2.3 基坑施工的排水与降水（教案）-《地基与基础工程施工》同步精品课堂（高教版-第2版）

《地基与基础工程施工》教案 详 细 教 案 一、设计摘要 课程课题 任务2.3 基坑施工的排水与降水 授课教师 学时数 2 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 根据《国家职业教育改革实施方案》文件精神，教材改革是三教改革的重要抓手。 如何突破传统教材的约束，增加教材的可视化，在专业课程中植入职业道德教育、专业素养教育等，编写适合中职教育的专业教材。 背景分析 《地基与基础工程施工》是中等职业学校建筑工程施工专业的一门专业核心课程，其功能在于让学生从整体上对地基与基础工程的主要施工过程、安全技术要求及质量验收要求有初步认识，具备建筑工程施工专业中地基与基础工程施工的基本职业能力，并为后续其他专门化课程的学习做好准备。 本课程适应以职业行动为导向的教学法实施，以地基与基础工程施工内容和过程为主线，按照地基与基础工程施工的一般流程将工作任务分解为土方开挖及回填施工、基坑工程施工、地基处理、浅基础工程施工、桩基础工程施工等项目，有利于学生循序渐进地从整体上认识和掌握地基与基础工程施工的主要内容与过程。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 具备主动思考、虚心请教、改革创新意识。培养学生科学严谨、认真的学习精神。 掌握集水井降水法和井点降水法的措施；熟悉降水对周围建筑的影响及防止措施。 能够对基坑采取正确的排水及降水措施，保证施工的正常进行。 学习任务 描述 掌握集水井降水法和井点降水法的措施，合理进行方法的选择； 熟悉降水对周围建筑的影响及防止措施，及时对基坑采取措施。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 集水井降水法；井点降水法 教学难点 集水井降水法 教学难点突破方法 利用现场讲解，突破教学难点。充分把握课前导学、课中做学、课后督学三个环节，让重难点突破融入到每个环节。课堂教学中设置了两个学习任务，通过任务的达成，专业水平得到层级提升，实现重难点突破。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、 自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《地基与基础工程施工》，主编：侯广贤，2023年06月第2版；高等教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识点复习与回顾（5分钟） [知识点复习与回顾]（5分钟） 提问问题：土钉墙支护工艺流程？土钉墙支护施工前需要做哪些准备？土钉墙支护雨期施工应提前采取哪些措施？ 提出问题，认真回答问题。 接收并回顾上节课内容，对上节课内容进行归纳总结，温故而知新。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.检查学生对上节课内容的掌握程度，实时把控本节课教学内容的设计。 新课 导入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。查看并记住本节任务的学习目标。 2.分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（30分钟） [探索新知] （30分钟） 在开挖基坑或其他土方时，土的含水层常被切断，地下水会不断地渗入坑内。雨期施工时，地面水也会流入坑内。为了施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力下降，当基坑开挖和基础施工期间的最高地下水位高于坑底设计标高时，必须做好降水工作。 根据基坑的开挖深度、场地水文地质条件和周围环境，可采用集水井降水法和井点降水法进行降水。 1.集水井降水法 集水井降水法又称明沟排水法，是在基坑开挖时，采用截、疏、抽的方法进行排水。开挖时，沿坑底周围或中央开挖排水沟，再在沟底设集水井，使基坑内的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽走，如图 2-26 所示。 基坑四周的排水沟及集水井应设置在基础范围以外、地下水流的上游。明沟排水的纵坡宜控制在1%~2%；集水井应根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，每隔20~40 m设置一个。 集水井的直径或宽度一般为 0.7~0.8 m。其深度随着挖土的加深而加深，要始终低于挖土面 0.8~1m。井壁可用竹、木等简易加固。 当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1~2m，并铺设0.3 m 碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。 集水井降水法由于设备简单和排水方便，采用较为普遍，但当开挖深度大、地下水位较高而土质又不好时，用集水井降水法降水，挖至地下水位以下时，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。发生流砂现象时，土完全丧失承载能力，使施工条件恶化，难以达到开挖设计深度，严重时会造成边坡塌方及附近建筑物下沉、倾斜、倒塌等。总之，流砂现象对土方施工和附近建筑物有很大危害。 （1）流砂形成的原因 流砂的形成有其内因和外因。内因取决于土的性质，土的孔隙度大、含水率大、黏粒少、粉粒多、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象经常发生在细砂、粉砂和亚砂土中。但发生流砂现象，还应具备一定的外因条件，即地下水及其产生的动水压力大小达到一定程度。 当地下水位较高，基坑内排水所造成的水位差较大时，动水压力也大。当动水压力大于或等于浮土重度时，土粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流的水一起流动，形成流砂。 经验表明，在可能发生流砂现象的土质（如细砂、粉砂及亚砂土）中，当基坑开挖深度超过地下水位0.5m左右时，就会发生流砂现象。 此外，当基坑位于不透水层内，而不透水层下面为承压蓄水层，坑底不透水层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时，基坑底部还可能发生管涌冒砂现象，如图2-27所示。 （2）防治流砂的方法 防治流砂总的原则是“治砂必治水”。其途径有三：一是减小或平衡动水压力；二是截住地下水流；三是改变动水压力的方向。具体措施有： ① 枯水期施工 因枯水期地下水位低，坑内外水位差小，动水压力小，从而可预防和减轻流砂现象。 ② 打板桩 将板桩沿基坑周围打入不透水层，便可起到截住水流的作用；或者打入坑底面一定深度，这样将地下水引至坑底以下流入基坑，不仅增加了渗流长度，还改变了动水压力方向，从而达到减小动水压力的目的。 ③水中挖土 即不排水施工，使坑内外的水压相平衡，不致形成动水压力。如沉井施工、不排水下沉、进行水中挖土、水下浇筑混凝土，这些都是防治流砂的有效措施。 ④人工降低地下水位 截住水流，不让地下水流入基坑，从而不仅可防治流砂和土壁塌方，还可改善施工条件。 ⑤ 地下连续墙法 沿基坑的周围浇筑一道钢筋混凝土的地下连续墙，从而起到承重、截水和防流砂的作用，它又是深基础施工的可靠支护结构。 ⑥抛大石块，抢速度施工 如在施工过程中发生局部的或轻微的流砂现象，可组织人力分段抢挖，挖至标高后，立即铺设芦席并抛大石块，增加土的压力，以平衡动水压力，力争在产生流砂现象之前将基础分段施工完毕。 此外，在含有大量地下水的土层中或沼泽地区施工时，还可以采取土壤冻结法；对位于流砂地区的基础工程，应尽可能用桩基础或沉井施工，以节约防治流砂所增加的费用。 老师课前搜集资料，结合图片和理论内容讲解集水井降水法。 学生认真做好笔记，及时举手提问。 通过直观教学法，结合图片进一步激发学生的兴趣；在做笔记的过程中强化学生的理解力和记忆力。 学习 新知（30分钟） [学习新知] （30分钟） 2.井点降水法 井点降水法也称为人工降低地下水位法，是地下水位较高的地区施工中采取的重要措施之一。基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定的井点管，利用抽水设备，从井点管中将地下水不断抽出，使地下水位降低到坑底以下，直至基础工程施工完毕为止。 降水能克服流砂现象，稳定边坡，降低地下水对支护结构的水平压力，防止坑底土的隆起，加快土的固结，提高地基土的承载能力，并能使位于天然地下水位以下的基础工程在较干燥的基环境中进行施工。采用人工降低地下水位，可适当改陡边坡，减少挖土方量，但在降水过程中，基坑附近的地基会有一定的沉降，施工时要严加注意，防止地基沉降给周围建筑物带来不利影响。 井点降水法埋设的井点有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点等。可以根据土层的渗透系数、要求降低水位的深度、工程特点及设备情况，作技术经济比较后确定。各种井点降水方法的适用范围可参见表2-6，其中轻型井点应用较为广泛，下面将作主要介绍。 （1）轻型井点 轻型井点是沿基坑四周将许多直径较小的井点管埋入含水层内，井点管上部与总管连接，通过总管利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有的地下水位降至坑底以下的。这种方法适用于土壤的渗透系数k=0.1~50 m/d 的土层，降水深度为：单级轻型井点 3~6 m，多级轻型井点 6~12 m。 ① 轻型井点设备 轻型井点系统由滤管、井点管、弯联管、集水总管和抽水设备等组成，如图2-28所示。 滤管是进水设备，其构造如图2-29所示，滤管用直径为38~55 mm 的钢管制成，长度一般为1~1.7m。滤管壁上钻有直径12~18 mm的呈梅花形布置的滤孔，滤孔面积占滤管表面积的20%~30%。管壁外包有粗、细两层滤网，为避免滤孔淤塞，在管壁与滤网间用小塑料管或铁丝绕成螺旋状隔开，并在滤网外再围一层粗铁丝保护层。滤管上端与井点管相连，下端有铸铁头，便于沉入土中。 井点管的直径和滤管相同，长度为5~7 m，可整根或分节组成，井点管上端用弯联管与集水总管相连。弯联管用塑料管、橡胶管或钢管制成，并且每根弯联管上均安装阀门，以便检修井点。 集水总管一般用直径为 75~100 mm 的钢管分节连接，每节钢管长度为4~6 m，上面装有与弯联管连接的短接头（三通口），短接头间距为0.8~1.6 m，集水总管要设置一定的坡度通向水泵房。 轻型井点常用的抽水设备有真空泵和离心泵等，可根据不同的土壤渗透系数进行选择。 ② 轻型井点布置 轻型井点的布置，应根据基坑的大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度等要求而定。 当基坑宽度小于6m、降水深度不超过6m时，一般采用单排线状井点，布置在地下水的上游一侧，两端延伸长度以不小于基坑宽度为宜（图2-30）。当基坑宽度大于6m或宽度虽不大于6m，但土质不良时，宜采用双排线状井点（图2-31）。当基坑面积较大时，宜采用环形井点（图 2-32）。 井点管距离基坑边一般可取0.7~1 m，以防漏气。井点管水平间距一般为 1~2m。为了观察水位降落情况，应在降水范围内设置若干个观测井，观测井的位置和数量视需要而定。 进行轻型井点的系统高程布置时，考虑抽水设备的水头损失后，一般井点降水深度不超过6 m。如图 2-33 所示，井点管的埋置深度H按下式计算： H≥H1+h+iL 此外，确定井点管埋置深度时，还要考虑井点管上口一般比地面高0.2 m。当一级轻型井点达不到降水深度要求时，可采用二级轻型井点，即先挖去第一级轻型井点所疏干的土，然后再在其底部装设第二级轻型井点（图2-34）。 ③轻型井点计算 轻型井点计算的目的是求出在规定的水位降低深度，每昼夜抽取的地下水量，即涌水量；确定井点管数量和间距，并选择设备。 井点系统的涌水量是以水井理论进行计算的。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井；水井布置在含水层中，当地下水表面为自由水时，称为无压井；当含水层处于两个不透水层之间时，地下水表面有一定水压力，称为承压井。井底达到不透水层顶面时的井称为完整井，否则称为不完整井。水井的分类如图2-35所示。 水井类型不同，其涌水量的计算亦不相同，而无压完整井的计算最为完善。完整井抽水时的水位降落曲线如图2-36所示。经过一定时间的抽水后，其水位降落曲线趋于稳定，呈漏斗状曲面，水井轴线距漏斗边缘的水平距离称为抽水半径R。 轻型井点系统中，各井点布置在基坑四周同时抽水，是由许多单井所组成的，各个单井相互之间的距离都小于抽水半径，各个单井水位降落漏斗彼此相互干扰。因此，考虑井点系统（称为群井）的相互作用，其总涌水量并不等于各个单井涌水量之和，而比单井涌水量之和小，但总的水位降低值要大于单井抽水时的水位降低值。对于无压不完整井的井点系统，地下水不仅从井侧面进入，还要从井底进入，其涌水量较无压完整井大。 ④ 井点管的安装、使用 轻型井点的安装程序是：挖井点沟槽→敷设集水总管→埋设井点管→用弯联管将井点管与集水总管连接-安装抽水设备。并点管的埋设一般采用水冲法，并根据现场条件以及土层情况选择冲水管冲孔后沉入井点管（图2-37）、直接利用井点管水冲下沉、套管式冲枪水冲法或振动水冲法成孔后沉入井点管等方法。冲孔过程中孔洞必须保持垂直，孔径不应小于300mm，并应上下一致。冲孔深度应比滤管底深0.5 m以上。并点管孔成形后，应立即拔出冲管，插入井点管，并填满砂滤层，以防孔壁塌土。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利工作的关键，一般要选择干净的粗砂，以免堵塞滤管网眼，填灌要均匀，并填塞至滤管顶上1~1.5m。井点管与孔壁之间填砂时，管口应有泥浆水冒出，或向管内灌水时，能很快下渗方为合格。砂滤层填灌好后，距地面下0.5~1 m 深度内，应用黏土封口，以防漏气影响抽水效果。 井点管埋设完毕，应接通集水总管与抽水设备进行试抽水，检查有无漏水、漏气，出水是否正常，有无淤塞等现象，如有异常情况，应检修好后方可使用。 轻型井点使用时，应保证连续抽水（特别是开始阶段），并准备双电源。如果时抽时停，则滤网容易堵塞，出水浑浊并引起附近建筑物因土颗粒流失而沉降、开裂；同时，由于中途停抽，使地下水位回升，也可能引起边坡塌方等事故。抽水过程中应调节离心泵的出水阀以控制水量，使抽吸排水保持均匀，做到细水长流。正常的出水规律是“先大后小，先混后清”。判断井点系统工作状况是否正常的依据是真空泵的真空度是否达到要求，故抽水时需要经常观测真空度。造成真空度达不到要求的原因很多，但大多是井点系统有漏气现象，应及时检查并采取措施。在抽水过程中，还应检查有无堵塞的“死井”（工作正常的井管，用手探摸时，应有冬暖夏凉的感觉），如死井太多，严重影响降水效果时，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋。为观察地下水位的变化，可在抽水半径内设观察孔。 地下建（构）筑物竣工并进行回填后，方可拆除井点系统。拔出井点管多借助于倒链、起重机等，所留孔洞用砂或土填实，对地基有防渗要求时，地面下2m应用黏土填实。 （2）管井井点 管井井点是沿基坑每隔 10~30 m 设置一个管井，每个管井配备一台水泵（离心泵、潜水泵、深井泵）不断抽水来降低地下水位的。管井井点主要适用于轻型井点不易解决的含水层为颗粒较粗的粗砂或卵石地层，以及渗透系数、水量、降水深度均较大的潜水或承压水地区。 管井井点的主要设备有管井、吸水管和水泵，如图 2-38 所示。管井由管身和过滤两部分组成。管身可用钢管、混凝土管或塑料管。钢管管井采用直径为150~250 mm的钢管；过滤部分采用焊接骨架外包边长为1~2 mm孔眼的滤网，长度为2~3 m，也可在实管上穿孔用肋垫高后缠铅丝制成。混凝土管管井内径为400 mm，分实管和过滤管两种，过滤管的孔隙率为 20%~30%。吸水管可采用直径为50~100 mm的钢管或橡胶管，其下端应沉入管井抽吸时的最低水位以下，为了启动水泵和防止在水泵运转中突然停泵而产生水倒灌，在吸水管底部应安装逆止阀。 管井的沉入可采用泥浆护壁钻孔法成孔，成孔的直径应比管身直径大200 mm，管井下沉时应清孔，并保证过滤部分畅通。为了保证管井的出水量，防止粉细砂涌入井内，在管井与土壁间用粗砂或砾石作为过滤层。 3.降水对周围建筑的影响及防止措施 在弱透水层和压缩性大的黏土层中降水时，由于地下水位下降、地基自重应力增加和土层压缩等原因，会产生较大的地面沉降；又由于土层的不均匀性和降水后地下水位呈漏斗曲线状，四周土层的自重应力变化不一而导致不均匀沉降，使周围建筑物基础下沉或房屋开裂。因此，在建筑物附近进行井点降水时，为防止降水影响或损害区域内的建筑物，必须阻止建筑物下地下水的流失。为达此目的，除可在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕外，还可用回灌井点补充地下水的办法来保持地下水位，使降水井点和原有建筑物下的地下水位保持不变或降低较少，从而阻止建筑物下地下水的流失。这样，也就可避免因降水而使地面沉降，或减少沉降值。 回灌井点是防止井点降水损害周围建筑物的一种经济、简便、有效的方法，它能将井点降水对周围建筑物的影响减小到最低程度。为确保基坑施工的安全和回灌的效果，回灌井点与降水井点之间应保持一定的距离，一般不宜小于6 m。 老师结合表格和图片举例讲解井点降水法，认真讲解降水对周围建筑的影响及防止措施。 学生做笔记，在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 抽取学生回答老师的提问。 课下积极查阅资料，扩大自己的知识面。 学生再练习（5分钟） 4、 分配任务：（5分钟） （思政导入：科学严谨、认真的学习态度，培养学生独立思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题： ①集水井降水法定义？ ②流砂形成的原因？ ③防治流砂的方法？ 2）、每组派出代表回答老师提问 3）、学生分组相互评价 4）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（5分钟） 教师总结（5分钟） （引入思政教育：科学严谨、认真、独立思考的学习态度） 通过对本章的学习，掌握了集水井降水法和井点降水法的措施，熟悉了降水对周围建筑的影响及防止措施。结合相关图片及理论的学习，完成课后练习，为下节课的主要内容奠定了基础。 布置下节课任务（5分钟） 布置下节课任务（5分钟） 预习下节课内容 布置 作业（7分钟） [完成作业] （7分钟） 1.井点降水法概念? 2.轻型井点的定义？ 3.降水对周围建筑的影响？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 通过采用小组讨论分组法、 自主阅读法，书本相结合的方式，能达到教学效果，在各组提问中，回答问题的正确率为95%，大多数学生能够对基坑采取正确的排水及降水措施，保证施工的正常进行。 七、教学反思 教学反思 通过老师“教”与学生“学”的互动过程，使学生能够对基坑采取正确的排水及降水措施，保证施工的正常进行；以学生学习为主，以教为辅的理论学习模式，培养学生的整体分析和思考能力，让学生全程参与整个教学过程，为之后的学习打下基础。 教师分配任务 学生分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$