第1章土方工程.

《土木工程施工》教学课件第2讲1.2土方工程施工的准备与辅助工作1.2.1施工前准备内容1、施工准备阶段建设单位应准备的工作：（1）三通一平：通电、水、道路，一平为场地平；（2）场内原有管线分布情况及场地周围的市政管网的分布情况；（3）施工图纸齐全，完整；（4）工程招投标工作业已完成；（5）已办理施工许可证和工程已报质检；（6）与工程有关外部协调工作已完成；1.2土方工程施工的准备与辅助工作2、施工单位在工程施工前应作好的工作（1）学习和审查图纸，研究工程地质资料；（2）编写施工组织设计（土方工程施工方案）①研究施工现场的场地平整情况，基坑施工方案；②绘制施工总平面布置图及基坑开挖示意图；③确定开挖路线、顺序、范围，底板标高、边坡坡度，排水沟的设置、集水井的位置等。以及挖出土方的堆放位置，机械设备的配置，安全方案。（3）修筑好场地临时道路及供水、供电等临时设施；（4）做好材料、机具及土方机械进场工作；（5）做好土方工程测量放线工作；（6）根据土方工程设计做好土方工程的辅助工作，如边坡稳定、基坑支护、降低地下水等；（7）做好图纸交底工作。1.2.2施工降水定位放线的概念:（1）当建筑物角桩位置定好后，把角桩之间的轴线位置引测到主基坑（槽）以外的龙门板上。（2）依据龙门板标定的基础底面尺寸、埋置深度、土质和底下水位的情况及施工的要求，确定挖土边线，进行基坑（槽）的放线。施工中开挖基坑时，流入坑内的水有：地面水和地下水。地面水：筑土坝、排水沟、截水沟引至低洼处或河沟中。地下水：基底面标高处于地下水位以下，采用人工降水。一、降低地下水位（人工降水）在土方开挖过程中，地下水渗入坑内，不但会使施工条件恶化，而更严重的是会造成边坡塌方和地基承载能力下降。因此，在基坑土方开挖前和开挖过程中，必须采取措施降低地下水位。降低地下水位的方法有集水坑（井）降水法和井点降水法。二、集水坑（井）降水法（明排水法）集水井降水法是在基坑开挖过程中，在基坑范围以外设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽走。1）定义：在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水在重力作用下流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。2）设置：四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外，地下水流的上游，基坑面积较大时，可在基础范围内设置盲沟。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20～40m设置一个；基坑四个角应各设一个。3）集水井大小：直径或宽度一般为0.6～0.8m,深度低于挖土面0.5～1.0m。集水井井壁用竹、木等加固，并在井底铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出。4）排水沟大小：宽为0.4～0.6m,深为0.3-0.6m,并有一定的坡度(一般不小于3%)。5）盲沟：置于基础底板下，基础施工完毕后无法看见叫盲沟。盲沟相当于看不见的排水沟。盲沟的尺寸同排水沟。（动画演示）在建筑工地上，排水用的水泵主要有：离心泵、潜水泵和软轴水泵等。（1）离心泵：由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成，其管路系统包括滤网与底阀、吸水管及出水管等。离心泵的抽水原理：是利用叶轮高速旋转时所产生的离心力，将轮心部分的水甩往轮边，沿出水管压向高处。此时叶轮中心形成部分真空，这样，水在大气压力作用下，就能源源不断地从吸水管自动上升进入水泵。水泵的主要性能：包括流量、总扬程、吸水扬程和功率等。流量是指水泵单位时间内的出水量。吸水扬程表示水泵能吸水的最大高度，是确定水泵安装高度的一个重要数据。（从理论上说，水泵能将水吸上10.3m，但水泵限于构造关系，其最大吸水扬程只有3.5～8.5m。实际吸水高度（扬程）还要扣除吸水管路阻力和3）水泵性能与选用水泵进口处的流速水头损失。在水泵口径不大、吸水管不长时，实际吸水高度可按性能表上的最大吸水扬程减去1.2m（有底阀）～0.6m（无底阀）估算。总扬程(H)包括吸水扬程和出水扬程两部分。离心泵的选择：主要根据需要的流量与扬程而定。对基坑来说，离心泵的流量应大于基坑的涌水量，一般选用吸水口径2～4英寸的离心泵；离心泵的扬程在满足总扬程的前提下，主要是考虑吸水扬程是否能满足降水深度要求，如果不够，则可另选水泵或将水泵降低至坑壁台阶或坑底上。离心泵的抽水能力大，宜用于地下水量较大的基坑。离心泵的安装，要特别注意吸水管接头不漏气及吸水至少应在水面以下0.5m，以免吸入空气，影响水泵正常进行。离心泵的使用：要先向泵体与吸水管内灌满水，排除空气，然后开泵抽水。为了防止所灌的水漏掉。在底阀内装有单向阀门。离心泵在使用中要防止漏气与脏物堵塞等。补充：离心泵的工作原理充满在泵中的液体随叶轮回转，产生离心力，向四周甩出在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力作用下被吸进叶轮。从叶轮流出的液体，压力和速度增大。蜗壳-汇聚并导流。扩压管A增大，流速降低，大部分动能变为压力能，然后排出。叶轮不停回转，吸排就连续地进行液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结果。（2）潜水泵是由立式水泵与电动机组合而成，工作时完全浸在水中。水泵装在电动机上端，叶轮可制成离心式或螺旋桨式；电动机设有密封装置。潜水泵的出水口径，常用的有：40、50、100、125mm，其流量相应为：15、25、65、100m/h，扬程相应为25、15、7、3.5m。这种泵具有体积小、重量轻、移动方便、安装简单和开泵时不需引水等优点，因此在基坑排水中采用较广。使用潜水泵时，为了防止电机烧坏，不得脱水运转，或陷入泥中，也不得排灌含泥量较高的水质或泥浆水，以免泵叶轮被杂物堵塞。三、井点降水法（人工降低地下水位法）1、含义：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，使地下水位降低到坑底以下。2、作用：1）防止地下水涌入坑内；2）防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方；3）使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了管涌；4）降水后，降低了深基坑围护结构的水平荷载；5）消除了地下水的的渗流，也防止了流砂现象；6）降低地下水位后，还使土体固结，增加地基土的承载力。3、适用范围：1）土壤的渗透系数K=0.1～250m/d的土层中；2）降水深度一般为：单级轻型点为3-6m；多级轻型点为6～12m。地下水涌入坑内边坡由于地下水的渗流而引起的塌方使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了管涌消除了地下水的的渗流，也防止了流砂现象使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力4、井水降水的类型：井点主要有两个类型：轻型井点和管井，一般可根据渗透系数、降水深度、设备条件和经济比较来确定，可参照下表。井点类别土的渗透性(m/d)降水深度(m)轻型井点一级轻型井点0.1~503~6多级轻型井点0.1~506~12视井点级数而定喷射井点0.1~508~20电渗井点0.15~6视选用的井点而定管井类管井井点20~2003~5深井井点10~25015各种井点的适用范围5.轻型井点（应用较广）1）轻型井点设备：设备主要有：井点管（下端为滤管）、集水总管、弯联管及抽水设备。参考动画设备布置与作用井点管：直径38～55㎜的钢管，长6～9m，下端配有滤管和一个锥形铸铁塞头。滤管：长1.0～1.7m，管壁上钻有12～18㎜成梅花形排列的滤孔；管壁外包两层滤网，内层为30～50孔/cm2的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网，外层为3～10孔/cm2粗滤网，以防泥砂进入井点管。集水总管：直径75～100㎜的钢管分节连接，每节长4～6m，其上装有与井点管联接的短接头，间距为0.8～1.6m。总管应有2.5‰～5‰坡向泵房的坡度。总管与井点管用900弯头或塑料管连接。抽水设备：真空泵设备。2）轻型井点布置：平面布置与高程布置轻型井点系统的布置，应根据基坑平面形状及尺寸、基坑深度、土质、地下水位及流向、降水深度要求等确定。步骤：平面布置－高程布置－计算井点管数量等－调整。（1）平面布置(1)确定井点布置的形式、总管长度、井点管数量、水泵数量及位置。单排线布置：坑宽小于6M（B6M），水位降低值不超过5M（H≤5M）；布置在上游一侧，伸长量不宜B(坑宽)。双排线布置：坑宽B6M，或土质不良。环状布置：当基坑面积较大时(大基坑)，则采用环状井点。U形布置：大基坑，方便大型机械出入基坑，开口设在下游。（1）平面布置(2)一套抽水设备能带动的总管长度，一般为100～200m。采用多套抽水设备时，井点系统要分段，各段长度应大致相等，其分段地点宜选择在基坑拐弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力，泵宜设置在各段总管的中部，使泵两边水流平衡。采用环形井点时，宜在泵的对面（即环圈的一半处）的总管上装设阀门或将总管断开，以控制总管内水流方向，改善总管内的水流状态，提高抽水效果。采用多套井点设备时，各套总管之间应装设阀门隔开，这样，当其中一套泵组发生故障时，可开启相邻阀门，借助邻近的泵组来维持抽水。同时，装设阀门也可以避免总管内水流紊乱。（2）高程布置（1）确定井点管埋深，即滤管上口至总管埋设面的距离：H≥H1+Δh+iL，H－井点管埋深（m），H≤hpmax抽水设备的最大抽水高度，6-7米；H1－总管埋设面至基底的距离（m）；Δh－基底至降低后的地下水位线的距离（m）；I－水力坡度，单排I=1/4-5，双排I=1/7，环状I=1/10；L－井点管至基坑中心的水平距离。（2）高程布置（2）高程布置轻型井点的降水深度，从理论上说，利用真空泵抽吸地下水可达10.3m，但考虑抽水设备的水头损失后，一般不超过6m。当一级轻型井点达不到降水深度要求时，可视土质情况，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后将总管安装在原有地下水位线以下，以增加降水深度；或采用二级轻型井点（图1.10），即先挖去第一层井点所疏干的土，然后再在其底部装设在第二层井点。（3）轻型井点计算内容：确定涌水量Q、井点管数量N、井距D、选择设备。水井的分类：P8图1.11。分为：无压完整井、承压完整井、无压非完整井、承压非完整井。无压井：水井布置在含水土层中，地下水表面为自由水面；承压井：当含水层处于二不透水层之间，地下水表面边有一定水压；完整井：当水井底部达到不透水层时；非完整井：当水井底部达不到透水层时。水井的分类图示A、涌水量计算：Q法，水力学家裘布依的水井理论井点计算受水文地质和井点设备等许多因素影响，算出的数值只是近似值。轻型井点涌水量计算之前，先要确定井点系统布置方式和基坑计算图形面积。若矩形基坑的长宽比大于5或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时，需将基坑分块，使其符合计算公式的适用条件；然后分块计算涌水量，将其相加即为总涌水量。1、无压完整井单井涌水量计算：H－含水层厚度；R－抽水影响半径；r－水井半径；S－水井水位降低值；K－渗透系数。rRSSHlglg)2(1.366KQ2、承压完整井单井涌水量计算：公式1.11：M：承压含水层厚度（m），其它参数同上。3、无压完整井涌水量计算：环状井点公式1.12：X0：环状井点假想半径（m），参见公式（1.13）。rRSHlglgKM73.2Q0lglg)2(K366.1QxRSSHB、井点管的根数NN=1.1Q/q公式1.15q：单根井点管最大出水量（m3/d），参见公式1.14。D=L/N公式1.16L：总管长度（m）C、井点管的间距D补充：渗透系数K的测定方法渗透系数的测定方法有：现场抽水试验与实验室测定两种。对重大的工程，宜采用现场抽水试验，以获得较为准确的渗透系数值，其方法是在现场设置抽水孔，并距抽水孔为x1与x2处设两个观测井（三者在同一直线上），根据抽水稳定后，观测井的水深y1和y2及抽水孔相应的抽水量Q，按下式计算K值。