市政管道開槽施工PPT講解(133頁)[詳細]

1、第二章市政管道開槽施市政管道開槽施工時，經(jīng)常遇到地下水,土層內(nèi)的水分 主要以水汽、結(jié)合水、自由水3種狀態(tài)存在，結(jié)合水沒有 出水性”自由水對市政管道開槽施工起主要影響作用。當 溝槽開挖后自由水在水力坡降的作用下,從溝槽側(cè)壁和溝 槽底部滲入溝槽內(nèi)，使施工條件惡化,嚴重時,會使溝槽 側(cè)壁土體坍落，地基土承載力下降，從而影響溝槽內(nèi)的施 工。因此,在管道開槽施工時必須做好施工排（降）水工作。 市政管道開槽施工中的排水主要指排除影響施工的地下水, 同時也包括排除流入溝槽內(nèi)的地表水和雨水。施工排水有明溝排水和人工降低地下水位2種方法。不論采用哪種方法，都應(yīng)將地下水位降到槽底以下一定 深度,以改善槽底的施工條

2、件；穩(wěn)定邊坡；穩(wěn)定槽底；防 止地基土承載力下降；為市政管道的開槽施工創(chuàng)造有利條 件。-+4 第T3.溝槽開挖時，排除滲 入溝槽內(nèi)的地下水和流 入湎植內(nèi)的地面水、雨 水,一般采用明溝排水 的方法。.明溝排水是將從槽壁、 槽底滲入溝槽內(nèi)的地下 水以及流入溝槽內(nèi)的地 表水和雨水,經(jīng)溝槽內(nèi) 的排水溝匯集到集水井, 然后用水泵抽走的排水 方法，如圖2-1所示。圖21明溝排水系統(tǒng)明溝排水通常是當溝 槽開挖到接近地下水位 時,修建集水井并安裝 排水泵,然后繼續(xù)ag 溝槽至地下水位后,先 在溝槽中心線處開挖排 水溝，使地下水不斷滲 入排水溝后,再開挖排 水溝兩側(cè)土。如此一層 層地反復(fù)下挖,地下 水便不斷地由排

3、水溝流 至集水井z當挖深接近 槽底設(shè)計標高時,將排 水溝移置在槽底兩側(cè)或 一側(cè),如圖22所示。圖22排水溝開挖示意圖為了合理選擇排水設(shè)備，確定水泵型號,應(yīng)算總涌水量, 水泵的流量一般為涌水量的1520倍。在市政管道開槽施工時,溝槽一般為窄長式,此時可忽 略溝槽兩端的涌水量,認為地下水主要有溝槽兩側(cè)滲入。 因此,溝槽的總涌水夢酔襲布舷賦進行計算,即：R (2-1)式中：Q溝槽總涌水量，m3/d ;Kr滲透系數(shù),m/d #見表21;H離溝槽邊為處的地下水含水層厚度，m ;R影響半徑,m #見表21;5地下水位降落深度，mo土的類別K(m/d)土的類別K(m/d)粉質(zhì)粘土<0.1含粘土的粗砂及

4、純 中砂35-50含粘土的粉砂0.5 1.0純中砂60-75純粉砂1.5 5.0粗砂夾礫石50 100含粘土的細紗1015礫石100 200含粘土的中砂及 細砂20-25.施工時,排水溝的開挖斷面應(yīng)根據(jù)地下水量及溝槽的大 小來決定,通常排水溝的底寬不小于0.3m ,排水溝深應(yīng) 大于0.3m ,排水溝的縱向坡度不應(yīng)小于3% 5%,且坡向集水井。若在穩(wěn)定性較差的土壤中施工，可在排水溝內(nèi)埋 設(shè)多孔排水管，并在其周圍鋪卵石或碎石加固；亦可在排 水溝內(nèi)埋設(shè)管徑為150200 mm的排水管，排水管接口 處留有一定縫隙,排水管兩側(cè)和上部也用卵石或碎石加固；或在排水溝內(nèi)設(shè)板框、荊笆等支撐。集水井是在排水溝的一

5、定位置上設(shè)置的匯水坑，為使溝 槽底部土層免遭破壞，通常將集水井設(shè)在基礎(chǔ)范圍以外,距般為的距離處,并應(yīng)設(shè)在地下水來水方向側(cè)。集水井的斷面一般為圓形和方形2種,其直徑或?qū)挾? 一般為0.70.8m ,集水井底與排水溝底應(yīng)有一定的高差; 在開挖過程中,集水井底應(yīng)始終低于排水溝底0.71.0m , 當溝槽挖至設(shè)計標高后,集水井底應(yīng)低于排水溝底2m。集水井的間距應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、地下水量及井的尺寸和水泵的 抽水能力等因素確定,一般每隔50150m設(shè)置一個集水井。 集水井通常采用人工開挖,為防止開挖時或開挖后苴壁塌 方,需進行加固。在土質(zhì)較好、地下水量不大的情況下,采用木框加固,井 底需鋪墊約0.3m厚的卵石或

6、碎石組成反濾層,以免從井底 涌入大量泥砂造成集水井周圍地面塌陷；水井,采用沉井法或水射振動法施工,井底標高在槽底以下1.5-2.0米，為防止井底出現(xiàn)管涌,可用卵石或碎石封底o 為保證集水井附近的槽底穩(wěn)定,集水井與槽底有一定距再在土質(zhì)（如粉土、砂土、亞砂土 ）較差、地下水量較大的 情況下,通常采用板樁加固。即先打入板樁加固,板樁繞井 _圈,板樁深至井底以下約0.5m。也可以采用混凝土管集板或板樁加固。排水溝、進水口需要經(jīng)常疏通,集水井需要溝槽與集水井間設(shè)進水口 ,進水口的寬度一般為l1.2mo 為防止水流對集水井的沖刷，進水口的兩側(cè)應(yīng)采用木板、竹常工作。經(jīng)常清除井底的積泥，保持必要的存水深度以保

7、證水泵的正4J52.1.4明溝排水設(shè)備選擇 C|匕'泵、潛水泵和潛污泵。 壬先型專進時市注音冊水河水取水方案明溝排水是一種常用的簡易的降水方法，適 用于槽內(nèi)少量的地下水、地表水和雨水的排 除。對軟土、淤泥層或土層中含有細砂、粉 砂的地段以及地下水量較大的地段均不宜采 用。人工降低地下水位是在含水層中布設(shè)井點進行抽水,地下水 位下降后形成降落漏斗。如果槽底標高位于降落漏斗以上,就 基本消除了地下水對施工的影響。地下水位是在溝槽開挖前人 為預(yù)先降落的，并維持到溝槽土方回填,因此這種方法稱為人工降低地下水位,如圖2-3所示。圖2-3 工降低地下水位不意圖Is抽水時水位2、原地下水位3、井點管

8、4、溝槽人工降低地下水位一般有輕型井點、噴射井點、 電滲井點、管井井點、深井井點等方法。輕型井點是目前降水效果顯著,應(yīng)用廣泛的降水系 統(tǒng),并有成套設(shè)備可選用，根據(jù)地下水位降深的不同, 可分為單層輕型井點和多層輕型井點2種"在市政管 道的施工降水時，一般采用單層輕型井點系統(tǒng),有時可 采用雙層輕型井點系統(tǒng)，三層及三層以上的輕型井點系 統(tǒng)則很少采用。1.適用條件輕型異點系統(tǒng)適用于粉砂、細砂、中砂、粗砂等土 層,滲透系數(shù)為0.1 50m/d ,降深小于6 m的土層。2組成探型井點系統(tǒng)由井點管、彎聯(lián)管、總管和抽水設(shè)備四部 分組成,井點管包括濾水管和直管如圖24所示。直管；2-濾水管；3總管；4

9、彎聯(lián)管；5-抽水設(shè)備； 6原地下水位線；7降低后地下水位線(1)濾水管濾水管也稱過濾管，是輕型井點的重要組成 部分，一般采用直徑3855 mm ,長12m 的鍍鋅鋼管制成，管壁上呈梅花狀開設(shè)直徑為 5.0mm的孔眼，孔眼間距為30 40mm ,常用 定型產(chǎn)品有1.0m、1.2m. 2.0m三種規(guī)格。濾 水管埋設(shè)在含水層中，地下水經(jīng)孔眼涌入管內(nèi)， 濾水管的進水面積按下式計算：A = 2m”廠 Ll (2-2)式中：/濾水管進水面積,m2 ;m孔隙率，一般取20% 30% ; r濾水管半徑??； LL濾水管長度m濾水管下端應(yīng)用管堵封閉,也可安裝沉砂管”使地 下水中夾帶的砂粒沉積在沉砂管內(nèi)。濾水管的構(gòu)

10、造, 如圖25所示。為了防止土顆粒涌入井內(nèi),提高濾水 管的進水面積和土的豎向滲透性,可在濾水管周圍建 立直徑為400 500mm的過濾層(也稱為過濾沙 圈),如圖26所示。(2) 直管直管一般也采用鍍鋅鋼管制成,管壁上不設(shè)孔眼, 直徑與濾水管相同,其長度視含水層埋設(shè)深度而定, 般為57米”直管與濾水管間用管箍連接。001210024258圖25濾水管構(gòu)造圖26井點的過濾砂層鋼管；2孔眼；3纏繞的塑料管；4細濾網(wǎng)；粘土 ； 2-填料；3-濾水管； 5粗濾網(wǎng)；6-粗鐵絲保護網(wǎng)；7-直管；8鑄鐵堵頭4-直管；5沉砂管(3 )彎聯(lián)管 彎聯(lián)管用于連接井點管和總管,般采用長度為：LOm ,內(nèi) 徑3855

11、mm的加固橡膠管,內(nèi)有鋼絲,以防止井點管與總管 不均勻沉陷時被拉斷。該種彎聯(lián)管安裝和拆卸方便,允許偏差 較大，套接長度血大于100mm ,套接后應(yīng)用夾子箍緊。有時也 可用透明的聚乙烯塑料管,以便觀察井管的工作情況。金屬管 件也可作為彎聯(lián)管,雖然氣密性較好，但安裝不方便,施工中 使用較少。(4 )總管 晶一般采用直徑為100150 mm的鋼管,每節(jié)長為4 6m，總管之間用法蘭盤連接。在總管的管壁上開設(shè)三通以連接 彎聯(lián)管,三通的間距應(yīng)與井點布置間距相同，但是由于不同的 土質(zhì),不同降水要求,所計算的井點間距與三通的間距可能不 同,因此應(yīng)根據(jù)實際情況確定三通間距?？偣苌先ㄩg距通常 按井點間距的模數(shù)而

12、定,般為1.0-1.5mo(5 )抽水設(shè)備輕型井點通常采用射流泵或真空泵抽水設(shè)備,也可 采用自引式抽水設(shè)備。真空式抽水設(shè)備是由真空泵和離心泵組成的聯(lián)合機組，地下水位降落深度可達5.5 6.5m。但抽水設(shè)備組成復(fù)雜、占地面積大、管道連接較多,不能保證 降水的可靠性,目前很少采用。自引式抽水設(shè)備是用離心水泵直接自總管抽水, 地下水位降落深度僅為24m,適用于降水深度較小 的情況。 射流式抽水設(shè)備包括水射器和水泵,其設(shè)備組成 簡單使用方便,工作安全可靠，便于設(shè)備的保養(yǎng)和 維修。射流式抽水設(shè)備的工作 原理為：運行前將水箱加 滿水,離心水泵2從水箱 抽水,水經(jīng)水泵加壓后, 高壓水在射流器3的噴口 出流形

13、成射流,產(chǎn)生真空 使地下水經(jīng)井點管,彎聯(lián) 管和總管進入射流器,經(jīng) 過能量變換,將地下水提 升到水箱內(nèi),部分水經(jīng) 過水泵加壓，使射流器工 作,另一部分水經(jīng)排水口 4排除。如圖2-7所示。3圖27射痂泵系統(tǒng)1水箱；2 加壓泵;3 射流器;4總管;5隔板；6出水口 ； 7壓力表為了提高水位降落深度，保證抽水設(shè)備的正常工作, 無論采用哪種抽水設(shè)備,除保證整個系統(tǒng)連接的嚴密 性外,還要在井點管外地面下1.0m深度處填粘土密 封,避免井點與大氣相通，破壞系統(tǒng)的真空。3涌水量計算井點涌水暈通常采用裘布依公式近似地按單井涌水 量計算。實際上井點系統(tǒng)是各單井之間相互干擾的井 群,井點系統(tǒng)的涌水量顯然比數(shù)量相等互

14、不干擾的單 井涌水量的總和要小。工程上為應(yīng)用方便,往往按”單井”涌水量作為整個井群的總涌水量,而這個"單井"的半徑應(yīng)按井群中各個井點所圍的面積的半 徑進行計算,該半徑稱為假想半徑。由于輕型井點的 各井點間距較小,這種假想是可行的,即用假想環(huán)圍 面積的半徑代替”單井"半徑計算涌水量。:L涌水量計算公式圖28潛水主整井圖29潛水非主整井潛水完整井如圖2-8所示,其涌水量按下式計算:1.366(2/7-5)5lg/?-lgX0(2-3)式中：Q一 點系統(tǒng)總涌水量,m3/d ； 滲透系數(shù)/ rn ; S水位降漆/ m ; H含水層厚度/ m ; R影響半徑/ m ; X0

15、點系統(tǒng)的假想半徑，m0潛水非完整井如圖29所示,其涌水量按下式計算: 1366K(2H° -S)SlgR-lgXo(2-4)式中：HO含水層有發(fā)帶的深度,m ;其它參數(shù)意義同式(2-3)。（2）涌水量計算公式中有關(guān)參數(shù)的確定1）滲透系數(shù)K-&直以現(xiàn)場抽水試驗確定較為可靠,若無抽水試驗資料時可 參見表2-1數(shù)值選用。當含水層不是均一土層時,滲透系數(shù)可按各層不同滲透系數(shù) 的土層厚度加權(quán)平均計算?！盻 Kg + K2n2 + + Knnn （2-5 ）"心2+心式中：KlfK2fKn不同土層的滲透系數(shù)，m/d ; nl,n2fnn含水層不同土層的厚度,mo2)影響半徑/?

16、確定影響半徑通常有直接觀察法、用經(jīng)驗公式法和經(jīng)驗數(shù)據(jù) 法3種方法。直接觀察是精確可靠的方法，但需設(shè)置觀察井, 不宜于指導(dǎo)實際工程；經(jīng)驗數(shù)據(jù)法不適用于非均一土層；實 際工程中經(jīng)常采用經(jīng)驗公式法計算影響半徑。對于潛水完整井：R = 1.95S4KH (2_6)對于潛水非完整井：7? = 1.955703 )假想半徑-當溝槽采用單排線狀井點降水時,其假想半徑可按 下式計算：4 (2-7)式中：B1溝槽底距井點最遠的一點到井點中心 的距離,m; L井點組有效計算長度,m0 井點組的有效計算長度隨溝槽長度的增大而增大,般情況下取Z=50-120m為一段。當溝槽長度較大時,宜分段進行計算,通常以Z二丄.5

17、砒一段計算 較為合適。當溝槽采用雙排線狀井點降水時,其假想半徑可按下式進行計算：x0 = L + 52（2-8）04式中：B2兩排井點的間距,mo其它參數(shù)的含義同式2-7。4）降水深度S溝槽曜水溟度是指原地下水位至濾水管頂部的距離c般要 求槽底距井點最遠一點的水位要降至槽底以下0.51.0m , 此夕卜還要考慮槽底最遠的一點到濾水管頂部的水力坡降。對雙排線狀井點，水力坡度一般??；對單排線狀井點,水力 坡度一般取。根據(jù)水力坡度和井點布置的實際情況就可計算 出水力坡降。5 ）含水層厚度的口含水層有效帶厚度含水層厚度應(yīng)通過水文地質(zhì)勘測資料確定,當含水 層為非均一土層時,應(yīng)為各層厚度之和。而含水層 有

18、效帶厚度是指假想的有效面與穩(wěn)定地下水位之間 的滲水厚度,可按如下的經(jīng)驗公式進行計算：H° =Q（S + S） （2形）式中：H0含水層有效帶厚度,m ; s降水深度,m ; LL濾水管長度z m ；a 效帶計算系數(shù)z參照表23確定。有效帶計算系數(shù)G表 2-3.S0. 2卩0. 3p0. 5p0. &1.0,S + 1.3,1.5pl.L1.85藝2.0,(3) 井點數(shù)量和井點間距的計算(1)井點數(shù)量：n = 1.1一q (2-10)式中：n井點根數(shù)； Q點系統(tǒng)涌水量"irP/d ;q單個井點的涌水量,irV/d;推按下式計算:q = 20%式中：一濾水管直徑,m;

19、LL濾水管長度.m; K-滲透系數(shù) m/do (2)井點管的間距TI 1式中：D-點間距,r L井點組有效計算長度 n井點根數(shù)。(2-11)(2-12)按上式求出的井點間距應(yīng)滿足下式式中:盛啟(2-13)若兩個井點的間距過小，將會出現(xiàn)互阻現(xiàn)象影響出水量。 通常情況下，井點間距應(yīng)與總管上的三通口相匹配,以1.0m或l5m為:(4) 確定抽水設(shè)備常用抽水設(shè)備有真空泵(干式.濕式)和離心泵等,水泵流量 應(yīng)按涌水量的“ 12倍進行計算。4輕型井點布置E2-10單排井點系統(tǒng)1 濾水背；2井管；3彎聯(lián)管；4總背；5-降水曲線；L溝槽El 2-11雙排井點系銃1 濾水管；"井管；3彎聯(lián)管；4總管5

20、-降水曲線；6-溝槽圖242雙層輕型井點 降水示意1-第一層井點；2-第二層井點；3集恭息備；4彎聯(lián)管; 5水泵；6-溝槽； 7原地下水位線；8降水后地下水位線（1）平面布置1）井點的布置。2）總管布置。3 ）抽水設(shè)備的布置。4 ）觀察井的布置。5 ）雙層輕型井點的布置。（2）高程布置井點管的埋設(shè)深度是指濾水管底部到井點埋設(shè)地面 的距離,應(yīng)根據(jù)降水深度,含水層所在位置,集水 總管的標高等因素確定。如圖213所示,井點管埋 深可按下式計算:H=H1+ 必+/Z+“（214） 式中：H_點管埋設(shè)深度,m;Hl_點管管頂至溝槽底 的距離，m,一般井點管露出 地面020.3m ;h降水后地下水位在溝

21、槽底面的安全距離,m,一般為 0.5 1.0m ;/水力坡度對雙排井點可取； 對單排線狀井點可??；L井點管中心至溝槽底最不利點 處的水平距離，m;LL濾水管長度,mo2-13鬲程布畳5.輕型井點的施工、運行及拆除輕型井點系統(tǒng)的施工順屋是測量定位、埋設(shè)井點 管、敷設(shè)集水總管、用彎聯(lián)管將井點管與集水總管 相連、安裝抽水設(shè)備、試抽后正式運行。井點管的埋設(shè)方法可根據(jù)施工現(xiàn)場條件及土層情況確定,般有沖擊鉆孔法、回轉(zhuǎn)鉆孔法、射水法、 呂/玄當槽開挖較深，降水深度大于6.0 m時，單 層輕型井點系統(tǒng)則不能滿足要求,此時可采用 多層輕型井點系統(tǒng)，但多層輕型井點系統(tǒng)存在 著設(shè)備多、施工復(fù)雜、工期長等缺點,此時宜

22、采用噴 射井點降水c噴射井點隆水深度可達812 m ,在滲 透系數(shù)為320 m/d的砂土中最為有效;在滲透系數(shù) 為0.13.0 m/d的粉砂淤泥質(zhì)土中效果也較顯著° 根據(jù)工作介質(zhì)的不同,噴射井點可分為噴氣井點和 噴水井點2種,目前多采用噴水井點。 1工作原理噴射井點主要由井管、高壓水泵（或空氣壓縮機）和 管路系統(tǒng)組成,如圖2-16所示。（c）噴射井點平面布置（6）噴射揚水器詳圖圖2-16噴射井點）噴射井點設(shè)備簡圖（b）噴射揚水器詳圖（c）噴射井點平面布置噴射井管；2-濾管；3-進水總管；4-排水總管；5高壓水泵;6-集水池;7水泵；8內(nèi)管；9外管；10噴嘴；1混合室；12擴散管；13

23、壓力表2. 井點布置噴射井點的平面布置和高程布置與輕型井點相同。3. 井點的施工與運行噴射井點的施工順序為:安裝水泵及進水管路；敷設(shè) 進水總管和回水總管；沉設(shè)井點管并灌填砂濾料,接 通進水總管后及時進行單根井點試抽、檢驗；全部井 點管沉設(shè)完畢后,接通回水總管,全面試抽,檢查整 個降水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀況及降水效果。然后讓工作水循 環(huán)進行正式工作。4. 井點的計算*噴昴井點的涌水量計算、確定井點管數(shù)量與間距、 抽水設(shè)備選型等均與輕型井點相同,不再重述。水泵工作水需用壓力按下式計算:A(2-15)式中：P水泵工作水壓力,m ;pa 水高度,即水箱至井管底部的總高度,m ; A水高度與噴嘴前面工作水頭之比

24、。混合室直徑一般為14 mm z噴嘴直徑為57 mmo噴射井點出水量見表25。型號“外管卩 直徑 (mm)Q噴射器卩工作水壓 力“(MPa)q工作水流 量"(m3/h) q單井出水量 (m3 / h)p適用含水層 滲透系數(shù)“(m / d) q噴嘴 直徑(mmL混合室 直徑 (mm)Q1.5 型并 列式屮38卩7屮14亠0. 600. 804.10-6. 804. 22-5. 76屮0. 105. 00p2.5 型圓 心式a68“10. 600.8034. 606.2034. 30-5. 76“0. 105. 00心6.0 型圓 心式q162卩19p40屮0. 600. 8030卩25

25、. 0030. 00。10. 0020皿在飽和粘土或含有大暈粘土顆粒的砂性土中, 土分子引力很大，滲透性較差，采用輕型井 點或噴射異點降zk Z效果很差。此時Z宜采 田申滲#占B圣7k電穆井呂適用卷滲透系數(shù)小于0.1 m/d的粘 土、粉質(zhì)粘土、淤泥等土質(zhì)中降低地下水位， 般與輕型井點或噴射井點配合使用。降深 也因選用的井點類型不同而異。使用輕型井 點與之配套時，降深小于8m ;用噴射井點時， 降深大于8m。1.工作原理電滲昇點的工作原理緣于膠體化學的雙電層 理論。在含水的細土顆粒中，插入正負電極并 通以直流電后,土顆粒即自負極向正極移動, 水自正極向負極移動,這樣把井點沿溝槽外圍 埋入含水層中

26、，并做為負極,導(dǎo)致弱滲水層中 的粘滯水移向井點中，然后用抽水設(shè)備將水排 除，以使地下水位下降。2.電滲井點的布置電滲井點布置，如圖217所示。采用直流電 源，電壓不宜大于60V。電流密度宜為0.51A/ m 2 ;陽極采用Q/V5075 mm的鋼 管或DN<25 mm的鋼筋；負極采用井點本身。正極和負極自成一列布置/般正極布置在 井點的內(nèi)側(cè)，與負極并列或交錯,正極埋設(shè)應(yīng) 垂直,嚴禁與相鄰負極相碰。正極的埋設(shè)深度 應(yīng)比井點深500mm z露由地面0.20.4m z弄 高出井點管頂端,正負極的數(shù)量宜相等,必要 時正極數(shù)量可多于負極數(shù)量。(a)(b)2- 17電滲井點布置示意(a)平面布置；(6)高程布置3電滲井點的施工與使用 電滲井點施工與輕型井點相同。管井井點適用于 在中砂、粗砂、礫 砂、礫石等滲誘系 數(shù)大于200 m /d , 地下水含量豐富餡 土層或砂層中降低 地下水位。管井井點系統(tǒng)由 井管、濾水管和抽 水設(shè)備組成,如圖 2-18所示。150-250川、礫石吸水管水泵400500訐網(wǎng)V鋼筋焊0008 00%2X：沉砂1T2 48管井井點構(gòu)造當土的滲透系數(shù) 大于20200m/d ,地下水 比較豐富的土層 或砂層Z要求地 下水位降深較大 時，宜采用深井 井點。深井井點構(gòu)造Z 如圖219所示。鋼制井管丿 過濾口圖219深井井點示意(a )深井泵抽