第五節(jié)人工降低地下水位

1、第五節(jié) 人工降低地下水位預備知識預備知識:1. 流體力學流體力學-流線網；流線網；2. 土力學土力學-土壓力、土的滲透性；土壓力、土的滲透性；3. 抽水設備抽水設備(井泵井泵)的揚程及揚程與真空度的關系。的揚程及揚程與真空度的關系。教學要求：教學要求：1. 掌握集水井降水施工方法；2.了解各類井點的特點與適用范圍；3.掌握輕型井點的平面布置與高程布置方法；4.掌握無壓井涌水計算。在基坑開挖過程中，當基底低于地下水位時，由于土的含水層被切斷，地下水會不斷地滲入坑內。雨期施工時，地面水也會不斷流入坑內。如果不采取降水措施，把流入基坑內的水及時排走或把地下水位降低，不僅會使施工條件惡化，而且地基土被

2、水泡軟后，容易造成邊坡塌方并使地基的承載力下降。另外，當基坑下遇有承壓含水層時，若不降水減壓，則基底可能被沖潰破壞。因此，為了保證工程質量和施工安全，在基坑開挖前或開挖過程中，必須采取措施，控制地下水位，使地基土在開挖及基礎施工時保持干燥。 地下水對施工的影響管涌涌砂由排水坑引起的涌砂管涌孔流出的涌砂樁周圍的管涌擋土墻倒塌降水方法： 集水坑排水施工法、井點降水施工法集水坑排水施工法、井點降水施工法 降低地下水位的方法有集水井降水法和井點降水法。集水井降水法一般適用于降水深度較小且土層為粗粒土層或滲水量小的粘性土層。當基坑開挖較深，又采用剛性土壁支護結構擋土并形成止水帷幕時，基坑內降水也多采用集

3、水井降水法。如降水深度較大，或土層為細砂、粉砂或軟土地區(qū)時，宜采用井點降水法降水但仍有局部區(qū)域降水深度不足時，可輔以集水井降水。無論采用何種降水方法，均應持續(xù)到基礎施工完畢，且土方回填后方可停止降水。(一)、集水坑排水施工法：優(yōu)點：優(yōu)點：方法簡單、經濟，對周圍影響小，應用較廣。缺點：缺點：當涌水量較大、水位差較大或土質為細砂或粉砂，有產生流砂、邊坡塌方及管涌等可能。施工過程施工過程基坑或溝槽開挖時，在坑底設置集水井，并沿坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水在重力作用下流入集水井內，然后用水泵抽出坑外。構造構造 ：四周的排水溝及集水井一般應設置在基礎范圍以外，地下水流的上游，基坑面積較大時，可在基坑

4、范圍內設置盲溝排水。根據地下水量、基坑平面形狀及水泵能力，集水井每隔2040m設置一個。設置：設置： 集水坑的直徑或寬度一般為0.60.8m，其深度隨著挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.71.0m?？颖诳捎弥?、木材料等簡易加固。當基坑挖至設計標高后，集水坑底應低于基坑底面1.02.0m，并鋪設碎石濾水層（0.3m厚）或下部礫石（ 0.1m厚）上部粗砂（0.1m）的雙層濾水層，以免由于抽水時間過長而將泥砂抽出，并防止坑底土被擾動。適用于含水層深、含水量大的情況(二)、深井排水施工法(三)、井點降水施工法：井點降水原理井點降水原理井點降水就是在基坑開挖前，預先在基坑四周埋設一定數量的濾水管（井

5、）。在基坑開挖前和開挖過程中，利用真空原理，不斷抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下。1、井點降水的作用：1）防止地下水涌入坑內（圖a）；2）防止邊坡由于地下水的滲流而引起的塌方（圖b）；3）使坑底的土層消除了地下水位差引起的壓力，因此防止了坑底的管涌（圖c）；4）降水后，使板樁減少了橫向荷載（圖d）；5）消除了地下水的滲流，也就防止了流砂現象（圖e）；6）降低地下水位后，還能使土壤固結，增加地基土的承載能力。2、井點降水的種類：井點有兩大類：輕型井點和管井。一般根據土的滲透系數、降水深度、設備條件及經濟比較等因素確定，可參照下表選擇。實際工程中，一般輕型井點應用廣泛。 3、一般輕型井點降水：

6、。（1）一般輕型井點設備：輕型井點設備由管路系統和抽水設備組成（圖）輕型井點設備由管路系統和抽水設備組成（圖）管路系統：管路系統：濾管、井點管、彎聯管、總管。濾管：（圖）為進水設備，通常采用長1.01.5m、直徑38mm或51mm的無縫鋼管，管壁鉆有直徑為1219mm的濾孔。骨架管外面包以兩層孔徑不同的生絲布或塑料布濾網。為使流水暢通，在骨架管與濾網之間用塑料管或梯形鉛絲隔開，塑料管沿骨架繞成螺旋形。濾網外面在繞一層粗鐵絲保護網、濾管下端為一鑄鐵塞頭。濾管上端與井點管連接。抽水設備：抽水設備：真空泵、離心泵、水氣分離器。井點管為直徑38mm和51mm、長57m的鋼管。井點管的上端用彎聯管與總管

7、相連。集水總管為直徑100127mm的無縫鋼管，每段長4m，其上端有井點管聯結的短接頭，間距0.8m或1.2m。抽水設備是由真空泵、離心泵和水氣分離器（又叫集水箱）等組成，其工作原理如圖所示。抽水時先開動真空泵10，將水氣分離器6內部抽成一定程度的真空，使土中的水分和空氣受真空吸力作用而吸出，進入水氣分離器6。當進入水氣分離器內的水達一定高度，即可開動離心泵13。在水氣分離器內水和空氣向兩個方向流去：水經離心泵排出；空氣集中在上部由真空泵排出，少量從空氣中帶來的水從放水12，9放出。一套抽水設備的負荷長度（即集水總管長度）為100120m。常用的w5，w6型干式真空泵，其最大負荷長度分別為10

8、0m和120m。a輕型井點設備工作原理：輕型井點設備工作原理：（2）輕型井點布置和計算：b應掌握的資料：應掌握的資料：、水文地質資料：地下水含水層厚度、承壓或非承壓及地下水變化情況、土質、土的滲透系數、不透水層位置。、工程性質：基坑（槽）形狀、大小及深度。、設備條件：井管長度、泵的抽吸能力。c輕型井點布置內容輕型井點布置內容：、平面布置：確定井點布置的形式、總管長度、井點管數量、水泵數量及位置。d布置和計算步驟布置和計算步驟確定平面布置高程布置計算井點管數量等調整、高程布置：確定井點管的埋置深度。e輕型井點設計計算方法輕型井點設計計算方法： 確定平面布置：單排布置：適用于基坑、槽寬度小于6，且

9、降水深度不超過5的情況，井點管應布置在地下水的上游一側，兩端延伸長度不宜小于坑、槽的寬度。雙排布置：適用于基坑寬度大于6或土質不良的情況。環(huán)形布置：適用于大面積基坑。如采用u形布置，則井點管不封閉的一段應設在地下水的下游方向。高程布置：確定井點管埋深，即濾管上口至總管埋設面的距離。單排布置單排布置雙排、雙排、u型、環(huán)型布置型、環(huán)型布置hh1hil高程計算公式：高程計算公式：式中：h井點管埋深（；h1總管埋設面至基底的距離（）；h基底至降低后的地下水位線的距離（）；水力坡度；l井點管至水井中心的水平距離，當井點管為單排布置時，l為井點管至對邊坡腳的水平距離（）。計算結果尚應滿足下式：計算結果尚應

10、滿足下式：hhpmax一般輕型井點67。式中：hpmax抽水設備的最大抽吸高度，有關數據的取值：（）i的取值：當單排布置時i1/41/5；當雙排布置時i1/7；當環(huán)形布置時i1/10。（）為井點管至水井中心的水平距離，當基坑井點管為環(huán)形布置時，l取短邊的長度。（）井點管布置應離坑邊有一定距離（0.71），以防止邊坡塌土而引起局部漏氣。（）h一般取0.51，根據工程性質和水文地質狀況確定。（）實際工程中，井點管均為定型的，有一定標準長度。通常根據給定井點管長度驗算h，如h0.51，則可滿足。計算公式如下：h.式中：井點管長度0.2井點管露出地面的長度總管及井點管數量的計算：（）水井的分類：（）裘

11、布依理論（）裘布依理論抽水影響半徑內，從含水層的頂面到底部任意點的水力坡度是一個恒值恒值，并等于該點水面處的斜率；抽水前地下水是靜止的，即天然水力坡度為零；對于承壓水，頂、底板是隔水的；對于潛水適用于井邊水力坡度不大于l4，底板是隔水的，含水層是均質水平的；地下水為穩(wěn)定流（不隨時間變化）?；炯俣ǎ夯炯俣ǎ?當均勻地在井內抽水時，井內水位開始下降。經過一定時間的抽水，井周圍的水面就由水平的變成降低后的彎曲水面，最后該曲線漸趨穩(wěn)定，成為向井邊傾斜的水位降落漏斗。 右圖為無壓完整井抽水時水位的變位情況。在縱剖面上流線是一系列曲線，在橫剖面上水流的過水斷面與流線垂直。 依據裘布依理論得出以下公式：

12、無壓完整單井的涌水量計算公式：rrsshkqrrsshkqlnln)2(364. 1lnln)2(或為單井的半徑（）。式中：r為單井的降水影響半徑（）；（c）涌水量計算但在井點系統中，各井點管是布置在基坑周圍，許多井點同時抽水，即群井共同工作，其涌水量不能用各井點管內涌水量簡單相加求得。群井涌水量的計算，可把由各井點管組成的群井系統，視為一口大的單井，設該井為圓形的，可得出群井的涌水量計算公式：式中：r0 xs群井降水影響半徑（）水位降低值（）)/(lnln)2(366. 130dmxrsshkq群井的涌水量計算公式：環(huán)狀井點假象半徑（）hksr95. 1fx0f環(huán)狀井點系統包圍的面積（）h含

13、水層厚度（）同理可推出承壓完整井承壓完整井的涌水量公式：)/(lnln73. 230dmxrmskq式中：m含水層厚度（）群井：r井點管半徑（）l井點管進入含水層的深度（）單井計算圖：無壓非完整井無壓非完整井的井點系統涌水量公式：式中：h0有效含水深度（或抽水影響深度）。當計算出的h0大于實際含水層厚度h時，取h0h表中：s為井點管內水位降落值（）為濾管長度（）)/(lnln)2(366. 1300dmxrsshkq應用上述公式時先要確定x0，r，k第一步：確定x0由于基坑大多不是圓形，因而不能直接得到x0。當矩形基坑長寬比不大于5時，環(huán)形布置的井點可近似作為圓形井來處理，并用面積相等原則確定

14、，此時將近似圓的半徑作為矩形水井的假想半徑：fx0f環(huán)形井點所包圍的面積（）x0環(huán)形井點系統的假想半徑（）第二步：確定r抽水影響半徑，與土的滲透系數、含水層厚度、水位降低值及抽水時間等因素有關。在抽水25后，水位降落漏斗基本穩(wěn)定，此時抽水影響半徑可近似地按下式計算：)(95. 1mhksr 第三步：確定k滲透系數k值對計算結果影響較大。k值的確定可用現場抽水試驗或實驗室測定。對重大工程，宜采用現場抽水試驗以獲得較準確的值。（c）單根井管的最大出水量：）單根井管的最大出水量：)/(6533dmkdlqqqn)(mnld (根)式中：l總管長度（）n井點管最少根數（d）井點管最少數量：）井點管最少

15、數量：濾管直徑（）（e）井點管最大間距：）井點管最大間距：注意：實際采用的井點管間距d應當與總管上接頭尺寸相適應。即盡可能采用0.8，1.2，1.6或2.0m且dn，一般n應當超過1.1n，以防井點管堵塞等影響抽水效果。4、輕型井點的施工：施工過程：施工過程：（1）準備工作：井點設備、動力、水源及必要材料的準備，排水溝開挖，附近建筑物的標高觀測以及防止附近建筑物沉降措施的實施。（2）井點系統的埋設：埋設井點的程序：先排放總管，再埋設井點管，用彎聯管將井點與總管接通，然后安裝抽水設備。井點管的埋設方法：水沖法（分沖孔與埋管兩過程）（3）連接與試抽井點系統全部安裝完畢后，需進行試抽，以檢查有無漏氣

16、現象。開始抽水后不希望停抽。時抽時停，濾網易堵塞，也容易抽出土粒，使水混濁，并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降開裂。正常的排水是細水長流，出水澄清細水長流，出水澄清。抽水時需要經常檢查井點系統工作是否正常，以及檢查觀測井中水位下降情況，如果有較多井點管發(fā)生堵塞，影響降水效果時，應逐根用高壓水反向沖洗或拔出重埋。（4）井點運轉與監(jiān)測包括：井點運轉管理井點監(jiān)測（5）井點拆除地下室或地下結構物竣工后并將基坑進行回填土后，方可拆除井點系統，拔出井點管多借助于倒鏈、起重機等。所留孔洞用砂或土塞，對地基有防滲要求時，地面下2m可用粘土填塞密實。另外，井點的拔除應在基礎及已施工部分的自重大于浮力的情況下進行

17、，且底板混凝土必須要有一定的強度，防止因水浮力引起地下結構浮動或破壞底板。沖孔沖孔埋管埋管填砂填砂封口封口注意事項：沖孔深度宜比濾管底深0.5左右。保證在井點管與孔壁之間填筑沙濾層的質量。井點填砂后，須用粘土封口，以防漏氣。井點降水對周圍環(huán)境的不利影響及防治措施井點降水對周圍環(huán)境的不利影響及防治措施井點降水的不利影響井點降水的不利影響井點管埋設完成開始抽水時，井內水位開始下降，周圍含水層的水不斷流向濾管，在無承壓水等環(huán)境條件下，經過一段時間之后，在井點周圍形成漏斗狀的彎曲水面，即所謂“降水漏斗”，這個漏斗狀水面逐漸趨于穩(wěn)定，一般需要幾天到幾周的時間，降水漏斗范圍內的地下水位下降以后，就必然會造

18、成地面固結沉降，由于漏斗形的降水面不是平面，因而所產生的沉降也是不均勻的。在實際工程中，由于井點管濾管濾網和砂濾層結構不良，把土層中的粘土顆粒、粉土顆粒甚至細砂同地下水一同抽出地面的情況是經常發(fā)生的，這種現象會使地面產生的不均勻沉降加劇，造成附近建筑物及地下管線的不同程度的損壞。防范井點降水不利影響的措施防范井點降水不利影響的措施由于井點降水對引起周圍地層的不均勻沉降，但在高水位地區(qū)開挖深基坑又離不開降水措施，因此一方面要保證開挖施工的順利進行，另一方面又要防范對周圍環(huán)境的不利影響，即采取相應的措施，減少井點降水對周圍建筑物及地下管線造成的影響。（一）在降水前認真做好對周圍環(huán)境的調研工作。（二

19、）合理使用井點降水，盡可能減少對周圍環(huán)境的影響。降水必然會形成降水漏斗，從而造成對周圍地面的沉降，但只要合理使用井點，可以把這類影響控制在周圍環(huán)境可以承受的范圍之內。1、防范抽水帶走土層中的細顆粒。2、適當放緩降水漏斗線的坡度。3、井點應連續(xù)運轉，盡量避免間歇和反復抽水。4、防范基坑開挖時產生基底以下承壓水而造成流砂，致使坑周產生大量地面沉陷。5、如果降水現象周圍有湖、河、浜導貯水體時，應考慮在井點和貯水體之間設置擋水帷幕，以防范井點與貯水體穿通，抽出大量地下水而水位不下降，反而帶出許多土顆粒，甚至產生流砂現象，妨礙深基坑工程的開挖施工。6、在建筑物和地下管線密集等對地面沉降控制有嚴格要求的地

20、區(qū)開挖深基坑，可采用坑內降水的方法，即在圍護結構內部設置井點，疏干坑內地下水，以利開挖施工，同時，需利用支護墻體本身或另設擋土帷幕切斷坑外地下水的涌入。要求擋水墻有足夠的入土深度，一般需較井點濾管下端深2m左右。這樣既不妨礙開挖施工，又可大大減輕對周圍環(huán)境的影響，收到良好效果。7、對不適宜采用井點降水的土層，不要盲目使用井點降水。（三）、降水場地外側設置擋土帷幕，減少降水影響范圍即在降水場地外側有條件的情況下設置一圈擋水帷幕，切斷降水漏斗曲線的外側延伸部分，減小降水影響范圍，從而把降水對周圍的影響減小到最低程度，一般擋水帷幕底標高應低于降落后的水位2m以上，如圖所示。常用的擋土帷幕有下列幾種：

21、1、深層水泥攪拌樁2、砂漿防滲板樁3、樹根樁隔水帷幕4、直接利用可以擋水的擋土結構作為擋土帷幕，如鋼板樁、地下連續(xù)墻。（四）、降水場地外緣設置回灌水系統降水對周圍環(huán)境的不利影響主要是由于漏斗形降水曲線引起周圍建筑物和地下管線基礎的不均勻沉降造成的，因此，在降水場地外緣設置回灌水系統保持需保護部位的地下水位，可消除所產生的危害?；毓嗨到y包括回灌井點和砂溝、砂井回灌兩種型式。井點回灌：目的：消除周圍土壤因固結而引起的地面沉陷。1.電滲井點電滲井點在粘土和粉質粘土中進行基坑開挖施工，由于土體的滲透系數較小，為加速土中水分向井點管中流入，提高降水施工的效果，除了應用真空產生抽吸作用以外，還可加用電滲。所謂電滲井點，一般與輕型井點或噴射井點結合使用，是利用輕型井點或噴射井點管本身作為陰極，一金屬棒（鋼筋、鋼管、鋁棒等）作為陽極。通入直流電（采用直流發(fā)電機或直流電焊機）后，帶有負電荷的土粒即向陽極移動（即電泳作用），而帶有正電荷的水則向陰極方向集中，產生電滲現象。在電滲與井點管內的真空雙重用下，強制粘土中的水由井點管快速排出，井點管連續(xù)抽水，從而地下水位漸漸降低。其他一些井點降水其他一些井點降水2.噴射井點噴射井點當基坑開挖所需降水深度超過6m時，一級的輕型井點就難以收到預期的降水效果，這時如果場地許可，可以采用二級甚至多級輕型井點以增加降水深度，達到設計要求