象为流砂。发生流砂时，土完全丧失(sngsh)承载力，土边挖边冒，很难挖到设计深度，会给施工带来极大困难，严重时还会引起边坡塌方，甚至危及临近建筑物。第68页/共284页第六十八页，共285页。影响流砂现象的关键因素是动水压

32、力的大小与方向，所以，防治流砂的主要途径是减小或平衡动水压力，或者(huzh)改变动水压力的方向。其具体措施有：抢挖法、打钢板桩法、井点降低地下水位等方法，此外，还可选择在枯水期施工或在基坑四周修筑地下连续墙止水。第69页/共284页第六十九页，共285页。2井点降水法井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑周围埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，直至基础工程施工完毕，使所挖的土始终保持干燥状态。井点降水法改善了工作条件，防止了流砂的发生。同时，由于地下水位降落过程中动水压力向下(xin xi)作用与土体自重作用，使基底土层压密，提高了地基土的承载能力

33、。第70页/共284页第七十页，共285页。井点降水法按其系统的设置、吸水原理和方法(fngf)的不同，可分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点和管井井点，见表1-2。可根据基础规模、土的渗透性、降水深度、设备条件及经济性选用不同的井点降水方法(fngf)，其中轻型井点属于基本类型，应用最广泛。第71页/共284页第七十一页，共285页。表1-2 井点降水类型及适用(shyng)条件第72页/共284页第七十二页，共285页。1) 轻型井点轻型井点沿基坑四周每隔一定距离将若干直径较小的井点管埋入蓄水(x shu)层内，井点管上端伸出地面，通过弯联管与总管相连并引向水泵房，利用抽水设备将地下

34、水从井点管内不断抽出，使地下水位降至坑底以下，如图1-14、图1-15所示。第73页/共284页第七十三页，共285页。 图1-14 轻型井点降水( jingshu)法全貌第74页/共284页第七十四页，共285页。 图1-15 轻型(qn xn)井点施工图第75页/共284页第七十五页，共285页。(1) 轻型井点的组成。轻型井点主要由管路系统和抽水设备两部分组成。 管路系统。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管。滤管是地下水的吸入口，一般采用长11.5 m、直径3850 mm的无缝钢管。管壁上钻有直径为1218 mm的滤水孔，呈梅花形排列，滤孔面积为滤管表面积的20%25%，外包两层滤网

35、，内层细滤网采用3080目的金属(jnsh)或尼龙网，外层粗滤网采用510目金属(jnsh)网或尼龙网。第76页/共284页第七十六页，共285页。为了使吸水通畅，避免滤孔淤塞，在管壁与滤网之间用金属丝绕成螺旋形隔开，滤网的最外面再绕一层粗金属网。滤管的上端与井点管相连(xin lin)，下端有一铸铁头，便于插入土层并阻止泥砂进入。第77页/共284页第七十七页，共285页。井点管采用长为57m、直径为3850mm的钢管，可用整根或分节组成，上端用弯联管与总管相连。弯联管一般用塑料透明管或橡胶管制成，上面装有阀门，以便调节或检修井点。总管一般用直径为75110mm的无缝钢管分节连接(linji

36、)而成，每节长4 m，每隔0.81.6 m设一个与井点管连接(linji)的短接头，按2.55坡度坡向泵房。 抽水设备。抽水设备常用的有干式真空泵井点设备和射流泵井点设备两类。第78页/共284页第七十八页，共285页。(2) 轻型井点的布置。轻型井点的布置，应根据基坑的大小和深度、土质、地下水位的高低与流向、降水深度要求等因素确定，设计时主要考虑平面和高程两个方面。 平面布置。当基坑或沟槽宽度小于6 m且降水深度不超过6 m时，可用单排井点，将井点管布置在地下水上游一侧，两端的延伸(ynshn)长度不宜小于该坑或槽的宽度，如图1-16所示；若基坑宽度大于6 m或土质不良，则宜采用双排井点，如

37、图1-17所示；对于面积较大的基坑宜采用环形井点布置，如图1-18所示。第79页/共284页第七十九页，共285页。1总管； 2井点管； 3抽水(chu shu)设备； (a) 平面布置 (b) 高程(gochng)布置图1-16 单排线状井点布置第80页/共284页第八十页，共285页。(a) 平面布置 (b) 高程(gochng)布置 图1-17 双排线状井点布置(bzh)第81页/共284页第八十一页，共285页。 (a) 平面布置 (b) 高程(gochng)布置 图1-18 环状井点布置(bzh)第82页/共284页第八十二页，共285页。井点管距离基坑壁不宜过小，一般取0.71.2

38、m，以防止(fngzh)坑壁发生漏气而影响系统中的真空度。井点管间距按计算或经验确定，一般为0.81.6m，靠近河流处或总管四角部位，井点管应适当加密。当采用多套抽水设备时，井点系统应分段，各段长度应大致相等，分段地点宜选择在基坑转弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力。水泵宜设置在各段总管中部，使泵两边水流平衡。分段处应设阀门或将总管断开，以免管内水流紊乱，从而避免其影响抽水效果。第83页/共284页第八十三页，共285页。 高程布置。轻型井点的降水深度从理论上讲可达10 m左右(zuyu)，但由于抽水设备的水头损失，实际降水深度一般不大于6 m。井点管的埋设深度H(不包括滤管)可按下式

39、计算：HH1+h+iL式中：H1井点管埋设面到基坑底面的距离(m)；h基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.51.0m(人工开挖取下限，机械开挖取上限)；i降水曲线坡度，可取实测值或按经验，单排井点取1/4，双排井点取1/7，环形井点取1/101/15；第84页/共284页第八十四页，共285页。L井点管中心至基坑中心的水平距离，单排井点为至基坑另一边的距离(m)。如H值小于降水深度6 m，可用一级井点，H值稍大于6 m时，若降低(jingd)井点管的埋设面后可满足降水深度要求，仍可采用一级井点；当一级井点达不到降水深度要求时，可采用二级井点或多级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然

40、后在其底部埋设第二级井点，如图1-19所示。第85页/共284页第八十五页，共285页。 图1-19 二级轻型(qn xn)井点示意图第86页/共284页第八十六页，共285页。确定井点埋深时应考虑到井点管一般要露出地面0.2 m左右。对于滤管来说，任何情况下滤管必须埋在透水层内。(3) 轻型井点的计算。轻型井点的计算主要包括涌水量计算、井点管数量与间距的确定、抽水设备的选用等。 涌水量计算。井点系统涌水量受诸多不易确定的因素影响，计算比较复杂，难以得出精确值，目前(mqin)一般是按水井理论进行近似计算的。第87页/共284页第八十七页，共285页。水井的类别有多种，如图1-20所示，根据井

41、底是否达到不透水层，水井可分为完整井和非完整井，井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为(chn wi)完整井，否则称为(chn wi)非完整井。第88页/共284页第八十八页，共285页。 图1-20 水井(shujng)的分类第89页/共284页第八十九页，共285页。根据地下水有无压力，水井又可分为承压井和无压井。对于无压完整(wnzhng)井的环形井点系统，群井涌水量计算公式为 (1-2)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)；oxRSSHKQlglg)2(366. 1第90页/共284页第九十页，共285页。R抽水影响半

42、径(m)；xo环状井点系统的假想半径(m)。按式(1-2)计算涌水量时，需先确定R、xo、K值。对于(duy)矩形基坑，其长度与宽度之比不大于5时，R、xo值可分别按下式计算：式中：F为环状井点系统包围的面积(m2)。HKSR95. 1Fxo第91页/共284页第九十一页，共285页。渗透系数K值直接影响降水效果，一般可根据地质勘探报告提供的数据或通过现场抽水试验确定K值。对于无压非完整井的环形井点系统，地下潜水不仅会从井的侧面流入，还会从井点底部渗入，因此(ync)涌水量比完整井大。为了简化计算，仍可按式(1-2)计算，但此时式中H应换成有效抽水影响深度H0，H0值可按表1-3确定，当算得H

43、0大于实际含水量厚度时，仍取H值。第92页/共284页第九十二页，共285页。表1-3 抽水影响(yngxing)深度H0 m 第93页/共284页第九十三页，共285页。注：s为井点管中水位降低(jingd)值；l为滤管长度。承压完整井的环状井点系统的涌水量计算公式为式中：M承压含水层的厚度(m)；K、S、R、xo与公式(1-2)相同。承压非完整井的环状井点系统的涌水量计算公式为oxRMSKQlglg73. 2MlMrlMxRMSKQo25 . 0lglg73. 2第94页/共284页第九十四页，共285页。式中：r r井点管半径(m)(m)；l l滤管长度(m)(m)；K K、S S、R

44、R、xoxo与公式(1-2)(1-2)相同。若用以上各式计算(j sun)(j sun)轻型井点系统涌水量，要先确定井点系统布置方式和基坑计算(j sun)(j sun)图形面积。如矩形基坑的长宽比大于5 5或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时，需将基坑分块，使其符合上述各式的适用条件，然后分别计算(j sun)(j sun)各块的涌水量和总涌水量。第95页/共284页第九十五页，共285页。 确定井点管数量及井距。确定井点管数量需要先确定单根井点管的出水量，其最大出水量按下式计算：式中：d滤管直径(zhjng)(m)；l滤管长度(m)；K渗透系数(m/d)。井点管数量由下式确定：365Kdlq

45、 qQn1 . 1第96页/共284页第九十六页，共285页。式中：1.1为井点管备用系数(xsh)。井点管最大间距为式中：L为总管长度(m)。实际采用的井点管间距应大于15D，不能过小，以免彼此干扰，影响出水量，并且还应与总管接头的间距(0.8 m、1.2 m、1.6 m)相吻合，最后根据实际采用的井点管间距，确定井点管根数。nLD 第97页/共284页第九十七页，共285页。【例题】 某工程基坑宽10 m，长19 m，深4.1 m，挖土边坡10.5，地下水位在室外地坪以下0.6 m。根据地质勘察资料，该处地面下0.7 m为杂填土，此层下面有6.6 m的细砂层，土的渗透系数K=5 m/d，再

46、往下为不透水的黏土层。现采用轻型井点设备人工降低地下水位，机械开挖土方，试对该轻型井点系统进行设计。解 井点系统布置。该基坑顶部平面(pngmin)尺寸约为14 m23 m，布置环状井点，井点管距离边坡为0.8 m。第98页/共284页第九十八页，共285页。要求降水深度为S=4.10-0.6+0.5=4.0 m因此，采用一级轻型井点系统即可满足要求，总管和井点管布置在同一水平(shupng)面上。总管长度为L总=(23+14)2+80.8=80.4 m井点管要求埋设深度为 11144.10.50.85.38m102HHhiL第99页/共284页第九十九页，共285页。因此，可采用直径为50

47、mm、长度(chngd)为6 m的井点管，井点管露出地面0.2 m，埋入土中5.8 m，满足埋深要求。采用直径50 mm、长度(chngd)为1.5 m的滤管，滤管底部距不透水层的距离为5.8+1.5=7.3 m根据自然土质情况，不透水层的顶部距离地面为0.7+6.6=7.3m，因此，可按无压完整井进行设计和计算。第100页/共284页第一百页，共285页。 基坑总涌水量计算。含水层厚度：H=7.3-0.6=6.7 m降水深度：s=4.1-0.6+0.5=4.0 m基坑假想半径：由于该基坑长宽比不大于5，所以可化简为一个(y )假想半径为xo的圆井进行计算：m 1114. 3)28 . 023

48、)(28 . 014(0Fx第101页/共284页第一百零一页，共285页。抽水影响(yngxing)半径：基坑总涌水量：m 1 .4557 . 6495. 195. 1HKSR3(2)1.366 5(2 6.74)41.366419 m /dlglglg45.1lg11oHS SQKRx第102页/共284页第一百零二页，共285页。 计算井点管数量和间距。单井出水量：井点管数量： 在基坑四角处井点管应加密(ji m)(ji m)，如考虑每个角加2 2根井管，采用的井点管数量为2222+ +8 8= =3030根。/dm 9 .205 23. 105. 014. 365 65333Kdlq根

49、 229 .204191 . 11 . 1qQn第103页/共284页第一百零三页，共285页。井点管间距平均为布置井点管时，为让开机械挖土开行路线，宜布置成端部开口(ki ku)(即留3根井管数量距离)，因此，实际需要井点管数量为m 2.4 m， 77. 21306 .156 .242取D根用根 32 ， 5 .3124 . 26 .156 .242D第104页/共284页第一百零四页，共285页。(4) 轻型井点的施工。轻型井点系统的施工主要包括施工准备、井点系统的安装、使用及拆除(chich)。井点系统的安装顺序是：埋设总管冲孔埋设井点管灌填砂滤层用弯联管将井点管与总管连接安装抽水设备。

50、井点管的埋设一般用水冲法进行，它包括冲孔与埋管两个过程，如图1-21所示。第105页/共284页第一百零五页，共285页。 图1-21 井点管的埋设(mi sh)第106页/共284页第一百零六页，共285页。冲孔时，先用起重设备将冲管吊起并插在井点的位置上，然后开动高压水泵，将土冲松，冲管则边冲边沉。冲孔直径一般为300mm，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层；冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右(zuyu)，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，立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。砂滤层一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上11

51、.5m，以保证水流畅通。第107页/共284页第一百零七页，共285页。井点填砂后，在地面以下0.51.0 m内必须用黏土封口，以防漏气。井点管埋设完毕，应接通(ji tn)总管与抽水设备进行抽水试验，以检查有无死井(井点管淤塞)或漏气、漏水现象。井点系统的使用过程中应连续抽水，时抽时停会抽出大量泥沙，使滤管淤塞，并可能造成附近建筑物因土粒流失而沉降开裂。井点降水工作结束后所留的井孔必须用砂砾或黏土填实。第108页/共284页第一百零八页，共285页。(5) 井点回灌。在降水的同时，由于挖掘部位地下水的降低导致其周围地区地下水位随之下降，使土层中因失水而产生压密，容易(rngy)导致周围邻近建

52、筑物的不均匀沉降或开裂。为了防止这种不利情况的发生，通常需要设置回灌井点以进行井点回灌。井点回灌就是在井点降水的同时将抽出的地下水通过回灌井点再灌入地基土层内，水从井点周围土层渗透，在土层中形成一个和降水井点相反的倒转降落漏斗，使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围。第109页/共284页第一百零九页，共285页。这样，回灌井点就似一道隔水帷幕，阻止回灌井点外侧的建筑物地下水流失，使地下水位基本保持不变，土层压力仍处于原始平衡状态，从而有效地防止降水井点对周围建筑物的影响，如图1-22、图1-23所示。回灌水宜采用清水，以免阻塞井点，回灌水量和压力大小均须通过(tnggu)计算得到，并通过(

53、tnggu)对观测井的观测加以调整，既要起到隔水帷幕的作用，又要防止回灌水外溢而影响基坑内正常作业。回灌井点的埋设深度应根据透水层深度来决定，要保证基坑的施工安全和回灌效果。第110页/共284页第一百一十页，共285页。 图1-22 回灌井点构造(guzo)图第111页/共284页第一百一十一页，共285页。 图1-23 回灌井点示意图第112页/共284页第一百一十二页，共285页。回灌井点的滤管部分从地下水位以上0.5m处开始直至井管底部，也可采用与降水井点管相同的构造，但须保证成孔和灌砂的质量。回灌井点与降水井点之间应保持一定距离，一般应不少于6m，防止降水、回灌两进“相通(xingt

54、ng)”，启动和停止应同步。井点回灌时，应在降、灌水区域附近设置一定数量的沉降观测点及水位观测井，定时观测、记录，及时调整降、灌水量，以保持水幕作用。第113页/共284页第一百一十三页，共285页。2) 喷射井点当基坑开挖所需降水深度超过6m时，一级的轻型井点就难以收到预期的降水效果，这时如果场地许可，可以采用二级甚至多级轻型井点以增加降水深度，达到(d do)设计要求。但是这样一来会增加基坑土方施工工程量和降水设备用量从而延长工期，二来也扩大了井点降水的影响范围而对环境不利。因此，可考虑采用喷射井点。根据工作流体的不同，以压力水作为工作流体的为喷水井点，以压缩空气作为工作流体的是喷气井点，

55、两者的工作原理是相同的。第114页/共284页第一百一十四页，共285页。喷射井点系统主要由喷射井点、高压水泵(或空气压缩机)和管路系统组成。喷射井管由内管和外管组成，内管的下端装有喷射扬水器，与滤管相连。当喷射井点工作时，由地面高压离心水泵供应的高压工作水经过内外(niwi)管之间的环行空间直达底端，在此处工作流体由特制内管的两侧进水孔至喷嘴喷出，在喷嘴处由于断面突然收缩变小，使工作流体具有极高的流速(3060 m/s)，第115页/共284页第一百一十五页，共285页。在喷口附近造成负压(形成真空)，将地下水经过滤管吸入，吸入的地下水在混合室与工作水混合，然后进入扩散室，水流在强大压力的作

56、用下把地下水连同(lintng)工作水一起扬升出地面，经排水管道系统排至集水池或水箱，一部分用低压泵排走，另一部分供高压水泵压入井管外管内作为工作水流。如此循环作业，将地下水不断地从井点管中抽走，使地下水渐渐下降，达到设计要求的降水深度。喷射井点用作深层降水的适用范围为粉土、极细砂和粉砂。砂粒较粗时，由于出水量较大，循环水流就显得不经济，这时宜采用深井泵。一般一级喷射井点可降低地下位820 m，有时甚至可达20 m以上。第116页/共284页第一百一十六页，共285页。3) 电渗井点在黏土和粉质黏土中进行基坑开挖施工，由于土体的渗透系数较小，为加速(ji s)土中水分向井点管中流入，提高降水施

57、工的效果，除了应用真空产生抽吸作用以外，还可加用电渗。电渗井点一般与轻型井点或喷射井点结合使用，利用轻型井点或喷射井点管本身作为阴极，同时利用一金属棒(钢筋、钢管、铝棒等)作为阳极，当通入直流电(采用直流发电机或直流电焊机)后，带有负电荷的土粒即向阳极移动(电泳作用)，而带有正电荷的水则向阴极方向集中，产生电渗现象，见图1-24。在电渗与井点管内的真空双重作用下，强制黏土中的水由井点管快速排出，井点管连续抽水，从而使地下水位渐渐降低。第117页/共284页第一百一十七页，共285页。 图1-24 电渗井点第118页/共284页第一百一十八页，共285页。因此，对于渗透系数较小(小于0.1 m/

58、d)的饱和黏土，特别是淤泥和淤泥质黏土，单纯利用井点系统的真空(zhnkng)产生的抽吸作用可能较难将水从土体中抽出排走，利用黏土的电渗现象和电泳作用特性，一方面可以加速土体固结，增加土体强度，另一方面也可以达到较好的降水效果。第119页/共284页第一百一十九页，共285页。4) 深井井点对于渗透系数大、涌水量大，降水较深的非砂类土和用其他(qt)井点降水不易解决的深层降水，可采用深井井点系统。深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基坑的井管，使地下水通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出，地下水位低于坑底其构造见图1-25。深井井点降水具有排水量大、降水深(可达50 m)、不受吸程限制、排水

59、效果好、井距大、对平面布置的干扰小等优点，可用于各种不同情况，并且不受土层限制。其成孔(打井)用人工或机械均可，施工上较易实现。第120页/共284页第一百二十页，共285页。井点的制作、降水设备(shbi)及操作工艺、维护均较简单，施工速度快。井点管采用钢管和塑料管时，可以整根拔出重复使用。深井井点的缺点是一次性投资大，成孔质量要求严格，降水完毕，井管拔出较困难。深井井点适用于渗透系数较大(10250 m/d)、土质为砂类土、地下水丰富、降水深、面积大、时间长的情况，在有流砂和重复挖填土方区使用下效果尤佳。第121页/共284页第一百二十一页，共285页。 图1-25 深井构造(guzo)第

60、122页/共284页第一百二十二页，共285页。5) 管井井点对于渗透系数为20200 m/d且地下水丰富的土层、砂层，用明排水会造成土颗粒大量流失，引起边坡塌方，用轻型井点难以满足排降水(jingshu)的要求，此时可采用管井井点。管井井点是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，或在坑内降水(jingshu)时每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽取管井内的水来降低地下水位，如图1-26所示。其管井的滤管见图1-27。第123页/共284页第一百二十三页，共285页。 图1-26 管井井( jn jn)点降水第124页/共284页第一百二十四页，共285页。 图1-27 管井井(