第二章 施工排水及地基处理

第三节 地基处理
在工程上，无论是给水排水构筑物，还是给水排水管道， 其荷载都作用于地基土上，导致地基土产生附加应力，附加 应力引起地基土的沉降，沉降量取决于土的孔隙率和附加应 力的大小。在荷载作用下，若同一高度的地基各点沉降量相 同，这种沉降称为均匀沉降；反之，称为不均匀沉降。无论 是均匀沉降，还是不均匀沉降都有一个容许范围值，称为极 限均匀沉降量和最大不均匀沉降量。当沉降量在允许范围内 ，构筑物才能稳定安全，否则，结构就会失去稳定或遭到破 坏。
给排水工程施工技术
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概要
施工排水主要指地下水的排除，同时也包括地面水的排除。 坑(槽)开挖，使坑(槽)内的水位低于原地下水位，导致地 下水易于流入坑(槽)内，地面水也易于流入坑(槽)内。由于坑( 槽)内有水，使施工条件恶化，严重时，会使坑(槽)壁土体坍 落，地基土承载力下降，影响土的强度和稳定性。会导致给 水排水管道、新建的构筑物或附近的已建构筑物破坏。因此, 在施工时必须做好施工排水。 施工排水有明沟排水和人工降低地下水位排水两种方法。 不论采用哪种方法，都应将地下水位降到槽底以下一定深 度，改善槽底的施工条件；稳定边坡；稳定槽底；防止地基 土承载力下降。
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第一节 明沟排水
为保证集水井附近的槽底稳定，集水井与槽底有一定距离 ，在坑(槽)与集水井间设进水口，进水口的宽度一般为1～ 1.2m。为了保证进水口的坚固，应采用木板、竹板支撑。 排水沟、进水口需要经常疏通，集水井需要经常清除井底 的积泥，保持必要的存水深度以保证水泵的正常工作。
明沟排水是一种常用的简易的降水方法，适用于少量地下水 的排除，以及槽内的地表水和雨水的排除。对软土或土层中 含有细砂、粉砂或淤泥层，不宜采用这种方法。
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第二节 人工降低地下水位
（1）平面布置 根据基坑平面形状与大小，土质和地下水的流向，降低地 下水的深度等要求而定。当沟槽宽小于2.5 m，降水深小于 4.5 m，可采用单排线状井点，如图2-8所示，布置在地下水 流的上游一侧；当基坑或沟槽宽度较大，或土质不良，渗透 系数较大时，可采用双排线状井点，如图2-9所示，当基坑面 积较大时，应用环形井点如图2-10所示，挖土运输设备出入 道路处可不封闭。
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第二节 人工降低地下水位
一、轻型井点 轻型井点又分为单层轻型井点和多层轻型井点两种。 单层轻型井点适用于粉砂、细砂、中砂、粗砂等，渗透系 数为0.1～50m/d，降深小于6 m。多层轻型井点适用渗透系 数0.1～50m/d，降深为6～12m。轻型井点降水效果显著， 应用广泛，并有成套设备可选用。 （一）轻型井点的组成 轻型井点由滤水管、井管、弯联管、总管和抽水设备所组 成，如图2-4所示。
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第一节 明沟排水
一、明沟排水 坑(槽)开挖时，为排除渗入坑(槽)的地下水和流入坑(槽) 内的地面水，一般可采用明沟排水。 明沟排水是将流入坑(槽)内的水，经排水沟将水汇集到集水井 ，然后用水泵抽走的排水方法，如图2-1所示。 明沟法排水通常是当坑(槽)开挖到接近地下水位时，先在 坑(槽)中央开挖排水沟，使地下水不断地流入排水沟，再开挖 排水沟两侧土。如此一层层挖下去，直至挖到接近槽底设计 高程时，将排水沟移至沟槽一侧或两侧。开挖过程，如图2-2 所示
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第二节 人工降低地下水位
（2）高程布置 井点管的埋设深度应根据降水深度，储水层所在位置，集水总管的高程 等决定，但必须将滤管埋入储水层内，并且比所挖基坑或沟槽底深0.9～ 1.2m。集水总管标高应尽量接近地下水位线并沿抽水水流方向有0.25‰ ～0.5‰的上仰坡度，水泵轴心与总管齐平。 井点管埋深可按下式计算，如图2-11所示。 H=H1+△h+iL+l （2-4） 式中：H-井点管埋置深度（m）； H1-井点管埋设面至基坑底面的距离(m)； △h-降水后地下水位至基坑底面的安全距离(m)，一般为0.5～1m； i-水力坡度，与土层渗透系数，地下水流量等因素有关，根据扬水试验 和工程实测确定。对环状或双排井点可取1/10～1/15；对单排线状井点可 取1/4；环状井点外取1/8～1/10； L-井点管中心至最不利点（沟槽内底边缘或基坑中心）的水平距离 （m）； l-滤管长度（m）。 17
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第二节 人工降低地下水位
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第二节 人工降低地下水位
1）井点的布置 井点应布置在坑（槽）上口边缘外1.0～1.5m，布置过近 ，影响施工进行，而且可能使空气从坑（槽）壁进入井点系 统，使抽水系统真空破坏，影响正常运行。 井点的埋设深度应满足降水深度要求。 2）总管布置 为提高井点系统的降水深度，总管的设置高程应尽可能接 近地下水位，并应以1‰～2‰的坡度坡向抽水设备，当环围 井点采用多个抽水设备时，应在每个抽水设备所负担总管长 度分界处设阀门将总管分段，以便分组工作。
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第二节 人工降低地下水位
人工降低地下水位排水就是在含水层中布设井点进行抽 水，地下水位下降后形成降落漏斗。如果坑(槽)底位于降落漏 斗以上，就基本消除了地下水对施工的影响。地下水位是在 坑（槽）开挖前预先降落的,并维持到坑(槽)土方回填，如图 2-3所示。 人工降低地下水位一般有轻型井点、喷射井点、电渗井点 、管井井点、深井井点等方法。本节主要阐述轻型井点降低 地下水位。各类井点适用范围见表2-3。
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第二节 人工降低地下水位
各种井点的适用范围
井点类型 单层轻型井点 多层轻型井点 喷射井点 渗透系数（m/d） 0.1～50 0.1～50 0.1～20
表2-3
降低水位深度（m） 3～6 6～12 8～20
电渗井点
管井井点 深井井点
〈0.1
20～200 10～250
根据选用的井点确定根据选用的水泵确 Nhomakorabea 〉15
第二节 人工降低地下水位
井点露出地面高度,一般取0.2～0.3m。 轻型井点的降水深度以不超过6m为宜。如求出的H值大于6m，则应降 低井点管和抽水设备的埋置面，如果仍达不到降水深度的要求，可采用二 级井点或多级井点，如图2-12所示。根据施工经验。两级井点降水深度递 减0.5m左右。布置平台宽度一般为1.0～1.5m。
第二节 人工降低地下水位
二、喷射井点 工程上，当坑(槽)开挖较深，降水深度大于6.0 m时，单 层轻型井点系统不能满足要求时，可采用多层轻型井点系统 ，但是多层轻型井点系统存在着设备多、施工复杂、工期长 等缺点，此时，宜采用喷射井点降水。降水深度可达8-12 m 。在渗透系数为3-20 m/D的砂土中应用本法最为有效。渗透 系数为0.1-3 m/D的粉砂淤泥质土中效果也较显著。 1.喷射井点布置 喷射井点的平面布置，当基坑宽小于10 m时，井点可作单排 布置；当大于10m时，可作双排布置；当基坑面积较大时， 宜采用环形布置 .
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第二节 人工降低地下水位
四、管井井点 管井适用于中砂、粗砂、砾砂、砾石等渗透系数为1～200 m /d地下水丰富的土、砂层或轻型井点不易解决的地方。 管井井点排水量大，降水深，可以沿基坑或沟槽的一侧或 两侧作直线布置，也可沿基坑外围四周呈环状布设。井中心 距基坑边缘的距离为:采用冲击式钻孔用泥浆护壁时为0.5～1 m；采用套管法时不小于3m。管井埋设的深度与间距，根据 降水面积、深度及含水层的渗透系数等而定，最大埋深可达 10余m，间距10～50m。 五、深井井点 当土的渗透系数大于20～200m/d，地下水比较丰富的土 22 层或砂层，要求地下水位降深较大时，宜采用深井井点。
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第二节 人工降低地下水位
三、电渗井点 在饱和粘土或含有大量粘土颗粒的砂性土中，土分子引力 很大，渗透性较差，采用重力或真空作用的一般轻型井点排 水，效果很差。此时，宜采用电渗井点降水。 电渗井点适用渗透系数小于0.1 m/d的土层中。 （一）电渗井点的原理 电渗井点的基本原理就是根据胶体化学的双电层理论，在 含水的细土颗粒中，插入正负电极并通以直流电后，土颗粒 即自负极向正极移动，水自正极向负极移动，这样把井点沿 坑槽外围埋入含水层中，做为负极，导致弱渗水层中的粘滞 水移向井点中，然后用抽水设备将水排除，以使地下水位下 降。
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第三节 地基处理
地基在构筑物荷载作用下，不会因地基土产生的剪应力 超过土的抗剪强度而导致地基和构筑物破坏的承载力称为地 基容许承载力。因此，地基应同时满足容许沉降量和容许承 载力的要求，如不满足时，则采取相应措施对地基土加固处 理，地基处理的目的是: 1、改善土的剪切性能，提高抗剪强度。 2、降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降或不均匀沉降。 3、改善土的透水性，起着截水、防渗的作用。 4、改善土的动力特性，防止砂土液化。 5、改善特殊土的不良地基特性(主要是指消除或减少湿陷性 和膨胀土的胀缩性等)。 地基处理的方法有换土垫层、碾压夯实、挤密振实、排水 固结和注浆液加固等五类。各类方法及其原理与作用，参见 24 表2-10。
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第二节 人工降低地下水位
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第二节 人工降低地下水位
(二) 轻型井点设计 轻型井点的设计包括：平面布置，高程布置，涌水量计 算，井点管的数量、间距和抽水设备的确定等。井点计算由 于受水文地质和井点设备等诸多因素的影响，所计算的结果 只是近似数值，对重要工程，其计算结果必须经过现场试验 近行修正。 1.轻型井点布置 总的布置原则是所有需降水的范围都包括在井点围圈内，若 在主要构造物基坑附近有一些小面积的附属构筑物基坑，应 将这些小面积的基坑包括在内。井点布置分为平面布置和高 程布置。
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第一节 明沟排水
排水沟的断面尺寸，应根据地下水量及沟槽的大小来决 定，一般排水沟的底宽不小于0.3m，排水沟深应大于0.3m， 排水沟的纵向坡度不应小于1%～5%,且坡向集水井.若在稳定 性较差的土壤中，可在排水沟内埋设多孔排水管，并在周围 铺卵石或碎石加固，也可在排水沟内设支撑。集水井一般设 在管线一侧或设在低洼处，以减少集水井土方开挖量；为便 于集水井集水，应设在地下水来水方向上游的坑(槽)一侧，同 时在基础范围以外。通常集水井距坑(槽)底应有1～2m的距离 。 集水井直径或宽度，一般为0.7～0.8m，集水井底与排 水沟底应有一定的高差，一般开挖过程中集水井底始终低于 排水沟底0.7～1.0m，当坑(槽)挖至设计标高后，集水井底应 低于排水沟底1～2m。