市政管道开槽施工时，经常遇到地下水，土层内的水分主要以水汽、结合水、自由水3种状态存在，结合水没有出水性，自由水对市政管道开槽施工起主要影响作用。当沟槽开挖后自由水在水力坡降的作用下，从沟槽侧壁和沟槽底部渗入沟槽内，使施工条件恶化，严重时，会使沟槽侧壁土体坍落，地基土承载力下降，从而影响沟槽内的施工。因此,在管道开槽施工时必须做好施工排（降）水工作。市政管道开槽施工中的排水主要指排除影响施工的地下水，同时也包括排除流入沟槽内的地表水和雨水。
施工排水有明沟排水和人工降低地下水位2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，以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；为市政管道的开槽施工创造有利条件。
第一节 明沟排水
2.1.1 明沟排水原理
沟槽开挖时，排除渗入沟槽内的地下水和流入沟槽内的地面水、雨水，一般采用明沟排水的方法。
明沟排水是将从槽壁、槽底渗入沟槽内的地下水以及流入沟槽内的地表水和雨水，经沟槽内的排水沟汇集到集水井，然后用水泵抽走的排水方法，如图2-1所示。
明沟排水通常是当沟槽开挖到接近地下水位时，修建集水井并安装排水泵，然后继续开挖沟槽至地下水位后，先在沟槽中心线处开挖排水沟，使地下水不断渗入排水沟后，再开挖排水沟两侧土。如此一层一层地反复下挖，地下水便不断地由排水沟流至集水井，当挖深接近槽底设计标高时，将排水沟移置在槽底两侧或一侧，如图2-2所示。
2.1.2 明沟排水涌水量计算
为了合理选择排水设备，确定水泵型号，应算总涌水量，水泵的流量一般为涌水量的1.5~2.0倍。
在市政管道开槽施工时，沟槽一般为窄长式，此时可忽略沟槽两端的涌水量，认为地下水主要有沟槽两侧渗入。因此，沟槽的总涌水量可按裘布依公式进行计算，即：
2.1.3 明沟排水施工
施工时，排水沟的开挖断面应根据地下水量及沟槽的大小来决定，通常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3%～5%,且坡向集水井。若在稳定性较差的土壤中施工，可在排水沟内埋设多孔排水管，并在其周围铺卵石或碎石加固；亦可在排水沟内埋设管径为150~200 mm的排水管，排水管接口处留有一定缝隙，排水管两侧和上部也用卵石或碎石加固；或在排水沟内设板框、荆笆等支撑。
集水井是在排水沟的一定位置上设置的汇水坑，为使沟槽底部土层免遭破坏,通常将集水井设在基础范围以外，距沟槽底一般为1～2m的距离处，并应设在地下水来水方向的沟槽一侧。
集水井的断面一般为圆形和方形2种，其直径或宽度，一般为0.7～0.8m，集水井底与排水沟底应有一定的高差；在开挖过程中，集水井底应始终低于排水沟底0.7～1.0m，当沟槽挖至设计标高后，集水井底应低于排水沟底1～2m。
集水井的间距应根据土质、地下水量及井的尺寸和水泵的抽水能力等因素确定，一般每隔50～150m设置一个集水井。
集水井通常采用人工开挖，为防止开挖时或开挖后井壁塌方，需进行加固。
在土质较好、地下水量不大的情况下，采用木框加固，井底需铺垫约0.3m厚的卵石或碎石组成反滤层，以免从井底涌入大量泥砂造成集水井周围地面塌陷；
在土质（如粉土、砂土、亚砂土）较差、地下水量较大的情况下，通常采用板桩加固。即先打入板桩加固，板桩绕井一圈，板桩深至井底以下约0.5m。也可以采用混凝土管集水井，采用沉井法或水射振动法施工，井底标高在槽底以下1.5~2.0米，为防止井底出现管涌，可用卵石或碎石封底 。
为保证集水井附近的槽底稳定，集水井与槽底有一定距离，沟槽与集水井间设进水口，进水口的宽度一般为1～1.2m。为防止水流对集水井的冲刷，进水口的两侧应采用木板、竹板或板桩加固。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。
2.1.4 明沟排水设备选择
明沟排水常用的水泵有离心泵、潜水泵和潜污泵。
1、离心泵:根据流量和扬程选型，安装时应注意吸水管接头不漏气及吸水头部至少沉入水面以下0.5m，以免吸入空气，影响水泵的正常使用。
2、潜水泵:这种泵具有整体性好、体积小、重量轻、移动方便及开泵时不需灌水等优点，在施工排水中广泛应用。使用时，应注意不得脱水空转，也不得抽升含泥砂量过大的泥浆水，以免烧坏电机。
3、潜污泵:潜污泵的泵与电动机连成一体潜入水中工作，由水泵、三相异步电动机、以及橡胶圈密封和电器保护装置4部分组成。该泵的叶轮前部装有一搅拌叶轮，它可将作业面下的的泥沙等杂质搅起抽吸排送。
明沟排水是一种常用的简易的降水方法，适用于槽内少量的地下水、地表水和雨水的排除。对软土、淤泥层或土层中含有细砂、粉砂的地段以及地下水量较大的地段均不宜采用。
第二节 人工降低地下水位
人工降低地下水位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。如果槽底标高位于降落漏斗以上，就基本消除了地下水对施工的影响。地下水位是在沟槽开挖前人为预先降落的,并维持到沟槽土方回填，因此这种方法称为人工降低地下水位，如图2-3所示。
2.2.1 轻型井点
轻型井点是目前降水效果显著，应用广泛的降水系统，并有成套设备可选用,根据地下水位降深的不同，可分为单层轻型井点和多层轻型井点2种。在市政管道的施工降水时,一般采用单层轻型井点系统,有时可采用双层轻型井点系统,三层及三层以上的轻型井点系统则很少采用。
1、适用条件
轻型井点系统适用于粉砂、细砂、中砂、粗砂等土层，渗透系数为0.1～50m/d，降深小于6 m的土层。
2、组成
轻型井点系统由井点管、弯联管、总管和抽水设备四部分组成，井点管包括滤水管和直管,如图2-4所示。
（1）滤水管
滤水管也称过滤管，是轻型井点的重要组成部分，一般采用直径38～55 mm，长1～2m的镀锌钢管制成，管壁上呈梅花状开设直径为5.0mm的孔眼，孔眼间距为30～40mm，常用定型产品有1.0m、1.2m、2.0m三种规格。滤水管埋设在含水层中，地下水经孔眼涌入管内，滤水管的进水面积按下式计算:
滤水管下端应用管堵封闭，也可安装沉砂管，使地下水中夹带的砂粒沉积在沉砂管内。滤水管的构造，如图2-5所示。为了防止土颗粒涌入井内，提高滤水管的进水面积和土的竖向渗透性，可在滤水管周围建立直径为400～500mm的过滤层（也称为过滤沙圈），如图2-6所示。
（2）直管
直管一般也采用镀锌钢管制成，管壁上不设孔眼，直径与滤水管相同，其长度视含水层埋设深度而定，一般为 5~7米，直管与滤水管间用管箍连接。
（3）弯联管
弯联管用于连接井点管和总管，一般采用长度为1.0m ,内径38～55 mm的加固橡胶管，内有钢丝，以防止井点管与总管不均匀沉陷时被拉断。该种弯联管安装和拆卸方便，允许偏差较大,套接长度应大于100mm，套接后应用夹子箍紧。有时也可用透明的聚乙烯塑料管，以便观察井管的工作情况。金属管件也可作为弯联管，虽然气密性较好，但安装不方便，施工中使用较少。
（4）总管
总管一般采用直径为100～150 mm的钢管，每节长为4～6m，总管之间用法兰盘连接。在总管的管壁上开设三通以连接弯联管，三通的间距应与井点布置间距相同，但是由于不同的土质，不同降水要求，所计算的井点间距与三通的间距可能不同，因此应根据实际情况确定三通间距。总管上三通间距通常按井点间距的模数而定，一般为1.0～1.5m。
（5）抽水设备
3、涌水量计算
井点涌水量通常采用裘布依公式近似地按单井涌水量计算。实际上井点系统是各单井之间相互干扰的井群，井点系统的涌水量显然比数量相等互不干扰的单井涌水量的总和要小。工程上为应用方便，往往按“单井”涌水量作为整个井群的总涌水量，而这个“单井” 的半径应按井群中各个井点所围的面积的半径进行计算，该半径称为假想半径。由于轻型井点的各井点间距较小，这种假想是可行的，即用假想环围面积的半径代替“单井”半径计算涌水量。
1.涌水量计算公式
2.涌水量计算公式中有关参数的确定
1)渗透系数K
K值以现场抽水试验确定较为可靠，若无抽水试验资料时可参见表2-1数值选用。
当含水层不是均一土层时，渗透系数可按各层不同渗透系数的土层厚度加权平均计算。
2)影响半径R
确定影响半径通常有直接观察法、用经验公式法和经验数据法3种方法。直接观察是精确可靠的方法，但需设置观察井，不宜于指导实际工程；经验数据法不适用于非均一土层；实际工程中经常采用经验公式法计算影响半径。
3）假想半径
4）降水深度S
沟槽降水深度是指原地下水位至滤水管顶部的距离。一般要求槽底距井点最远一点的水位要降至槽底以下0.5~1.0m，此外还要考虑槽底最远的一点到滤水管顶部的水力坡降。
对双排线状井点，水力坡度一般取；对单排线状井点，水力坡度一般取。根据水力坡度和井点布置的实际情况就可计算出水力坡降。
5）含水层厚度H和含水层有效带厚度H0
含水层厚度应通过水文地质勘测资料确定，当含水层为非均一土层时，应为各层厚度之和。而含水层有效带厚度是指假想的有效面与稳定地下水位之间的渗水厚度，可按如下的经验公式进行计算：
4.确定抽水设备
常用抽水设备有真空泵(干式﹑湿式)和离心泵等，水泵流量应按涌水量的1.1～1.2倍进行计算。
4、轻型井点布置
（1）平面布置
（2）高程布置
井点管的埋设深度是指滤水管底部到井点埋设地面的距离，应根据降水深度，含水层所在位置，集水总管的标高等因素确定。
如图2-13所示，井点管埋深可按下式计算：
H=H1+△h+iL+LL（2-14）
式中：
H——井点管埋设深度，m；
H1——井点管管顶至沟槽底的距离，m，一般井点管露出地面0.2～0.3m；
△h——降水后地下水位在沟槽底面的安全距离，m，一般为0.5～1.0m；
i——水力坡度，对双排井点可取；对单排线状井点可取；
L——井点管中心至沟槽底最不利点处的水平距离，m；
LL——滤水管长度，m。
5、轻型井点的施工、运行及拆除
2.2.2 喷射井点
1.工作原理
喷射井点主要由井管、高压水泵(或空气压缩机)和管路系统组成，如图2-16所示。
2.井点布置
喷射井点的平面布置和高程布置与轻型井点相同。
3.井点的施工与运行
喷射井点的施工顺序为:安装水泵及进水管路；敷设进水总管和回水总管；沉设井点管并灌填砂滤料，接通进水总管后及时进行单根井点试抽、检验；全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全面试抽，检查整个降水系统的运转状况及降水效果。然后让工作水循环进行正式工作。
4.井点的计算
喷射井点的涌水量计算、确定井点管数量与间距、抽水设备选型等均与轻型井点相同，不再重述。
2.2.3 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，采用轻型井点或喷射井点降水，效果很差。此时，宜采用电渗井点降水。
电渗井点适用在渗透系数小于0.1 m/d的粘土、粉质粘土、淤泥等土质中降低地下水位，一般与轻型井点或喷射井点配合使用。降深也因选用的井点类型不同而异。使用轻型井点与之配套时，降深小于8m；用喷射井点时，降深大于8m。
1. 工作原理
电渗井点的工作原理缘于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，这样把井点沿沟槽外围埋入含水层中，并做为负极，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。
2. 电渗井点的布置
电渗井点布置，如图2-17所示。采用直流电源，电压不宜大于60V。电流密度宜为0.5~1A/ m 2；阳极采用DN 50~75 mm的钢管或DN <25 mm的钢筋；负极采用井点本身。
正极和负极自成一列布置，一般正极布置在井点的内侧，与负极并列或交错，正极埋设应垂直，严禁与相邻负极相碰。正极的埋设深度应比井点深500mm，露出地面0.2～0.4m，并高出井点管顶端，正负极的数量宜相等，必要时正极数量可多于负极数量。
3.电渗井点的施工与使用电渗井点施工与轻型井点相同。
2.2.4 管井井点
管井井点适用于在中砂、粗砂、砾砂、砾石等渗透系数大于200 m /d，地下水含量丰富的土层或砂层中降低地下水位。
管井井点系统由井管、滤水管和抽水设备组成，如图2-18所示。
2.2.5 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层或砂层，要求地下水位降深较大时，宜采用深井井点。
深井井点构造，如图2-19所示。
工程实例
某市开槽铺设一条钢筋混凝土排水管道，管道长度960m，管径D =800mm，管道壁厚为70mm，起点设计埋深为2.0m，管道敷设坡度为‰；采用钢筋混凝土带形基础，基础宽度为1200mm，厚度为400mm，两侧工作宽度为0.5m。经勘测，施工地带的地面标高均为15.000m，原地下水位标高为13.200m，含水层厚度为20m，土壤渗透系数为K =10m/d ,影响半径R =60m，开槽时边坡比按1：0.5考虑。拟采用轻型井点降水，试进行该轻型井点系统的设计。
（ 解：见教材P123）
第 三节 沟槽开挖
沟槽降水进行一段时间，水位降落达到一定深度，为沟槽开挖创造了一定的便利条件后，即可进行沟槽的开挖工作。
一、沟槽断面形式的选择
常用的沟槽断面形式有直槽、梯形槽、混合槽和联合槽4种，如图2-21所示。
合理地选择沟槽断面形式，可以为市政管道施工创造良好的作业条件，在保证工程质量和施工安全的前提下，减少土方开挖量，降低工程造价，加快施工速度。
选择沟槽断面形式，应综合考虑土的种类、地下水情况、管道断面尺寸、管道埋深，施工方法和施工现场环境等因素，结合具体条件确定。
二、沟槽断面尺寸的确定
2.沟槽开挖深度的确定
沟槽开挖深度按管道设计纵断面确定，通常按下式计算：
3.沟槽上口宽度的确定
沟槽上口宽度按下式计算：
三、沟槽土方量计算
四、沟槽土方开挖
（一）沟槽放线
沟槽开挖前，应建立临时水准点并加以核对、测设管道中心线、沟槽边线及附属构筑物位置。临时水准点一般设在固定建筑物上，且不受施工影响，并妥善保护，使用前要校测。沟槽边线测设好后，用白灰放线，以作为开槽的依据。根据测设的中心线，在沟槽两端埋设固定的中线桩，以作为控制管道平面位置的依据。
（二）沟槽开挖
1.土方开挖的一般原则
沟槽开挖时应遵循下列原则：
（1）开挖前应认真解读施工图，合理确定沟槽断面形式，了解土质、地下水位等施工现场环境，结合现场的水文、地质条件，合理确定开挖顺序；
（2）为保证沟槽槽壁稳定和便于排管，挖出的土应堆置在沟槽一侧，堆土坡脚距沟槽上口边缘的距离应不小于1.0m,堆土高度不应超过1.5m；
（3）土方开挖不得超挖，以减小对地基土的扰动。采用机械挖土时，可在槽底设计标高以上预留200mm土层不挖，待人工清理。即使采用人工挖土也不得超挖。如果挖好后不能及时进行下一工序时，可在槽底标高以上留150mm的土层不挖，待下一工序开始前再挖除。
（4）采用机械开挖沟槽时，应由专人负责掌握挖槽断面尺寸和标高。施工机械离沟槽上口边缘应有一定的安全距离。
（5）软土、膨胀土地区开挖土方或进入季节性施工时，应遵照有关规定。
2.开挖方法
土方开挖分为人工开挖和机械开挖两种方法。为了加快施工速度，提高劳动生产率，凡是具备机械开挖条件的现场，均应采用机械开挖。
沟槽机械开挖常用的施工机械有单斗挖土机、多斗挖土机和液压挖掘装载机。
（三）开挖质量要求
（四）开挖安全施工技术
五、单斗挖土机挖土与自卸汽车运土的协调配合计算
在市政管道工程的开槽施工中，受施工现场环境和交通的影响，有时挖出的土方需要全部外运，回填时再将部分土运回。施工时一般采用自卸汽车进行土方外运，则汽车运土应与挖土机挖土工作相匹配，保证挖土机连续作业。此时与挖土机配套的自卸汽车的台数可按下式计算：
六、地基处理
地基处理的目的是:改善土的力学性能、提高抗剪强度、降低软弱土的压缩性、减少基础的沉降、消除或减少湿陷性黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性。
地基处理的方法有以下4类：
资料下载方式
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