高层建筑施工地下水控制及土方开挖培训

逆作法

§1.4

地下水控制

P121-1341地下水流的基本性质2地下水控制方法

地下水控制的定义

基坑工程中的降低地下水亦称为地下水控制。即：在基坑工程施工过程中，地下水要满足支护结构和挖土施工要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的环境和设施带来危害。

1.

动水压力和流砂

1）地下水的分类：一、地下水流的基本性质1——潜水2——无压层间水3——承压层间水4——不透水层在细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑。称为流砂现象。流砂发生后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方,临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌。2）流砂现象广佛地铁桂城站基坑出现流砂，地面下沉约1.5m。

图为砂包封堵抢险现场产生流砂的原因

内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。流砂-基坑满目狼籍流砂支挡强行施工

外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压力的大小，动水压力GD为：

式中：

I——水力坡度（I=（h1-h2）/L）；

h1－h2——水位差；

γW——水的重度。

当地下水位较高、基坑内排水所形成的水位差较大时，动水压力也愈大，当GD≥γ（土的浮重）时，就会推动土壤失去稳定，形成流砂现象。防治流砂：减小或消除动水压力防治原则：

“治流砂必先治水”。流砂防治的主要途径一是减小或平衡动水压力；二是截住地下水流；三是改变动水压力的方向。

防止流砂的措施

①降低地下水位；②消除动水压力；③支护结构；④冻结法；一、地下水流的基本性质流砂的防治方法：

水下挖土、冻结、枯水期施工、抢挖、加设支护、井点降水、打板桩

3）渗透系数K——计算水井涌水量的重要参数渗流：水在土中的流动流线：水点运动的轨迹当水运动时，流线互不相交为层流，若流线相交为紊流。其中层流中涌水量的计算为v=KI一、地下水流的基本性质

1.

地下水控制的方法选择

1）当基坑开挖深度较大时，采用井点降水。

2）当基坑开挖深度较浅时，可采用排水沟和集水井进行集水明排。此外，方法的选择还需根据土层情况、降水深度、周围环境和支护结构等综合考虑之后再做出选择，具体可参考P124表1-17。

注意：当基坑底为隔水层且有承压水作用时，应进行突涌验算。

二、地下水的控制方法二、地下水的控制方法2.涌水量的的计算根据水井井理论，，水井分分为潜水水（无压压）完完整井、、潜水（（无压））非完整整井、承承压完整整井、承承压非完完整井四四种情况况。不同同的情况况下，涌涌水量的的计算公公式也不不尽相同同。具体计算算公式推推导自学学。二、地下下水的控控制方法法3.集水明排排法1）适用范围围当基坑开挖挖深度不不很大，基坑涌水水量不大大时可使用集集水明排排法，简简单而又又经济。。2）做法明沟、集集水井排排水多是是在基坑坑的两侧侧或四周周设置排排水明沟沟，在基基坑四角角或每隔隔30-40m设置集水水井，使使基坑渗渗出的地地下水通通过排水水明沟汇汇集于集集水井内内，然后后用水泵泵将其基基坑外。。二、地下下水的控控制方法法3）水泵的选选择集水井明明排水是是用水泵泵从集水水井中排排水，常常用的水水泵有潜水泵、离心式水水泵和泥浆泵。根据排排水所需需水泵的的功率选选择水泵泵的种类类和型号号。注意：a.所选的水水泵的排排水量为为基坑涌涌水量的的1.5-2.0倍。b.当基坑开开挖的土层由多多层土组组成，中中间夹有有透水性性的砂类类土，基坑侧侧壁出现现分层渗渗水时，，必须在在基坑的的边坡上上按不同同高层分分层设置置明沟和和集水井井构成明明沟排水水系统，，分层阻截截以防止止基坑下下部边坡坡塌方。二、地下下水的控控制方法法排水明沟沟设置在在建筑基基础边0.4m之外排水明沟沟底比挖挖土面低低0.3-0.4m，集水井井底比沟沟底面低低0.5m以上。4.降水法1）适用范围围地下水位位较高的的地区中基坑工工程施工工。2）特点能克服流砂现现象，稳定基坑坑边坡，降低承承压水位位，防止坑底底隆起和和加速土土的固结结，使天然然的地下下水位以以下的土土方工程程在较干干燥的施施工环境境中进行行。3）方法真空井点点、喷射射井点、、管井法法或深井井泵法。。二、地下下水的控控制方法法喷射井点点装置真空深井井泵轻型井点点降水图图a.真空井点点ⅰ）工艺流程程沿基坑周周围以一一定的间间距埋入入井管（（下端为为滤管））在地面面上涌水水平铺设设的集水水总管将将各井管管连接起起来，再再于一定定位置设设置真空空泵和离离心泵，，开动真真空泵和和离心泵泵后，地地下水在在真空吸吸力作用用下，经经滤管进进入井管管，然后后经集水水总管排排除。ⅱ）设备井管、集集水总管管、水泵泵和动力力装置等。ⅲ）分类（水泵和和动力设设备不同同）干式真空空井点、、射流泵泵井点和和隔膜泵泵井点。。二、、地地下下水水的的控控制制方方法法b.喷射射井井点点ⅰ）适用用范范围围降水水深深度度超超过过6m的基基坑坑,一般般为为8m~20m.ⅱ）工作作原原理理喷水水井井点点（以以压压力力水水作作为为工工作作流流体体））和和喷喷气气井井点点（（压压缩缩空空气气作作为为工工作作流流体体））ⅲ）构造造设设计计当渗透透系系数数大大的的土土层层中中，设设计计关关键键是是增大大单单井井抽抽水水能能力力。当渗渗透透系系数数小的土土层层中中，，设设计计关关键键是是将将水水聚聚集集在在井井点点管管内内形形成成最大大限限度度的的真真空空度度。二、、地地下下水水的的控控制制方方法法ⅲ）构造造设设计计影响响喷喷射射井井点点抽抽水水和和抽抽气气能能力力的的因因素素：：喷喷嘴嘴直直径径大大小小、、喷喷嘴嘴直直径径与与混混合合室室直直径径之之比比、、混混合合室室长长度度等等。。ⅳ）布置置和和使使用用当基基坑坑宽宽度度小小于于10m可单排排布置置井井点点，，当当大大于于10m双排排布置置，，若若面面积积大大时时呈呈环形形布置置。。井井点点间间距距一一般般为为2-3m.注意意：：a.扬水水装装置置加加工工的的质质量量和和精精度度b.喷嘴嘴、、混混合合室室和和扩扩散散室室的的轴轴线线不不重重合合的的情情况况c.工作作水水要要干干净净二、、地地下下水水的的控控制制方方法法c.管井井法法（（真真空空深深井井泵泵法法））ⅰ）适用用范范围围适用用于于土土渗渗透透系系数数较较大大，，地地下下水水量量大大的的土土层层中中。。ⅱ）工艺艺流流程程管井井法法是是围围绕绕开开挖挖的的基基坑坑每每隔隔一一定定距距离离(20-50m)设置置一一个个管管井井，，每个个管管井井单单独独使使用用一一台台水水泵泵进行行抽抽水水，，以以降降低低地地下下水水位位。。其中中每每个个井井泵泵由由井井管管和和滤滤管管组组成成，，并并单单独独配配一一台台电电动动机机和和一一台台真真空空泵泵，，开开动动后后达达到到一一定定的的真真空空度度，，则则可可达达到到深深层层降降水水的的目目的的。。二、、地地下下水水的的控控制制方方法法5.降水水时时预预防防周周围围地地面面的的沉沉降降的的措施施a.沉降降的的形形成成原原因因在降降水水过过程程中中，，由由于于水水流流带带走走一一部部分分细细微微土土颗颗粒粒，，再再加加上上降降水水后后土土层层的的含含水水量量降降低低，，使使土土产产生生固固结结而而引引起起周周围围地地面面的的沉沉降降。。b.措施施二、、地地下下水水的的控控制制方方法法井点点降降水水全全貌貌图图§1.5土方方开开挖挖P135-P1461放坡坡开开挖挖2支护护开开挖挖1.开挖挖条条件件开挖挖深深度度不不大大、、周周围围环环境境允允许许、、能能保保证证土土坡坡稳稳定定。。若开开挖挖深度度较较大大时，，可可以以采采用用多层层台台阶阶分分层层开开挖挖，，且且每每级级台台阶阶的的宽宽度度不不宜宜小小于于1.5m.2.土坡坡的的稳稳定定性性1）影影响响土土坡坡稳稳定定性性的的因因素素P1352）土土体体边边坡坡稳稳定定性性验验算算的的方方法法a.利用用弹弹性性、、塑塑性性或或弹弹塑塑性性理理论论确确定定土土体体的的应应力力状状态态b.假定定土土体体沿沿着着一一定定的的滑滑动动面面滑滑动动而而进进行行极极限限平平衡衡分分析析一、、放放坡坡开开挖挖3、边边坡坡稳稳定定验验算算———圆弧弧滑滑动动面面条条分分法法a.基本本原原理理将假假定定滑滑动动面面以以上上的的土土体体分分成成n个垂垂直直土土条条，，对对作作用用于于各各土土条条上上的的力力进进行行力力和和力力矩矩的的平平衡衡分分析析，，求求出出在在极极限限平平衡衡状状态态下下土土体体稳稳定定的的安安全全系系数数。。当K>1.0时，，边边坡坡稳稳定定。。当K=1.0时，，边边坡坡处处于于极极限限平平衡衡状状态态。。当K<1.0时，，边边坡坡不不稳稳定定。。一、、放放坡坡开开挖挖4.放坡坡开开挖挖施施工工a.开挖挖机机械械推土土机机（（场场地地平平整整和和表表层层开开挖挖））、、反反铲铲挖挖土土机机和和抓抓铲铲挖挖掘掘机机b.开挖挖方方法法沟端端开开行行：：开开挖挖深深度度和和宽宽度度较较大大（（常常用用））沟侧侧开开行行：：开开挖挖深深度度和和宽宽度度较较小小注意意：：当进进行行两两层层或或多多层层开开挖挖时时，，挖挖土土机机和和运运土土汽汽车车至至基基坑坑内内施施工工，，需需要要在在适适当当的的部部位位留留设设坡坡道道，，且且坡坡道道两两侧侧需需加加固固。。一、、放放坡坡开开挖挖1.开挖挖方方法法支护护开开挖挖多多为为垂垂直直开开挖挖，，其其方方法法有有：：中心岛岛式挖挖土、、盆式式挖土土两种种。a.中心岛岛式挖挖土利用中中间的的土墩墩作为为支点点搭设设栈桥桥。支支护结结构为为角撑撑、环环梁撑撑或边边桁架架式。。适用用于大大型基基坑。。二、支支护开开挖a.中心岛岛式挖挖土采用分分层开开挖：：先全全面挖挖去第第一层层，然然后中中间部部分留留置土土墩，，周围围部分分分层层开挖挖。要求：：ⅰ减少时时间效效应的的影响响ⅱ防止分分层开开挖的的层高高太大大而出出现桩桩的变变形倾倾斜注意：：土方开开挖的的顺序序为先先从较较深基基坑开