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.涌水量的计计算根据水井理理论，水井井分为潜水水（无压））完整井井、潜水（（无压）非非完整井、、承压完整整井、承压压非完整井井四种情况况。不同的的情况下，，涌水量的的计算公式式也不尽相相同。具体计算公公式推导自自学。二、地下水水的控制方方法3.集水明排法法1）适用范围当基坑开挖深深度不很大大，基坑涌水量量不大时可使用集水水明排法，，简单而又又经济。2）做法明沟、集水水井排水多多是在基坑坑的两侧或或四周设置置排水明沟沟，在基坑坑四角或每每隔30-40m设置集水井井，使基坑坑渗出的地地下水通过过排水明沟沟汇集于集集水井内，，然后用水水泵将其基基坑外。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、地下下水的控控制方法法b.喷射井点点ⅰ）适用范围围降水深度度超过6m的基坑,一般为8m~20m.ⅱ）工作原理理喷水井点点（以压力力水作为为工作流流体）和和喷气井井点（压压缩空气气作为工工作流体体）ⅲ）构造设计计当渗透系数数大的土土层中，设计关关键是增大单井井抽水能能力。当渗透系系数小的土层中中，设计计关键是是将水聚聚集在井井点管内内形成最大限度度的真空空度。二、地下下水的控控制方法法ⅲ）构造设计计影响喷射射井点抽抽水和抽抽气能力力的因素素：喷嘴嘴直径大大小、喷喷嘴直径径与混合合室直径径之比、、混合室室长度等等。ⅳ）布置和使使用当基坑宽宽度小于于10m可单排布置井点点，当大大于10m双排布置，若若面积大大时呈环形布置。井井点间距距一般为为2-3m.注意：a.扬水装置置加工的的质量和和精度b.喷嘴、混混合室和和扩散室室的轴线线不重合合的情况况c.工作水要要干净二、地下下水的控控制方法法c.管井法（（真空深深井泵法法）ⅰ）适用范围围适用于土土渗透系系数较大大，地下下水量大大的土层层中。ⅱ）工艺流程程管井法是是围绕开开挖的基基坑每隔隔一定距距离(20-50m)设置一个个管井，，每个管井井单独使使用一台台水泵进行抽水水，以降降低地下下水位。。其中每个个井泵由由井管和和滤管组组成，并并单独配配一台电电动机和和一台真真空泵，，开动后后达到一一定的真真空度，，则可达达到深层层降水的的目的。。二、地下下水的控控制方法法5.降水时预预防周围围地面的的沉降的的措施a.沉降的形形成原因因在降水过过程中，，由于水水流带走走一部分分细微土土颗粒，，再加上上降水后后土层的的含水量量降低，，使土产产生固结结而引起起周围地地面的沉沉降。b.措施二、地下下水的控控制方法法井点降水水全貌图图§1.5土方开挖挖P135-P1461放坡开挖挖2支护开挖挖1.开挖条件件开挖深度度不大、、周围环环境允许许、能保保证土坡坡稳定。。若开挖深度较大大时，可以以采用多层台阶阶分层开开挖，且且每级台台阶的宽宽度不宜宜小于1.5m.2.土坡的稳稳定性1）影响土土坡稳定定性的因因素P1352）土体边边坡稳定定性验算算的方法法a.利用弹性性、塑性性或弹塑塑性理论论确定土土体的应应力状态态b.假定土体体沿着一一定的滑滑动面滑滑动而进进行极限限平衡分分析一、放坡坡开挖3、边坡稳稳定验算算——圆弧滑动动面条分分法a.基本原理理将假定滑滑动面以以上的土土体分成成n个垂直土土条，对对作用于于各土条条上的力力进行力力和力矩矩的平衡衡分析，，求出在在极限平平衡状态态下土体体稳定的的安全系系数。当K>1.0时，边坡坡稳定。。当K=1.0时，边坡坡处于极极限平衡衡状态。。当K<1.0时，边坡坡不稳定定。一、放坡坡开挖4.放坡开挖挖施工a.开挖机械械推土机（（场地平平整和表表层开挖挖）、反反铲挖土土机和抓抓铲挖掘掘机b.开挖方法法沟端开行行：开挖挖深度和和宽度较较大（常常用）沟侧开行行：开挖挖深度和和宽度较较小注意：当进行两两层或多多层开挖挖时，挖挖土机和和运土汽汽车至基基坑内施施工，需需要在适适当的部部位留设设坡道，，且坡道道两侧需需加固。。一、放坡坡开挖1.开挖方法法支护开挖挖多为垂垂直开挖挖，其方方法有：：中心岛式式挖土、、盆式挖挖土两种种。a.中心岛式式挖土利用中间间的土墩墩作为支支点搭设设栈桥。。支护结结构为角角撑、环环梁撑或或边桁架架式。适适用于大大型基坑坑。二、支护护开挖a.中心岛式式挖土采用分层层开挖：：先全面面挖去第第一层，，然后中中间部分分留置土土墩，周周围部分分分层开开挖。要求：ⅰ减少时间间效应的的影响ⅱ防止分层层开挖的的层高太太大而出出现桩的的变形倾倾斜注意：土方开挖挖的顺序序为先从从较深基基坑开始始，待较较深基坑坑底板浇浇筑后，，再挖较较浅基坑坑。特点：加快土方方外运、、提高挖挖土速度度但支护护结构受受力不利利二、支护护开挖盆式开挖挖岛式开挖挖b.盆式挖土土ⅰ工艺先开挖基基坑中间间部分的的土，周周围四边边留土坡坡，土坡坡最后挖挖除。ⅱ特点周边的土土坡对围围护墙有有支撑作作用，有有利于减减少围护护墙的变变形。但但土方不不能直接接外运需需集中提提升后装装车外运运。（需需提高土土方上运运的速度度）注意：周边留置置的坡度度过小，，支撑作作用效果果不好，，若过大