土方工程施工-1.4降水工程施工（建筑施工技術(shù)）

1.4降水工程施工建筑施工技術(shù)1.4降水工程施工在開(kāi)挖基坑(槽)、管溝或其他土方時(shí),若地下水水位較高,挖土底面低于地下水水位,開(kāi)挖至地下水水位以下時(shí),土的含水層被切斷,地下水將不斷流入坑內(nèi).這時(shí)不僅施工條件惡化,而且容易發(fā)生邊坡失穩(wěn)、地基承載力下降等不利現(xiàn)象.因此,為了保證工程質(zhì)量和施工安全,在土方開(kāi)挖前或開(kāi)挖過(guò)程中必須采取措施,做好降低地下水水位的工作,使地基土在開(kāi)挖及基礎(chǔ)施工過(guò)程中保持干燥狀態(tài).在土方工程施工中,降低地下水水位常采用的方法有集水井降水法和井點(diǎn)降水法兩種.集水井降水法一般用于降水深度較小且地層中無(wú)流砂的情況;如降水深度較大,或地層中有流砂,或在軟土地區(qū),應(yīng)采用井點(diǎn)降水法.無(wú)論采用何種方法,降水工作都要持續(xù)到基礎(chǔ)施工完畢并回填土后才能停止.1.4.1集水井降水集水井降水法又稱(chēng)明溝排水法,是在基坑或溝槽開(kāi)挖時(shí),在開(kāi)挖基坑的一側(cè)、兩側(cè)或中間設(shè)置排水溝,并沿排水溝方向每間隔２０~４０m設(shè)一集水井(或在基坑的四角處設(shè)置),使地下水流入集水井內(nèi),再用水泵抽出坑外,如圖1-4-1所示.(一)集水井及排水溝的設(shè)置為了防止基底土的細(xì)顆粒隨水流失,使土結(jié)構(gòu)受到破壞,排水溝及集水井應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)范圍之外,距基礎(chǔ)邊線距離不少于０.４m,地下水走向的上游.根據(jù)基坑涌水量大小、基坑平面形狀及尺寸,以及水泵的抽水能力,確定集水井的數(shù)量和間距.一般每隔２０~４０m設(shè)置一個(gè)集水井.圖1-4-1集水井的直徑或?qū)挾纫话銥椋?６~０.８m.集水井的深度隨挖土加深而加深,要始終低于挖土面０.７~１.０m.井壁用竹、木等材料加固.排水溝深度為０.３~０.４m,底寬不小于０.２~０.３m,邊坡坡度為１∶(１~１.５),溝底設(shè)有不小于０.２‰的縱坡.當(dāng)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,集水井底應(yīng)低于坑底１~２m,并鋪設(shè)０.３m碎石濾水層,以免在抽水時(shí)將泥砂抽出,并防止坑底土被攪動(dòng).集水井降水常用的水泵主要有離心泵、潛水泵和泥漿泵.選用水泵類(lèi)型時(shí),一般取水泵的排水量為基坑涌水量的１.５~２.０倍.當(dāng)基坑涌水量Q＜２０m３/h時(shí),可用隔膜式泵或潛水電泵;當(dāng)Q＝２０~６０m３/h,可用隔膜式或離心式水泵或潛水電泵;當(dāng)Q＞６０m３/h,多用離心式水泵.(二)流砂及其防治基坑挖土達(dá)到地下水水位以下,有時(shí)坑底下的土就會(huì)形成流動(dòng)狀態(tài),隨地下水一起流動(dòng)涌進(jìn)坑內(nèi),這種現(xiàn)象稱(chēng)為流砂現(xiàn)象.發(fā)生流砂現(xiàn)象時(shí),土完全喪失承載力,施工條件惡化,難以開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度.流砂嚴(yán)重時(shí),會(huì)引發(fā)基坑側(cè)壁塌方,附近建筑物下沉、傾斜甚至倒塌.總之,流砂現(xiàn)象對(duì)土方施工和附近建筑物都有很大危害.１.流砂產(chǎn)生的原因流動(dòng)中的地下水對(duì)土顆粒產(chǎn)生的壓力稱(chēng)為動(dòng)水壓力.水由左端高水位h１,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)、斷面為F的土體流向右端低水位h２,水在土中滲流時(shí)受到土顆粒的阻力T,同時(shí)水對(duì)土顆粒作用一個(gè)動(dòng)水壓力GD,二者大小相等、方向相反.圖1-4-2a中,作用在土體左端a－a截面處的靜水壓力為ρw×h１×F(ρw為水的密度),其方向與水流方向一致;作用在土體右端b－b截面處的靜水壓力為ρw×h２×F,其方向與水流方向相反;水在土中滲流時(shí)受到土顆粒的阻力為T(mén).L.F(T為單位土體的阻力).根據(jù)靜力平衡條件得:圖1-4-2式中,為水頭差與滲流路程長(zhǎng)度之比,即為水力坡度,用I表示,與動(dòng)水壓力GD成正比.由于地下水的水力坡度大,即動(dòng)水壓力大,而且動(dòng)水壓力的方向(與水流方向一致)與土的重力方向相反,土不僅受水的浮力,而且受動(dòng)水壓力的作用,有向上舉的趨勢(shì),如圖1-4-2(b)所示.當(dāng)動(dòng)水壓力等于或大于土的重度時(shí),土顆粒處于懸浮狀態(tài),并隨地下水一起流入基坑,即發(fā)生流砂現(xiàn)象.２.流砂的防治流砂防治的原則是“治砂必治水”,其途徑如下:(１)減小或平衡動(dòng)水壓力;(２)截住地下水流;(３)改變動(dòng)水壓力的方向.其具體措施如下:(１)在枯水期施工.因?yàn)榈叵滤坏?坑內(nèi)外水位差小,動(dòng)水壓力小,不易發(fā)生流砂.(２)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(nèi)的滲流長(zhǎng)度,以減小水力坡度,從而減小動(dòng)水壓力,防止流砂產(chǎn)生.(３)水下挖土法.就是不排水施工,使坑內(nèi)水壓與坑外地下水壓相平衡,消除動(dòng)水壓力.(４)井點(diǎn)降低地下水水位法.采用輕型井點(diǎn)等降水方法,使地下水滲流向下,水不致滲流入坑內(nèi),能增大土料間的壓力,從而有效地防止流砂形成.因此,此法應(yīng)用廣且較可靠.(５)地下連續(xù)墻法.此法是在基坑周?chē)葷仓坏阑炷粱蜾摻罨炷恋倪B續(xù)墻,以支撐土壁、截水并防止流砂產(chǎn)生.另外,在含有大量地下水土層或沼澤地區(qū)施工時(shí),還可以采取土壤凍結(jié)法.對(duì)位于流砂地區(qū)的基礎(chǔ)工程,應(yīng)盡可能用樁基或沉井施工,以減少防治流砂所增加的費(fèi)用.1.4.2井點(diǎn)降水基坑中直接抽出地下水的方法比較簡(jiǎn)單,施工費(fèi)用低,應(yīng)用比較廣,但當(dāng)土為細(xì)砂或粉砂,地下水滲流時(shí)會(huì)出現(xiàn)流砂、邊坡塌方及管涌等情況,導(dǎo)致施工困難,工作條件惡化,并有引起附近建筑物下沉的危險(xiǎn),此時(shí)常用井點(diǎn)降水的方法進(jìn)行降水施工.井點(diǎn)降水就是在基坑開(kāi)挖前,預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管(井).在基坑開(kāi)挖前和開(kāi)挖過(guò)程中,利用真空原理,不斷抽出地下水,使地下水水位降低到坑底以下,從根本上解決地下水涌入坑內(nèi)的問(wèn)題,如圖1-4-3a所示;可以防止邊坡由于受地下水流的沖刷而引起的塌方,如圖1-4-3(b)所示;使坑底的土層消除了地下水水位差引起的壓力,因此防止坑底土的上冒,如圖1-4-3(c)所示;圖1-4-3由于沒(méi)有水壓力,減少了板樁橫向荷載,如圖1-4-3(d)所示;由于沒(méi)有地下水的滲流,也就消除了流砂現(xiàn)象,如圖1-4-3(e)所示.降低地下水水位后,由于土體固結(jié),還能使土層密實(shí),增加地基土的承載能力.井點(diǎn)有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、深井井點(diǎn)、無(wú)砂混凝土管井點(diǎn)以及小沉井井點(diǎn)等.各種降水方法的選用,可根據(jù)土的滲透系數(shù)、降低水位的深度、工程特點(diǎn)、設(shè)備及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較等具體條件參照?qǐng)D1-4-4選用.１.輕型井點(diǎn)降水(１)輕型井點(diǎn)降水設(shè)備.設(shè)備由井點(diǎn)管、彎聯(lián)管、集水總管、濾管和抽水設(shè)備組成.圖1-4-3圖1-4-4(２)輕型井點(diǎn)的布置.輕型井點(diǎn)的布置應(yīng)根據(jù)基坑的形狀與大小、地質(zhì)和水文情況、工程性質(zhì)、降水深度等來(lái)確定.(３)施工工藝流程.輕型井點(diǎn)施工工藝流程為:放線定位→鋪設(shè)總管→沖孔→安裝井點(diǎn)管、填砂礫濾料、上部填黏土密封→用彎聯(lián)管將井點(diǎn)管與總管接通→安裝抽水設(shè)備→開(kāi)動(dòng)設(shè)備試抽水→測(cè)量觀測(cè)井中地下水水位變化的情況.(４)井點(diǎn)管埋設(shè).井點(diǎn)管的埋設(shè)一般采用水沖法進(jìn)行,借助于高壓水沖刷土體,用沖管擾動(dòng)土體助沖,將土層沖成圓孔后埋設(shè)井點(diǎn)管.整個(gè)過(guò)程可分沖孔與埋管兩個(gè)過(guò)程,如圖1-4-5所示.沖孔的直徑一般為３００mm,以保證井管四周有一定厚度的砂濾層;沖孔深度宜比濾管底深０.５m左右,以防沖管拔出時(shí)部分土顆粒沉于底部而觸及濾管底部.圖1-4-5井孔沖成后,立即拔出沖管,插入井點(diǎn)管,并在井點(diǎn)管與孔壁之間迅速填灌砂濾層,以防孔壁塌土.砂濾層的填灌質(zhì)量是保證輕型井點(diǎn)順利抽水的關(guān)鍵.一般宜選用干凈粗砂,填灌要均勻,并填至濾管頂上１~１.５m,以保證水流暢通.井點(diǎn)填砂后,需用黏土封口,以防漏氣.井點(diǎn)管埋設(shè)完畢后,需進(jìn)行試抽,以檢查有無(wú)漏氣、淤塞現(xiàn)象,出水是否正常,如有異常情況,應(yīng)檢修好方可使用.２.噴射井點(diǎn)降水當(dāng)基坑開(kāi)挖較深或降水深度大于８m時(shí),必須使用多級(jí)輕型井點(diǎn)才可收到預(yù)期效果.但需要增大基坑土方開(kāi)挖量,延長(zhǎng)工期并增加設(shè)備數(shù)量,因此不夠經(jīng)濟(jì).此時(shí)宜采用噴射井點(diǎn)降水,在滲透系數(shù)３~５０m/d的砂土中應(yīng)用最為有效,在滲透系數(shù)為０.１~２m/d的亞砂土、粉砂、淤泥質(zhì)土中效果也較顯著,其降水深度可達(dá)８~２０m.３.管井井點(diǎn)降水管井井點(diǎn)又稱(chēng)大口徑井點(diǎn),適用于滲透系數(shù)大(２０~２００m/d)、地下水豐富的土層和砂層,或用集水井法易造成土粒大量流失,引起邊坡塌方及用輕型井點(diǎn)難以滿(mǎn)足要求的情況下使用,具有排水量大、降水深、排水效果好、可代替多組輕型井點(diǎn)作用等特點(diǎn).(１)管井井點(diǎn)系統(tǒng)主要設(shè)備.設(shè)備由濾水井管、吸水管和抽水機(jī)械等組成,如圖1-4-6所示.濾水井管的過(guò)濾部分,可采用鋼筋焊接骨架外包孔眼為１~２mm、長(zhǎng)度為２~３m的濾網(wǎng),井管部分宜用直徑為２００mm以上的鋼管或竹木、混凝土等其他管材.吸水管宜用直徑為５０~１００mm的膠皮管或鋼管,插入濾水井管內(nèi),其底端應(yīng)插到管井抽吸時(shí)的最低水位以下,必要時(shí)裝設(shè)逆止閥,上端裝設(shè)一節(jié)帶法蘭盤(pán)的短鋼管.抽水機(jī)械常用１００~２００