1、單元單元1 土方與基坑工程土方與基坑工程單元單元1 土方與基坑工程土方與基坑工程目 錄目 錄單元單元1 土方與基坑工程土方與基坑工程單元1 土方與基坑工程土方與基坑工程包括的內容較多，如場地平整、基土方與基坑工程包括的內容較多，如場地平整、基坑基槽的開挖回填、場地降排水和土壁支護等。坑基槽的開挖回填、場地降排水和土壁支護等。本單元從土的基本性質入手，使學生了解土方施工本單元從土的基本性質入手，使學生了解土方施工的基本特點，掌握基坑開挖、支護、回填的施工要的基本特點，掌握基坑開挖、支護、回填的施工要點和安全要求，掌握基坑開挖土方量的計算方法。點和安全要求，掌握基坑開挖土方量的計算方法。土方與基坑

2、工程施工主要依據土方與基坑工程施工主要依據建筑工程施工質量建筑工程施工質量驗收統一標準驗收統一標準（GB 503002001）、）、建筑地基建筑地基基礎工程施工質量驗收規范基礎工程施工質量驗收規范（GB 502022002）以及相關的國家標準、規范和規程等。以及相關的國家標準、規范和規程等。 土方工程包括的內容較多，主要有兩類：一類是場地平整，完成“三通一平”，包括設計標高的確定，土方調配以及挖、運、填的機械化施工；另一類是建筑物和其他地下工程的開挖與回填，包括支護結構的設計與施工，開挖前的降水或開挖后的排水，土方開挖以及回填土的壓實等。 土方工程具有工程量大、工期長、投資大、勞動強度大且多為

3、露天作業等特點，因此，土方工程施工必須了解土層的性質，進行現場勘測，充分做好準備工作，合理安排施工計劃，以確保土方工程的施工質量。單元1 土方與基坑工程1.3施工降排水施工降排水 地面水一般采取設置排水溝、防洪溝、截水溝、擋水堤等方法排除，并應盡量利用自然地形和原有的排水系統。 主排水溝最好設置在施工區域或道路的兩旁，其橫斷面和縱向坡度根據最大流量確定。在低洼地區施工時，除開挖排水溝外，必要時還需修筑土堤，以防止場外水流入施工場地。出水口應結合場地總體排水規劃，盡可能設置在遠離建筑物或構筑物的低洼地點，并保證排水通暢。1.3.1 地面水的排除地面水的排除1.3 施工降排水施工降排水 明排水法是

4、在基坑逐層開挖過程中，沿每層坑底四周或中央設置排水溝和集水井。 基坑內的 水經排水溝流向集水井，通過水泵將集水井內積水抽走，直到基坑回填，排水過程結束 （圖1.10）。明排水法施工簡單、經濟，對周圍環境影響小，可用于降水深度較小且上層為粗粒土層或滲水量小的黏土層降水。1.3.2 明排水法明排水法1.3 施工降排水施工降排水圖圖1.10 集水井降水集水井降水1排水溝；2集水坑；3水泵 1.3 施工降排水施工降排水 1.3.2.1 抽水設備及選用抽水設備及選用 明排水法所用抽水設備主要是水泵。水泵的選用是根據基坑的涌水量、基坑的開挖深度結合水泵的有關性能來確定的。 水泵的主要性能包括：流量、總揚程

5、、吸水揚程和功率等。流量是指水泵單位時間內的出水量。揚程是水泵能揚水的高度，也稱水頭。總揚程包括吸水揚程和出水揚程。由于水經過管路有阻力而引起水頭損失，因此要扣除損失揚程后才是實際揚程。 基坑排水用的水泵主要有離心泵、潛水泵等。離心泵由泵殼、泵軸及葉輪等主要部件組成。 1.3 施工降排水施工降排水 其工作原理主要是利用葉輪高速旋轉時所產生的離心力將輪中心水甩出而形成真空，使水在大氣壓力作用下自動進入水泵，并將水壓出。潛水泵由立式水泵與電動機組成。電動機有密封裝置，水泵裝在電動機上端，工作時浸在水中。潛水泵的優點是體積小、質量輕、移動方便，開泵時不需要引水。 明排水法施工包括基礎開挖、設置排水溝

6、和集水井、選用水泵和現場安裝設備、抽水及設備拆除等施工過程。 1.3 施工降排水施工降排水 明排水法一般用于面積及降水深度較小且土層中無細砂、粉砂時。若降水深度較大，土層為細砂、粉砂或在軟土地區施工時，明排水法易引起流砂、塌方等現象，應盡量采用井點降水法。無論采用哪種方法，降水工作應持續到基礎施工完畢且回填土后結束。1.3 施工降排水施工降排水 1.3.2.2 流砂現象的產生和防治流砂現象的產生和防治 當開挖深度大、地下水位較高而土質又不好時，用明排水法降水，挖至地下水水位以下時，有時坑底面的土顆粒會產生流動，隨地下水一起涌入基坑。這種現象稱為流砂現象。 （1） 流砂產生的原因流砂產生的原因

7、流砂現象的產生是水在土中滲流所產生的動水壓力對土體作用的結果，如圖1.11所示。1.3 施工降排水施工降排水 當水流在水位差的作用下對土顆粒產生向上的動水壓力時，動水壓力使土粒受到了水的浮力，如果動水壓力等于或大于土的浮重度時，土顆粒處于懸浮狀態，土的抗剪強度等于零，土粒隨著滲流的水一起流動，就出現了 “流砂現象”。圖圖1.11 動水壓力對地基土的影響動水壓力對地基土的影響GD動水壓力 1.3 施工降排水施工降排水 （2） 流砂發生的條件流砂發生的條件 流砂現象經常發生在細砂、粉砂及粉土中，而是否出現流砂現象的重要條件是動水壓力的大小和方向，因此，防止流砂應著眼于減小或消除動水壓力。 （3）

8、防治流砂的方法防治流砂的方法 在基坑開挖中，防治流砂的原則是“治流砂必先治水”。治理流砂的主要途徑有消除、減小和平衡動水壓力，改變水的滲流路線。 1.3 施工降排水施工降排水 其具體措施有： 搶挖法：即組織分段搶挖，使挖土速度超過冒砂速度，挖到標高后立即鋪竹筏或蘆席，并拋大石塊以平衡動水壓力，壓住流砂。此方法可解決輕微流砂現象。 打板樁法：將板樁打入坑底下面一定深度，增加地下水從坑外流入坑內的滲流距離，以減小水力坡度，從而減小動水壓力，防止流砂現象的產生。 水下挖土法：不排水施工，使坑內水壓力與地下水壓力平衡，消除動水壓力，從而防止流砂產生。此方法在沉井挖土下沉過程中常用。1.3 施工降排水施

9、工降排水 地下連續墻法：在基坑周圍先澆筑一道混凝土或鋼筋混凝土的連續墻，以支承土墻、截水并防止流砂產生。 枯水期施工法：選擇枯水期間施工。因為此時地下水位低，坑內外水位差小，水壓力減小，從而可預防和減輕流砂現象。 井點降水：采用輕型井點等降水，使地下水的滲流向下，水不致滲流入坑內，又增大了土料間的壓力，從而可有效地防止流砂形成。因此，用此種方法防治流砂較為可靠。1.3 施工降排水施工降排水 井點降水也稱人工降低地下水位，即在基坑開挖前，預先在擬挖基坑的四周埋設一定數量的濾水管，利用抽水設備從中不間斷抽水，使地下水位降落在坑底以下，然后開挖基坑、進行基礎施工和土方回填，待基礎工程全部施工完畢后，

10、撤除人工降水裝置。 人工降低地下水位不僅是一種防流砂的施工措施，也是一種地基加固方法。1.3.3 井點降水法井點降水法1.3 施工降排水施工降排水 1.3.3.1 井點降水法的類型及適用范圍井點降水法的類型及適用范圍 井點降水法有輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點及深井泵等各種方法。其方法的選用應視土的滲透系數、降低水位的深度、工程特點、設備以及經濟技術比較等具體條件， 并參照表1.4選用。 1.3 施工降排水施工降排水降水類型滲透系數(cm/s)可能降低的水位深度(m)方 法 原 理輕型井點10-210-5（砂土、粘性土）36在工程外圍豎向埋設一系列井點管深入含水層內，井點管的上端通過連

11、接彎管與集水總管連接，集水總管再與真空泵和離心泵相連，啟動真空泵，使井點系統形成真空，井點周圍形成一個真空區，真空區砂井向上向外擴展一定范圍，地下水便在真空泵吸力作用下，使井點附近的地下水通過砂井、濾水管被強制吸入井點管和集水總管，排除空氣后，由離心水泵的排水管排出，使井點附近的地下水位得以降低多級輕型井點612噴射井點10-310-6（粉砂、淤泥質土、粉質粘土）820在井點內部裝設特制的噴射器，用高壓水泵或空氣壓縮機通過井點管中的內管向噴射器輸入高壓水（噴水井點）或壓縮空氣（噴氣井點），形成水氣射流，將地下水經井點外管與內管之間的間隙抽出排走電滲井點10-6宜配合其它形式降水使用利用粘性土中

12、的電滲現象和電泳特性，使粘性土空隙中的水流動加快，起到一定疏干作用，從而使軟土地基排水效率得到提高。10-5（砂類土）在深基坑的周圍埋沒深于基底的井管，使地下水通過設置在井管內的潛水泵將地下水抽出，使地下水位低于坑底。表表1.4 各類井點的適用范圍及方法原理各類井點的適用范圍及方法原理 1.3 施工降排水施工降排水 1.3.3.2 一級輕型井點降水設計一級輕型井點降水設計 輕型井點降水（圖1.12）是沿基坑（槽）的四周或一側以一定距離埋設一定數量的井點管，井點管上端有彎連管與集水總管相連，下端與濾水管連接，并利用抽水設備不間斷將滲流進井點管的水抽出，使地下水位降落在坑底以下。1.3 施工降排水

13、施工降排水圖圖1.12輕型井點降低地下水位圖輕型井點降低地下水位圖1井點管；2濾水管；3總管；4彎連管；5水泵房；6原有地下水位線；7降低后地下水位線 1.3 施工降排水施工降排水 (1) 井點布置井點布置 輕型井點的布置要根據基坑平面形狀及尺寸、基坑的深度、土質、地下水位高低及地下水流向、降水深度要求等因素確定。其布置內容包括平面布置和高程布置。 平面布置 當基坑寬度小于6 m，降水深度不超過5 m時，可采用單排線狀井點，布置在地下水上游一側，兩端延伸長度不小于基坑的寬度（圖1.13）。如基坑寬度大于6 m或土質不良時，宜采用雙排線狀井點。1.3 施工降排水施工降排水圖圖1.13 單排線狀井

14、點布置圖單排線狀井點布置圖（a） 平面布置；（b） 高程布置1總管；2井點管；3抽水設備；B基坑寬度 1.3 施工降排水施工降排水 當基坑面積較大時，宜采用環形井點圖1.14(a)布置，井點管距離基坑0.71.0 m，以防井點系統漏氣。抽水井間距一般在0.81.5 m之間，在地下水補給方向和環形井點四角應適當加密。 高程布置 輕型井點的降水深度一般以不超過6 m為宜，井點管需要埋置深度HA（不含濾管）可按下式計算圖1.14(b)。 1.3 施工降排水施工降排水圖圖1.14 環形井點布置圖環形井點布置圖（a） 平面布置；（b） 高程布置1總管；2井點管；3抽水設備 1.3 施工降排水施工降排水

15、式中HA井點管埋置深度，m； H1總管底面至基坑底面的距離，m； h基坑底面至降低后的地下水位線的距 離，一般取0.51.0 m； i水力坡度，單排線狀井點為1/4，環形 井點為1/10； L井點管距基坑中心的水平距離（單排 線狀井點為井點管至基坑另一邊的水 平距離），m。HAH1hi （1.6） 1.3 施工降排水施工降排水 根據上式算出的HA值大于6 m時，可降低井點管的埋設面以適應降水深度要求，通常井點管露出地面為0.20.3 m，而濾管必須埋在含水層內。為了充分利用抽水能力，總管的布置標高宜接近地下水位線，可先下挖部分土方，總管應具有0.25% 0.5%的坡度（坡向泵房）。1.3 施工

16、降排水施工降排水 (2) 輕型井點計算輕型井點計算 輕型井點的計算包括：根據確定的井點系統的平面和豎向布置圖，計算井點系統涌水量，計算確定井點管數量與間距，校核水位降低數值，選擇抽水設備和井點管的布置等。 井點涌水量計算方法介紹 一般是按水井理論來計算涌水量。井點系統涌水量的計算，首先要判定井的類型。 水井根據其井底是否達到不透水層，分為完整井與非完整井。井底達到不透水層的為完整井，否則為非完整井。1.3 施工降排水施工降排水 根據地下水是否受不透水層的壓力分為承壓井與無壓井。濾管布置在地下兩層不透水層之間，地下水面承受不透水層的壓力，抽吸承壓層間地下水的，稱為承壓井；若地下水上部為透水層，地

17、下水是無壓水，稱為無壓井。 綜上所述，水井大致可分為四種類型（圖1.15）：無壓完整井、無壓非完整井、承壓完整井和承壓非完整井。 水井類型不同，其涌水量計算方法不同，查相關計算公式進行涌水量的計算。1.3 施工降排水施工降排水圖圖1.15 水井的分類水井的分類1承壓完整井；2承壓非完整井；3無壓完整井；4無壓非完整井 1.3 施工降排水施工降排水 確定井點管數及間距 井點管數量的多少取決于單根井點管的抽水能力，單根井點管的最大出水量與濾管構造和尺寸以及土的滲透系數有關。按下式計算： 式中q單根井點管最大出水量，m3/d； d濾管內徑，m； K滲透系數，m/d; l濾管長度，m。365Kdlq（

18、1.7） 1.3 施工降排水施工降排水 井點根數 井點管的平均間距 式中D井點管間距，m； L總管長度，m。qQn1 . 1nLD （1.9） （1.8） 1.3 施工降排水施工降排水 井點管間距經計算確定后，布置時還需注意：井點管間距不能過小，否則彼此干擾大，出水量會顯著減少，一般可取濾管周長的510倍；在基坑周圍四角和靠近地下水流方向一邊的井點管應適當加密；實際采用的井距還應與集水總管上短接頭的間距相適應。1.3 施工降排水施工降排水 (3) 抽水設備的選擇抽水設備的選擇 輕型井點所用的抽水設備主要是真空泵和單級離心泵兩種類型。 真空泵有干式和濕式兩種，常用的是干式W5和W6型，采用W5時

19、總管長度不大于100 m；采用W6型時，總管長度不大于200 m。在抽水過程中，真空泵的實際真空度如小于上式計算的最低真空度，降水深度則達不到要求。1.3 施工降排水施工降排水 離心泵的型號應根據流量、吸水揚程及總揚程而定，水泵的流量應比基坑涌水量增大10%20%。吸水揚程應不小于降水深度加各項水頭損失。出水揚程包括實際出水高度及出水水頭損失。水泵的總揚程應滿足吸水揚程與出水揚程之和。 通常一套抽水設備可配置兩臺離心泵或真空泵，既可輪換使用，又可在地下水量較大時同時使用。1.3 施工降排水施工降排水 1.3.3.3 輕型井點降水施工輕型井點降水施工 （1） 施工準備施工準備 施工機具 濾管：直

20、徑為3855 mm，壁厚3.0 mm無縫鋼管或鍍鋅管，長2.0 m左右，一端用厚為4.0 mm鋼板焊死，在此端1.4 m長范圍內的管壁上鉆15 mm的小圓孔，孔距為25 mm，外包兩層濾網，濾網采用編織布，外再包一層網眼較大的尼龍絲網，每隔5060 mm用10#鉛絲綁扎一道，濾管另一端與井點管進行聯結。1.3 施工降排水施工降排水 井點管：直徑為3855 mm，壁厚為3.0 mm無縫鋼管或鍍鋅管。 連接管：透明管或膠皮管與井點管和總管連接，采用8#鉛絲綁扎，應扎緊以防漏氣。 總管：直徑為75102 mm鋼管，壁厚為4 mm，用法蘭盤加橡膠墊圈連接，防止漏氣、漏水。 抽水設備：根據設計配備離心泵

21、、真空泵或射流泵，以及機組配件和水箱。 移動機具：自制移動式井架(采用振沖機架舊設備)、牽引力為60 kN的絞車。 鑿孔沖擊管：2198（mm）的鋼管，其長度為10 m。 1.3 施工降排水施工降排水 水槍：505（mm）無縫鋼管，下端焊接一個16 mm的槍頭噴嘴，上端彎成近似直角，且伸出沖擊管外，與高壓膠管連接。 蛇形高壓膠管：壓力應達到1.50 MPa以上。 高壓水泵：100TSW-7高壓離心泵，配備一個壓力表，作下井管之用。 材料 須采用粗砂與豆石，不得采用中砂，嚴禁使用細砂，以防堵塞濾管網眼。 1.3 施工降排水施工降排水 技術準備 詳細查閱工程地質勘察報告，了解工程地質情況，分析降水

22、過程中可能出現的技術問題和采取的對策。 鑿孔設備與抽水設備檢查。 平整場地 為了節省機械施工費用，不使用履帶式吊車，采用碎石樁振沖設備的自制簡易車架，因此，場地平整度要高一些，設備進場前進行場地平整，以便于車架在場地內移動。1.3 施工降排水施工降排水 （2） 施工程序及操作要點施工程序及操作要點 井點安裝 安裝程序： 井點放線定位安裝高位水泵鑿孔安裝埋設井點管布置安裝總管井點管與總管連接安裝抽水設備試抽與檢查正式投入降水程序。 井點管埋設 井點管的埋設方法常用的是沖孔埋設法。這種方法分為沖孔和埋管兩個過程（圖1.16）。 1.3 施工降排水施工降排水圖圖1.16 井點管的埋設井點管的埋設（a

23、） 沖孔；（沖孔；（b） 埋管埋管1沖管；2沖嘴；3膠皮管；4高壓水泵；5壓力表；6起重機吊鉤；7井點管；8濾管；9填砂；10黏土封口 1.3 施工降排水施工降排水 通過單滑輪用繩索拉起井點管,再將井點管插入孔中，井點管的上端應用木塞塞住，以防砂石或其他雜物進入，并在井點管與孔壁之間填灌砂石濾層，該砂石濾層的填充質量直接影響輕型井點降水的效果，應注意以下幾點： a.砂石必須采用粗砂，以防止堵塞濾管的網眼。 b.濾管應放置在井孔的中間，砂石濾層的厚度應在60100 mm之間，以提高透水性，并防止土粒滲入濾管堵塞濾管的網眼。填砂厚度要均勻，速度要快，填砂中途不得中斷，以防孔壁塌土。1.3 施工降排

24、水施工降排水 c.濾砂層的填充高度至少要超過濾管頂以上10001800 mm，一般應填至原地下水位線以上，以保證土層水流上下暢通。 d.井點填砂后，井口以下1.01.5 m用黏土封口壓實，防止漏氣而降低降水效果。1.3 施工降排水施工降排水 沖洗井管：將直徑為1530 mm的膠管插入井點管底部進行注水清洗，直到流出清水為止，并應逐根進行清洗，避免出現“死井”。 管路安裝 首先沿井點管線外側鋪設集水毛管，并用膠墊螺栓把干管連接起來，主干管連接水箱水泵，然后拔掉井點管上端的木塞，用膠管與主管連接好，再用10#鉛絲綁好，防止管路不嚴漏氣而降低整個管路的真空度。主管路的流水坡度按坡向泵房5的坡度并用磚

25、將主干管墊好，同時應作好冬季降水防凍保溫。1.3 施工降排水施工降排水 檢查管路 檢查集水干管與井點管連接膠管的各個接頭在試抽水時是否有漏氣現象，發現這種情況應重新連接或用油泥子堵塞，重新擰緊法蘭盤螺栓和膠管的鉛絲，直至不漏氣為止。在正式運轉抽水之前必須進行試抽，以檢查抽水設備運轉是否正常，管路是否存在漏氣現象。在水泵進水管上安裝一個真空表，在水泵的出水管上安裝一個壓力表。 在試抽時，應檢查整個管網的真空度，當真空度達到550 mm Hg(73.33 kPa)時，方可進行正式投入抽水。1.3 施工降排水施工降排水 抽水 輕型井點管網全部安裝完畢后進行試抽。當抽水設備運轉一切正常后，整個抽水管路無漏氣現象，則可以投入正常抽水作業。開機一個星期后將形成地下降水漏斗，并趨向穩定，土方工程可在降水10 d后開挖。1.3 施工降排水施工降排水 （3） 質量檢查質量檢查 井點管間距、埋設深度應符合設計要求，一組井點管和接頭中心應保持在一條直線上。 井點埋設應無嚴重漏氣、淤塞、出水不暢或死井等情況。 埋入地下的井點管及