水運(yùn)施工刪減第三講基坑排水

1.3基坑排水在基坑開挖過程中，當(dāng)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(nèi)。雨期施工時，地面水也會不斷流入坑內(nèi)。如果不采取降水措施，把流入基坑內(nèi)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(dāng)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(zhì)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(chǔ)施工時保持干燥基坑降水的方法有集水坑降水和井點(diǎn)降水法。一、集水坑降水

普通明溝排水2010.09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(dāng)基坑開挖較深，又采用剛性土壁支護(hù)結(jié)構(gòu)擋土并形成止水帷幕時，基坑內(nèi)降水也多采用集水井降水法。在井點(diǎn)降水仍有局部區(qū)域降水深度不足時，也可輔以集水井降水。二、井點(diǎn)降水

開挖土質(zhì)不好且地下水位較高的深基坑（槽）時，應(yīng)采用井點(diǎn)降水的方法，即在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管（井），在基坑（槽）開挖前和開挖過程中，從管（井）內(nèi)不間斷抽水排出，使其四周地下水位下降而形成水位降落漏斗；漏斗的豎向外緣線稱之為水位降落曲線。當(dāng)各管（井）所形成的水位降落曲線互相銜接時，大面積的水位即降落至基底以下。這樣，可使所挖的土始終保持干燥狀態(tài)，從根本上防止了流砂的發(fā)生，改善了工作條件；同時土內(nèi)水分排除后，邊坡可改陡，減少了挖土量。此外，由于水壓力向下作用，可以加速地基土的團(tuán)結(jié)，防止基底隆起，以利于很高工程質(zhì)量。井點(diǎn)降水方法按其系統(tǒng)的設(shè)置、吸水方法和原理的不同，可以分為輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)和深井井點(diǎn)等。各種井點(diǎn)的適用范圍，可根據(jù)土的滲透系數(shù)、降低水位的深度、工程特點(diǎn)及設(shè)備條件等。井點(diǎn)類別土的滲透性(m/d)降水深度(m)輕型井點(diǎn)一級輕型井點(diǎn)0.1~503~6多級輕型井點(diǎn)0.1~50視井點(diǎn)級數(shù)而定噴射井點(diǎn)0.1~508~20電滲井點(diǎn)<0.1視選用的井點(diǎn)而定管井類管井井點(diǎn)20~2003~5深井井點(diǎn)10~250>15各種井點(diǎn)的適用范圍(一）輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)

輕型井點(diǎn)設(shè)備由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成。管路系統(tǒng)包括：濾管、井點(diǎn)管、彎聯(lián)管及總管（見下圖）。

輕型井點(diǎn)設(shè)備1—

地面；2—水泵；3—總管；4—井點(diǎn)管；5—濾管；

6—降落后的水位；7—原地下水位；8—基坑底

濾管構(gòu)造

1—

鋼管；2—管壁上的孔；3—塑料管；4—細(xì)濾網(wǎng)

5—粗濾網(wǎng)；6—粗鐵絲保護(hù)網(wǎng)；7—井點(diǎn)管；8—鑄鐵頭

干式真空泵工作原理

1—

濾管；2—井點(diǎn)管；3—彎聯(lián)管；4—集水總管；5—過濾室；

6—水氣分離器；7—進(jìn)水管；8—副水氣分離器；9—放水口；

10—真空泵；11—電動機(jī)；12—循環(huán)水泵；13—離心水泵輕型井點(diǎn)設(shè)計(jì)輕型井點(diǎn)設(shè)計(jì)包括：⑴井點(diǎn)系統(tǒng)的平面布置⑵井點(diǎn)系統(tǒng)的高程布置⑶涌水量計(jì)算⑷確定井點(diǎn)管的數(shù)量根據(jù)基坑（槽）形狀，輕型井點(diǎn)可采用單排布置、雙排布置、環(huán)形布置，當(dāng)土方施工機(jī)械需進(jìn)出基坑時，也可采用U形布置。平面布置：當(dāng)基坑（槽）寬度小于6m，且降水深度不超過5m時，一般可用單排井點(diǎn)，布置在地下水的上游一側(cè)，其兩端延伸長度一般不小于該坑（槽）的寬度為宜；如基坑寬度大于6m或土質(zhì)不良，則宜采用雙排井點(diǎn)。當(dāng)基坑面積較大時，宜采用環(huán)形井點(diǎn)。為便于挖土機(jī)械和運(yùn)土車輛出入基坑，環(huán)形井點(diǎn)也可以地下水的下游保留一段不設(shè)井管，而形成不封閉的布置。井管與坑壁距離不宜小于1m，以防止坑壁產(chǎn)生泄漏而影響抽水系統(tǒng)的真空度。井管間距應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、降水深度，工程性質(zhì)按計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)確定，一般為0.8~1.6m?？拷恿魈幣c總管四角部位，井管應(yīng)適當(dāng)加密。a）單排布置；b）雙排布置；c）環(huán)形布置；d）U形布置井點(diǎn)的平面布置⑵高程布置：高程布置即是井點(diǎn)系統(tǒng)的豎向布置，取決于基坑的開挖深度，地下水位高度、降水深度等條件。井管的埋設(shè)深度H（不包括濾管）可按下式計(jì)算；h>h1+△h+iL

⑶涌水量計(jì)算

目前一般是運(yùn)用以達(dá)西定律為基礎(chǔ)的裘布依水井理論求其近似值，其中水井的類別不同，反映在計(jì)算公式中的參數(shù)有所差別。水井根據(jù)地下有無壓力分為無壓井和承壓井。當(dāng)水井布置在具有潛水自由面的含水層中時（即地下水面為自由水面），稱為無壓井；

⑶涌水量計(jì)算

當(dāng)水井布置在承壓含水層中時（含水層中的地下水充滿在兩層不透水層間，含水層中的地下水面具有一定水壓），稱為承壓井。另外，根據(jù)井底是否達(dá)到不透水層，可將水井分為完整井和非完整井，達(dá)到者為完整井，否則為非完整井。在實(shí)際工程中，以無壓非完整井為多見。

1）無壓完整井的單井涌水量：在無壓完整井內(nèi)抽水時，水位變化如圖所示。當(dāng)抽水一定時間后，井周圍水面最后降落成漸趨穩(wěn)定的漏斗狀曲面，稱為降落漏斗。水井中心至漏斗外緣的水平距離稱為抽水影響半徑R。根據(jù)達(dá)西定律，無壓完整井涌水量Q2）無壓完整井的群井水量：實(shí)際井點(diǎn)系統(tǒng)是由許多單井組成的。各井點(diǎn)同時抽水時，由于各個單井相互距離都小于兩倍抽水影響半徑，因而各個單井水位降落漏斗彼此干擾，其涌水量比單獨(dú)抽水時要小，所以群井的總涌水量不等于各個單井涌水量之和。3）無壓完整井的環(huán)形井點(diǎn)涌水量：設(shè)環(huán)形布置的群井范圍內(nèi)任意點(diǎn)o距各井中心距離為x1=x2=……=xn=x0，即各單井布置在等半徑的圓周上，則可簡化為：式中s——群井中心水位降低值，s=H-y。實(shí)際工程中的基坑多為矩形，其井點(diǎn)也按矩形布置。為方便計(jì)算，常將矩形面積按等值圓計(jì)算并求出其假想半徑x0

4)無壓非完整井的環(huán)形井點(diǎn)涌水量；無壓非完整井的環(huán)形井點(diǎn)系統(tǒng)如圖所示。其涌水量的計(jì)算較為復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，仍可采用無壓完整井的環(huán)形井點(diǎn)涌水量計(jì)算公式，只是式中的H應(yīng)換成抽水影響深度H0（當(dāng)井底距不透水層的距離很大時，抽水時擾動顯然不能影響至下層），H0值系經(jīng)驗(yàn)值，可查表選用。當(dāng)算得的H0大于實(shí)際含水層厚度Ｈ時，則仍取Ｈ值。（2）井管數(shù)量與井距的確定。首先根據(jù)地下水在土中的滲透速度、濾管的構(gòu)造與尺寸，確定單根井管的最大出水量q（m3/d）：（3）抽水設(shè)備的選擇。

1）真空泵：干式（往復(fù)式）：排氣量大，在輕型井點(diǎn)降水中采用較多。型號有W4，W5，…，W7等，選擇時，除要求其所產(chǎn)生的真空度滿足規(guī)定外，還要根據(jù)計(jì)算中的井管數(shù)和總管長度來選擇相應(yīng)的型號。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，w4型可負(fù)擔(dān)60~70根井管，帶動總管長約80ｍ；Ｗ5帶動總管長約100ｍ，Ｗ6約為120ｍ。個別地區(qū)采用W7型時，總管長度可大于120m。真空泵的真空度，根據(jù)力學(xué)性能，最大可達(dá)99.8kPa。真空泵在抽水過程中所需的最低真空度hｋ，根據(jù)降水深度及各項(xiàng)水頭損失，可按下式計(jì)算:hk=10(H+Δh）（3）抽水設(shè)備的選擇。

1）真空泵：濕式（旋轉(zhuǎn)式）：重量輕、振動小、容許水分滲入等優(yōu)點(diǎn)，但排氣量小，宜在粉砂土和新性土中使用。４．輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝與使用輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝程序是，先排放總管，再埋設(shè)井點(diǎn)管，用彎聯(lián)管將井管與總管聯(lián)接，然后安裝抽水設(shè)備。井管的埋設(shè)一般用水沖法進(jìn)行，如圖所示，分為沖孔、埋管與封口三個施工過程。多層輕井（二）噴射井點(diǎn)當(dāng)開挖的基坑（槽）深度較大，且地下水位較高時，若布置一層輕型井點(diǎn)則不能滿足降水深度要求，如采用多層輕型井點(diǎn)布置，則在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上又不合理，因此，當(dāng)降水深度超過6ｍ，土層滲透系數(shù)為0.1~2.0ｍ／ｄ的弱水層時，可采用噴射井點(diǎn)，降水深度可達(dá)20ｍ。

噴射井點(diǎn)的平面布置：當(dāng)基坑寬度小于10m時，井點(diǎn)可做單排布置；當(dāng)大于10m時，可做雙排布置；當(dāng)基坑面積較大時，宜采用環(huán)形布置[見圖]，井點(diǎn)間距一般取2~3m。涌水量計(jì)算與井管的埋設(shè)，與一般輕型井點(diǎn)相同。（三）電滲井點(diǎn)在深基坑施工中，有時會遇到滲透系數(shù)小于0.1m/d的土質(zhì)，這類土含水量大，壓縮生高，穩(wěn)定性差。由于土粒間微小孔隙的毛細(xì)管作用，將水保持在孔隙內(nèi)，單靠用真空吸力的降水方法效果已不大，此時，常用采電滲井點(diǎn)降水。在飽和黏土中插入兩根電極，通入直流電時，黏土粒即能沿電力線向陽極移動，稱為電泳；而水分子則向陰極移動稱為電滲。電滲井點(diǎn)將一般輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)的井管作為陰極，并在其內(nèi)側(cè)相距約1.2m處增設(shè)對應(yīng)的垂直陽電極。陽極可用鋼筋或其他金屬材料插入，通電后土層中的水分子即能迅速滲至井管周圍，便于抽出排水（四）管井井點(diǎn)與深井井點(diǎn)

在土的滲透系數(shù)（20-200m/d），地下水含量的土層中降水，宜采用管井或深井井點(diǎn)。管井井點(diǎn)就是在基坑四周每隔10~50m鉆孔成井，然后放入鋼管或鋼筋混凝土管，其底部設(shè)置一段濾水管，每個