土木工程-輕型井點降水法施工工藝

輕型井點降水法施工工藝在基坑開挖深度較大，地下水位較高，而土質(zhì)較差（如粉砂、細(xì)砂等）的情況下，用集水坑降水法施工往往容易出現(xiàn)坑內(nèi)涌水、斜坡失穩(wěn)塌方、坑底上冒（即管涌）、流砂等現(xiàn)象。不但使基坑無法開挖，還會造成大量水土流失，影響鄰近建筑物的安全，為此一般采用人工井點降水。井點降水法就是在基坑開挖之前，在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管，挖方前或挖方過程中利用抽水設(shè)備，通過井點管不斷抽水，使地下水位逐漸降落至基坑底以下，形成較為穩(wěn)定的水位曲線。由于在基坑開挖過程中仍不斷抽水，這樣可使所挖土體始終保持干燥狀態(tài)，從根本上防止了地下水涌入坑內(nèi)，也防止了流砂的發(fā)生，既改善了工作環(huán)境，也利于提高工程質(zhì)量。若井點降水影響鄰近建筑物的沉降與安全，應(yīng)采取措施，用回灌法，旋噴加固土壤等法解決。各類井點降水參考適用范圍項次井點類別土層滲透系數(shù)/（m/d）降低水位深度/m1單層輕型井點0.1?503?62多層輕型井點0.1?506?123噴射井點0.1?28?204電滲井點<0.1根據(jù)選用的井點確定5管井井點20?2003?56深井井點10?250>15井點降水有兩類：一類為真空抽水，有輕型井點（單級或多極）、電滲井點和噴射井點；另一類為非真空抽水，有管井井點和深井泵等。施工時應(yīng)根據(jù)含水層分布及類別、滲透系數(shù)、降水深度、工程特點及設(shè)備條件等，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇適當(dāng)?shù)木c降水方法。各類井點降水方法的參考適用范圍可參照上表選擇。以輕型井點降水法采用較廣。輕型井點降水施工工藝：輕型井點法降水就是沿基坑的一側(cè)、二側(cè)或四周將多根較細(xì)的井點管埋入地下蓄水層內(nèi)，井點管的下端裝有濾管，井點管的上端通過彎管與總管連接形成管路系統(tǒng)，利用裝在管路系統(tǒng)上的抽水設(shè)備將地下水通過井點管不斷抽出，這樣便可將原有地下水位降至坑底以下需要的高度。1、 井點管，直徑與濾管相同，長度5?7m。2、 濾管，直徑幗8??50mm，長度1.0?1.5m。3、 總管：直徑?100??127mm。4、 彎聯(lián)管，一般為透明塑料管或橡皮管。5、 抽水設(shè)備，包括真空泵、離心水泵和水氣分離器等組成。一、輕型井點降水設(shè)備：輕型井點降水設(shè)備由管路系統(tǒng)與抽水設(shè)備兩大部分組成。甲、管路系統(tǒng)：包括濾管、井點管、彎聯(lián)管及總管等。1、濾管：濾管是進水滲透管，其構(gòu)造是否合理對抽水效果影響很大。濾管的直徑多為38?50mm，長度為1.0?1.5m，管壁呈梅花形，鉆有直徑為13?19mm的圓孔，管壁外包兩層濾網(wǎng)，內(nèi)層為細(xì)濾網(wǎng)，采用網(wǎng)眼30-50孔/cm黃銅絲布或尼龍絲布；外層為粗濾網(wǎng)，采用網(wǎng)眼5^10孔/cm的鐵絲布、尼龍絲布或棕皮。為避免濾孔淤塞影響流水暢通，濾網(wǎng)與管壁之間用小塑料管或梯形鐵絲繞成螺旋狀隔開。濾網(wǎng)外面再圍一層8號粗鐵絲保護網(wǎng)。濾管下端為一錐形的鑄鐵頭子，上端與井點管連接。2、 井點管與彎聯(lián)管：井點管的直徑與濾管相同，其長度為5?7m,可整根或分節(jié)組成。井點管的上端用聯(lián)管與總管相連。彎聯(lián)管可用透明塑料管、膠皮管或鋼管，上均裝有閥門，用于檢修井點。3、 總管：總管一般用直徑為100?127mm的鋼管。每節(jié)長度為4m，其上每隔0.8m或1.2m設(shè)一個與井點管連接的短接頭。乙、抽水設(shè)備及工作原理：抽水設(shè)備由真空泵、離心泵和水氣分離器等組成。其工作原理如下圖所示。輕型井點降水是利用真空原理提升地下水。抽水時首先開動真空泵，由于真空泵不斷抽吸，將集水箱內(nèi)部抽成一定程度的真空，井點管內(nèi)也產(chǎn)生真空（負(fù)壓），地下水在大氣壓力的作用下從土壤孔隙內(nèi)向壓力較低的孔隙內(nèi)流動，經(jīng)過濾管，一直流到壓力很低的井點管，經(jīng)彎管和閥門進入集水總管，通過過濾箱，分離出水中泥砂，再被提升到集水箱中進行氣水分離，地下水由水泵抽走，空氣集中在上部由真空泵排出。如水過多來不及排出時，集水箱內(nèi)的浮筒靠水的浮力托舉向上，將通過真空泵的通道關(guān)閉，防止水進入真空泵。為對真空泵進行冷卻，要另設(shè)一個冷卻水循環(huán)系統(tǒng)對真空泵進行冷卻。集水箱與總管連接的管口應(yīng)高于其底部0.3?0.5m，使集水箱內(nèi)保持一定水位，不致被水泵抽空，并使真空泵停止工作時集水箱中的水不致倒流回基坑內(nèi)。二、輕型井點系統(tǒng)布置：根據(jù)基坑平面形狀及尺寸，基坑挖深，土質(zhì)情況，地下水位高低與流向，降水深度等而確定。甲、平面布置：有單排線狀井點、雙排線狀井點或環(huán)形井點，如下圖所示。當(dāng)基坑或溝槽寬度小于8m，且降水深度不超過5m時，可用單排線狀井點，且應(yīng)布置在地下水流的上游一側(cè)，其兩端的延伸長度以不小于溝槽寬為宜（圖（a））。寬度大于6m或土質(zhì)不良時，宜采用雙排線狀井點（圖（b））。當(dāng)基坑面積較大時，可采用環(huán)形井點（圖（c）），其總管也應(yīng)在泵的對面斷開。有時為了有利于挖運土機械車輛出入，可留出一段不封閉。對設(shè)有多套抽水設(shè)備的環(huán)形井點，井點系統(tǒng)應(yīng)分段，并裝設(shè)分段閥門，以免管內(nèi)水流紊亂。無論采用何種平面布置形式，井點管距基坑壁的距離不應(yīng)小于0.7?1m，以防局部漏氣。井點管間距應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、降水深度、工程性質(zhì)等經(jīng)計算或經(jīng)驗確定，一般采用0.8?1.6m?？拷恿魈幣c總管四角處，井點管應(yīng)適當(dāng)加密。乙、高程布置：輕型井點降水深度，在管壁處一般不宜超過6m為宜。井點管埋置深度H（不包括濾管）可按下式計算：HH1+h+IL（m）式中，H1——井點管埋設(shè)面至坑底面的距離（m）。h——基坑底面至降水后的地下水位線的距離，一般取0.5?1.0m。I——水力坡度，根據(jù)實測：環(huán)形井點為1/10，單排線狀井點為1/4。L——井點管至基坑中心的水平距離。輕型井點每一級的降水深度宜不超過6m。根據(jù)上式求出的H值如大于6m時，則適當(dāng)降低井點管和抽水設(shè)備的埋置面，如仍達不到降水深度的要求，可采用二級井點或多級井點。此外在確定井點管埋置深度時，井點管應(yīng)露出地面0.2?0.3m。但濾管必須埋在含水層內(nèi)。丙、輕型井點設(shè)計與計算：輕型井點設(shè)計計算包括：涌水量計算，井點管數(shù)量及井點管間距的確定，以及抽水設(shè)備的選用等。目前用于輕型井點降水計算的公式由于受水文地質(zhì)和井點設(shè)備等許多因素的影響，算出的數(shù)值只是近似值。1、涌水量計算：井點系統(tǒng)涌水量是以水井理論為依據(jù)的。其井類分為四種：完整井與非完整井；有壓力井與無壓井。如水井的井底達到不透水層時為完整井，井底達不到不透水層的為非完整井。根據(jù)地下水有無壓力又分為承壓井和無壓井。如水井井底布置在兩層不透水層之間的含水層內(nèi)，地下水受到一定的壓力稱為承壓井；水井布置在無壓力的潛水層內(nèi)稱為無壓井。井類不同，其涌水計算方法不同，其中以無壓完整井的理論較為完善，無壓完整井又分為單井與群井，也稱環(huán)狀井點系統(tǒng)。無壓完整井（單井）抽水前，水是靜止的水力坡度為零。開始抽水時，井內(nèi)水位下降，當(dāng)抽到一定時間后，井周圍的水面降落逐漸穩(wěn)定形成一漏斗狀曲面，稱之為降落漏斗。水井抽至漏斗曲線最外緣至水位不變處的水平距離稱為抽水影響半徑R（如下圖）。H2-h2 （2H-s）Q=1.366K=1.366K（m3/d）R IgR-lgrlg——r式中，H——含水層厚度（m）；h 井內(nèi)水深（m）；R 抽水影響半徑（m）；r 水井半徑（m）；s——井中水位降落深度（m）。對環(huán)狀井點系統(tǒng)是由許多單井組成，各井點同時抽水時，由于各個單井相互距離都小于抽水影響半徑，其水位降落漏斗相互干擾，涌水量計算復(fù)雜?？砂循h(huán)狀井點系統(tǒng)看成一個假想半徑為扁的大圓形井簡化計算。公式為：（2H-s）sQ=1.366K（m3/d）】gR-lg扁式中，扁一一環(huán)形井點的假想半徑（m）。在應(yīng)用上面公式計算時，應(yīng)先確定扁，R，K。當(dāng)矩形基坑的長度比不大于5時，環(huán)形井點可視為一圓形井，其假半徑扁可按下式計算：兀式中，F(xiàn)——基坑環(huán)形井點管所包圍的面積（血）。抽水影響半徑R,與土的滲透系數(shù)、含水層厚度、水位降低值及抽水時間等因素有關(guān)，一般由現(xiàn)場抽水試驗確定。當(dāng)水位降落漏斗穩(wěn)定后，亦可按下式計算：R=1.95S、/HK~K——滲透系數(shù)（m/d）。滲透系數(shù)K值確定是否準(zhǔn)確，對抽水方案與計算結(jié)果影響很大，可通過現(xiàn)場抽水測定和實驗室滲透試驗。對重大工程，宜采用現(xiàn)場抽水試驗，以獲得較為準(zhǔn)確的滲透系數(shù)值。由于目前用于輕型井點降水的計算公式都是近似的，使用時要注意其適用條件，即要求矩形基坑的長度比小于5,且基坑開挖寬度小于2倍的抽水影響半徑。若不符合此條件，則需把基坑進行分塊使其符合適用條件。然后分塊計算涌水量，最后相加即為總涌水量。在實際工程中常常會遇到無壓非完整井的井點系數(shù)。如下圖所示：為簡化計算，一般仍用于無壓完整井群井井點涌水量公式計算，但式中H換成為有效帶深度H0。H0值為經(jīng)驗數(shù)值，可查下表確定。當(dāng)算得H大于實際含水層厚度H時，則仍取H值。0 （2H0-S）SQ=1.366K一 (m3/d)IgR-lg扁Ho值S/(S’+L)0.20.30.50.8H1.3(s’+l)1.5(s’+l)1.7(s’+l)1.85(s’+l)2、確定井點管數(shù)量與間距：井點管根數(shù)n根據(jù)井點系統(tǒng)涌水量Q和單根井點管最大出水量q，按下式計算：QQ=1.1 （根）q式中，1.1——備用系數(shù)，考慮井點管堵塞等因素；q——單管井點管最大出水量（m3/d）。按下式求得：q=65兀dlQ/K（m3/d）式中，d 濾管直徑（m）；l——濾管長度（m）；K——滲透系數(shù)（m/d）。井點管間距按下式求得：lD= （m）n式中，D——井點管間距（m）；l 總管長度（m）；n 井點管根數(shù)。井點管D值求出后還要根據(jù)實際情況進行調(diào)整：井距不能過小，以免管井太密彼此干擾，造成出水量減少，要求井距大于5兀d。同時應(yīng)符合總管接頭的間距（0.8,1.2,1.6m）。3、確定抽水設(shè)備：常用抽水設(shè)備有離心泵、真空泵等，一般可按涌水量、滲透系數(shù)、井點管數(shù)量與間距來確定。有關(guān)設(shè)備技術(shù)性能可在有關(guān)手冊中查得。4、輕型井點施工：主要包括準(zhǔn)備工作、井點系統(tǒng)的安裝、使用及拆除等幾個階段。準(zhǔn)備工作包括井點設(shè)備、施工機具、水源、動力及必要材料的檢查準(zhǔn)備等。并做好水位觀測孔位置的設(shè)置選擇。井點系統(tǒng)的安裝順序為：放線、挖井點溝槽、埋設(shè)總管、沖孔、下井點管、填砂濾層、聯(lián)接井點管與總管、安裝抽水設(shè)備。井點管的埋設(shè)一般用水沖法沖孔。利用起重設(shè)備將沖管吊起并插在井點的位置，利用高壓水將土沖松，沖管邊沖邊沉。直至沖孔深度比濾管深度低0.5m左右時為止，關(guān)閉水槍后拔出沖管。沖孔成后，立即拔出沖管插入井點管，并在井點管與孔壁之間迅速填灌砂濾層，以防孔壁塌土。砂濾料的填灌質(zhì)量是保證井點管施工質(zhì)量的關(guān)鍵。濾砂要干凈粗砂，濾層厚度均勻一致，然后用至少1.0m厚的粘土封頂，以防漏氣。井點管系統(tǒng)全部安裝完畢后，應(yīng)立即進行抽水試驗，以檢查有無漏水、漏氣現(xiàn)象。輕型井點使用時，一般應(yīng)連續(xù)抽水，不要停機，以防濾網(wǎng)堵塞。中途停抽，會造成地下水回升，引起土方邊坡坍塌等事故。采用井點降水時，應(yīng)對附近建筑物進行沉降觀測。三、輕型井點降水系統(tǒng)設(shè)計與計算示例：某建筑地下室平面如圖所示?；A(chǔ)底面標(biāo)高為4.50m，電梯井部分標(biāo)高為-5.30m。自然地面標(biāo)高為-0.40m。地質(zhì)勘測資料提供：標(biāo)高-1.40m以上，土層為亞粘土，以下土層為粉砂土。地下靜水位-1.80m，土的滲透系數(shù)K=5m/d。為施工操作需要，坑底開挖平面尺寸比設(shè)計平面尺寸每邊加寬0.5m。基坑邊坡采用1:0.5。1、 方案布置：根據(jù)提供資料，決定采用輕型井點降水環(huán)形布置，并在凹字形中間插入一排井點，布置見圖。井點管直徑選用50mm，距坑壁取1.0m處布置。埋置深度決定：從地面(-0.40m)到濾管頂部根據(jù)公式計算，至少埋深為(4.5-0.4)+0.5+17.4X0.1=6.34(m)?？紤]井點管每級降水深度及井點管標(biāo)準(zhǔn)長度以6m為宜，因此可將土層先推掉0.6m厚，然后將總管埋于地面以下0.6m處。井點管所需長度為：6.34-0.6+0.20(井點管露出地面高度)=5.94m<6.0m，滿足要求。電梯井部分的基坑局部加深0.8m，可采用7m長的井點管。濾管長均為1.0m。井點管的間距，考慮到粉砂土的滲透系數(shù)不大，初步選用1.6m。總管的直徑選用127mm，長度根據(jù)平面布置圖計算得：2(67.6+2X1.0)+2(46.4+2X1.0)+(46.4-11.0-2X1.8)+(14.0-2X1.8-2X1.0)=276.2(m)抽水設(shè)備根據(jù)總管長度選三套，其布置范圍如圖所示。2、 設(shè)計計算：、涌水量計算：按無壓非完整井計算。并考慮中間插有一排井點管，分為兩塊計算。飛水層有效高度H0按表求得：二0.54S’+l 4.94+1.0Ho=1.7(4.94+1.00)=10.0(m)基坑中心降水深度：S=4.5-1.8+0.5=3.2(m)抽水影響半徑為：R=1.95X3.2"10X5=44.1(m)假想半徑，由于基坑長寬比小于5,故/34.8X48.4于" =23(m)02 3.1416涌水量為：(2X10-3.2)X3.2Q=1.366X5X =1299(m3/d)lg44.1-lg23整個基坑總滲水量按總管周長比例計算為：276.2Q坑=1299X =2156(m3/d)2(34.8+48.4)、井點管數(shù)量與間距計算：單根井點管出水量按公式求出：q=65X3.1416X0.