教案4~5-1.3人工降低地下水位

1.3人工降低地下水位

上節(jié)課主要內(nèi)容一、土方工程特點二、土的工程性質天然密度ρ、干密度ρd含水量：水的質量與固體顆粒質量之比土的最初和最終可松性系數(shù)三、土的工程分類

一類→八類堅硬程度三、土方施工常用機械及施工方案本節(jié)課主要內(nèi)容一、集水坑降水法二、流砂及其防治三、井點降水法

輕型井點

噴射井點

管井井點

井點降水對鄰近建筑物的影響和預防措施任務三人工降低地下水位

土方開挖的過程中，當基坑的底面標高低于地下水位時，由于土的含水層被切斷，地下水會不斷滲入坑內(nèi)。雨季施工時，地面水也會流入坑內(nèi)。若不及時降水、排水，就會造成邊坡塌方，地基承載能力下降。所以必須采取措施做好降水和排水工作，降低坑內(nèi)的水位。

降低地下水位的方法有：集水坑降水法，井點降水法。一、集水坑降水法

集水坑降水法是在基坑開挖過程中，在坑底設置集水坑，并在坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水流入集水坑，然后利用水泵抽水。1：集水坑的設置2：水泵的選用任務三人工降低地下水位集水坑降水設備簡單、應用普遍

在基坑開挖過程中在基坑底基礎范圍以外地下水流的上游設置若干個集水坑，并在基坑底四周或中央開挖排水溝，使水在重力作用下經(jīng)排水溝流入集水坑內(nèi)，然后用水泵抽走。一、集水坑降水法

1.1集水坑的構造要求1、排水溝設置在基礎以外；2、排水溝@20～40m設置一道；3、排水溝寬度0.6～0.8m；4、溝底低于挖土面0.7～1m；5、井底低于基坑地面1～2m；6、井底必須鋪設碎石濾水層；7、明溝、暗溝、單磚側壁、混凝土蓋板。91.2離心泵（1）離心泵抽水能力大，適用于地下水量較大的基坑，又分為清水泵、混水泵。葉輪旋轉產(chǎn)生離心力，將輪心處的水甩往輪邊，再沿出水管壓到高處；葉輪的中心形成部分真空；在大氣壓作用下，地下水不斷地從吸水管內(nèi)自動上升，進入水泵。1.2離心泵雙吸式離心泵

1.2離心泵具有兩個或兩個以上葉輪的離心泵稱為多級離心泵。級數(shù)越多壓力越高。圖所示為一臺分段式離心水泵，這種泵的葉輪一般為單吸式。（2）潛水泵潛水泵工作時要全部浸入水中；泵小、輕、移動方便、安裝簡單，開泵時不需引水，在基坑排水中采用較廣。集水坑設置：間距：20-40m

直徑或寬度：一般為0.6m-0.8m

深度：隨著挖土深度逐漸加深，應經(jīng)常低于挖土面0.7m-1.0m

坑底構造：鋪設碎石濾水層，以免抽水時將砂土抽出

集水坑底與排水溝底高差必須大于0.5m集水坑適用范圍：

適用于水流較大的粗粒土層的降水，也可用于滲水量較小的粘性土層降水

不適宜于細砂土和粉砂土層一、集水坑降水法

2.1流砂現(xiàn)象及其危害

1)流砂現(xiàn)象：當開挖深度大、地下水位較高而土質為細砂或粉砂時，如果采用集水井法降水開挖，當挖至地下水位以下時，坑底下面的土會形成流動狀態(tài)，隨地下水涌入基坑，這種現(xiàn)象稱為流砂。

2)流砂現(xiàn)象的危害：土失去承載力，引起塌方，土邊挖邊冒，難以施工。二、流砂及其防治

2.2產(chǎn)生流砂的原因原因：內(nèi)因和外因

1）內(nèi)因：取決于土的性質，當土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、滲透系數(shù)小、排水性能差等均產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。流砂現(xiàn)象極易發(fā)生在細砂、粉砂和亞粘土中。二、流砂及其防治

二、流砂及其防治2)外因：動水壓力動水壓力是流砂發(fā)生的重要條件。流動中的地下水對土顆粒產(chǎn)生的壓力稱為動水壓力，其性質通過圖1—8所示的試驗說明。由上式可知，動水壓GD與水力坡度I成正比，水位差越大，動水壓力越大，而滲透路程越長，動水壓力越小。二、流砂及其防治2)外因：動水壓力產(chǎn)生流砂現(xiàn)象主要是由于地下水的水力坡度大，即動水壓力大，而且動水壓力的方向(與水流方向一致)與土的重力方向相反，土不僅受水的浮力，而且受動水壓力的作用，有向上舉的趨勢，當動水壓力等于或大于土的浸水密度時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，并隨地下水一起流入基坑，即發(fā)生流砂現(xiàn)象。

二、流砂及其防治３)內(nèi)因：取決于土壤性質，土的孔隙度大，含水量大，粘粒含量少，粉粒多，滲透系數(shù)小，排水性能差，等均容易造成流沙。二、流砂及其防治2.3流砂的防治防治流砂的總原則是“治砂必治水”流砂防治的主要途徑是減小或平衡動水壓力、截住地下水流、改變動水壓力方向。具體措施為：1）搶挖法拋擲大石塊，增加土的壓重，以平衡動水壓力；2）水下挖土法：水中挖土時，不抽水或減少抽水，保持坑內(nèi)水壓與地下水壓基本平衡；二、流砂及其防治2.3流砂的防治3）打鋼板樁或作地下連續(xù)墻法4）在枯水季節(jié)開挖：如條件許可，盡量安排枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底0.5m；5）井點降水法6）盡量安排在枯水期施工基坑；

在基坑開挖和地下結構施工中，必須防止流沙，以免支護失效發(fā)生重大基坑坍塌事故二、流砂及其防治粉細沙隨地下水流入基坑，產(chǎn)生流沙任務三人工降低地下水位

坑底下面的土會形成流動狀態(tài)，隨地下水涌入基坑，這種現(xiàn)象稱為流砂。

土體中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙孔道中發(fā)生移動并被帶走，逐漸形成管形通道，這種即為管涌。三、井點降水1：將點降水是在基坑開挖前。與先在基坑周圍埋設一定的濾水管，利用抽水設備從中抽水，使地下水位降到坑底以下，在基坑開挖過程中仍不斷抽水，施瓦的土始終保持干燥狀態(tài)，從根本上防洪治流砂發(fā)生。2：方法輕型井點噴射井點管井井點深井井點電滲井點三、井點降水排水：地面設排水溝降水：地面以下降水方法分類：重力降水（集水坑、明溝等）和強制降水（輕型井點、管井井點、深井井點、電滲井點等）。其中集水坑降水和輕型井點降水采用較普遍三、井點降水法

井點降水：基坑開挖前，在基坑四周預先埋設一定數(shù)量的濾水管(井)，在基坑開挖前和開挖過程中，利用抽水設備不斷抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基礎工程施工結束為止。分類：輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點及深井井點等

降水類型滲透系數(shù)(m/d)可能降低的水位深度(m)適用條件輕型井點多級輕型井點0.1-803-66-12沿基坑四周將多根井點管埋入蓄水層內(nèi)，并通過總管用水泵抽水噴射井點0.1-508-20沿基坑四周將多根井點管埋入蓄水層內(nèi)，井點管內(nèi)裝有特制的噴射器將水排出管井井點20-2003-5沿基坑四周埋設管井，每個管井單獨用水泵抽水各類井點適用范圍

降水類型滲透系數(shù)(m/d)可能降低的水位深度(m)適用條件深井井點10-80＞10沿基坑四周埋設管井，通過設置在井管內(nèi)的潛水泵將地下水抽走電滲井點<0.15-6沿基坑四周埋設井點管作為負極，以打入的鋼筋或鋼管為正極，用電線連接正負極，帶正電的水向負移移動而被排出各類井點適用范圍

3.1輕型井點

沿基坑周圍或一側以一定間距將井點管(下端為濾管)埋入蓄水層內(nèi)，井點管上部與總管連接，利用抽水設備將地下水經(jīng)濾管進入井管，經(jīng)總管不斷抽出，從而將地下水位降至坑底以下。3.1.1輕型井點降水系統(tǒng)構成在地下水豐富地區(qū)，當土的滲透系數(shù)為0.1-1m/d時，常采用輕型井點降水井點管彎連管總管3.1.1輕型井點降水系統(tǒng)構成滲透系數(shù)它定義為單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過孔隙骨架的難易程度。滲透系數(shù)愈大，巖石透水性愈強。強透水的粗砂礫石層滲透系數(shù)>10米/d；弱透水的亞砂土滲透系數(shù)為1-0.01米/d；透水的粘土滲透系數(shù)<0.001米/d。據(jù)此可見土壤滲透系數(shù)決定于土壤質地。真空泵

噴射混凝土坡面保護輕型井點降水3.1.1輕型井點降水系統(tǒng)構成輕型井點設備由管路系統(tǒng)和抽水設備組成。管路系統(tǒng)包括濾管、井點管、彎聯(lián)管及總管等。構造要求：井點管：直徑、長度濾管：直徑、長度、濾孔、保護層總管：直徑、長度濾管必須埋設在含水層中3.1.1輕型井點降水系統(tǒng)構成抽水設備真空泵設備、射流泵設備。干式真空泵抽水設備：真空泵、離心泵、水氣分離器三部分組成

濾管必須埋設在含水層中水分、空氣混合液水氣分離器空氣水真空泵離心泵3.1.2輕型井點的布置

當基坑或溝槽寬度小于6m，水位降低深度不超過5m時，可用單排線狀井點布置在地下水流的上游一側，兩端延伸長度一般不小于溝槽寬度。3.1.2輕型井點的布置如寬度大于6m或土質不良，滲透系數(shù)較大時，宜用雙排井點，面積較大的基坑宜用環(huán)狀井點。高程布置：井點降水深度一般不超過6m為宜井點管露出地面高度：約0.2-0.3m

濾管需埋在透水層中井點管的埋設深度H(不含濾管)：式中H1——井點管埋設面至基坑底的距離，mh——基坑中心處坑底面(單排井點時，為遠離井點一側坑底邊緣)至降低后地下水位的距離，一般為0.5～1.0mi——地下水降水水力梯度；環(huán)狀井點為1/10，單排線狀井點為1/4L——井點管至基坑中心的水平距離(單排井點中為井點管至基坑另一側的水平距離)，m當一級井點系統(tǒng)達不到降水深度時，可采用二級井點，即先挖去第一級井點所疏干的土，然后在基坑底部裝設第二級井點，使降水深度增加計算內(nèi)容：基坑涌水量、井點管數(shù)量、井點管間距及抽水設備的選用水井分類：無壓完整井、無壓非完整井、承壓完整井、承壓非完整井3.1.3輕型井點的計算R：抽水影響半徑由井軸至漏斗最外邊緣（水位不變處）的水平距離3.1.3輕型井點的計算輕型井點的計算涌水量計算

無壓完整井：

Q=1.366K(2H-S)S/(㏒R-㏒X0)(公式1-21）

無壓非完整井：

Q=1.366K(2H0-S)S/(㏒R-㏒x0)(公式1-22）3.1.3輕型井點的計算

3.1.3輕型井點的計算在確定井點管間距時，還應考慮以下幾點：1）井距不能過小，否則彼此干擾大，影響出水量，因此井距必須大于5πd。2）在總管拐彎處及靠近河流處，井點管宜適當加密。3）在滲透系數(shù)小的土中，考慮到抽水使水位降落的時間比較長，宜使井距縮小。4）間距應與總管上的接頭間距相配合。3.1.3輕型井點的計算輕型井點抽水設備選擇真空泵型號：W5，總管不大于100m；W6，總管不大于120m最低真空度：hk＝10（hA+△h)。真空泵的真空度最大可達100kPa水泵流量：基坑涌水量的1.1-1.2倍水泵揚程：﹥hA+△hhA根據(jù)降水深度要求的可吸真空度，近似取總管至濾管的深度，m△h水頭損失近似取1-1.5m3.1.3輕型井點的計算輕型井點的施工分為準備工作、井點系統(tǒng)埋設、使用和拆除。埋設井點管的順序：根據(jù)降水方案放線、挖管溝、布設總管、沖孔、下井點管、埋砂濾層、粘土封口、彎聯(lián)管連接井點管與總管、安裝抽水設備、試抽井點管的埋設一般用水沖法施工，分為沖孔和埋管兩個過程。

3.1.4輕型井點的安裝1）成孔方法：射水法、沖水管沖孔法；2）沖孔直徑一般為300mm，深度一般比濾管深0.5m；3）井孔沖成后，立即插入井點管，并在井點管與孔壁之間填灌砂濾層。一般用粗砂，濾層厚度60-100mm，高度至少達到濾管頂上1-1.5m，也可填到原地下水位線。

3.1.4輕型井點的安裝

輕型井點注意事項：1）輕型井點運行后，應保證連續(xù)不斷地抽水。按時觀測流量、真空度和井內(nèi)水位變化。2）井孔沖成后，立即拔出沖管，插入井點管，并在井點管和孔壁之間迅速填灌砂濾層，防止孔壁塌孔。砂濾層的填灌質量是保證輕型井點順利抽水的關鍵，一般選用干凈粗砂。3）井點填砂后，須用粘土封口，以防漏氣。4）地下基礎工程(或構筑物)竣工并進行回填土后，停機拆除井點排水設備。5）對附近原有建筑物進行沉降觀測，必要時應采取防護措施。

3.1.4輕型井點的安裝

3.1.5輕型井點的案例講解

3.1.5輕型井點的案例講解

計算注意事項：1）基坑底尺寸→基坑頂尺寸→總管長度；2）水位降低值S；3）井點管的埋設深度H（埋設面低于地面0.5m）→選擇井點管→判斷是完整井還是非完整井；4）根據(jù)第一層土質判定是無壓還是有壓;5）選擇計算公式，根據(jù)公式分別計算各參數(shù)（此時要按選擇的井點管長度進行計算S、S’）→總涌水量Q；6）計算單根井點管最大出水量q

→井點管數(shù)量、井距→抽水設備選擇

在井點管內(nèi)部裝設特制的噴射器，用高壓水泵或空氣壓縮機通過井點管中的內(nèi)管向噴射器輸入高壓水（噴水井點）或壓縮空氣（噴氣井點）形成水氣射流，將地下水經(jīng)井點外管與內(nèi)管之間的縫隙抽出排走

特點：設備較簡單，排水深度大，可達到8-20m，比多層輕型井點降水設備少，基坑土方開挖量少，施工快

適用范圍：基坑開挖較深，土的滲透系數(shù)0.1-50m/d，降水深度大于6m一般輕型井點不能滿足要求，而多級機具設備、開挖大，工期長，不經(jīng)濟

3.2噴射井點

圖1-35噴射井點設備及平面布置簡圖

(a)噴射井點設備簡圖；(b)噴射揚水器原理圖；(c)噴射井點平面布置

1－噴射井管；2－濾管；3－進水總管；4－排水總管；5一高壓水泵；6－集水池；7－水泵；8－內(nèi)管；9－外管；10－噴嘴；11混合室；12－擴散管；13－壓力表（c）（b）（a）噴射井點施工順序是：安裝水泵設備及泵的進出水管路；鋪設進水總管和回水總管；沉設井點管(包括灌填砂濾料)，接通進水總管后及時進行單根試抽、檢驗；全部井點管沉設完畢后，接通回水總管，全面試抽，檢查整個降水系統(tǒng)的運轉狀況及降水效果。3.2噴射井點

3.3電滲井點

深基坑施工中，滲透系數(shù)小于0.1m/d的土質，這類土含水量大、壓縮性高、穩(wěn)定性差。將水保持在空隙內(nèi)，真空吸力降水效果不好，采用電滲井點降水。3.3電滲井點

飽和粘土中插入兩根電極，通入直流電，黏土粒向陽極移動，即電泳。水分電子向陰極移動為電滲將一般輕型井點或噴射井點的井管作為陰極，并在其內(nèi)側相距約1.2m處增設對應的垂直陽電極。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。這種方法耗電多，只在特殊情況下使用。3.3電滲井點

3.3電滲井點

一般是先埋設輕型井點或噴射井點，預留出布置電滲井點陽極的位置，待需要時再埋設電滲陰極，改善降水性能。鋼筋埋設必須垂直，嚴禁與相鄰陰極相碰，以免造成短路，損壞設備。3.3管井井點

管井系統(tǒng)沿基坑每隔一定距離設置一個管狀井，每井單獨用一臺水泵抽水。特點：設備簡單，排水量大，可代替多組輕型井點降水。適用范圍：土的滲透系數(shù)較大（20-200m/d），地下水充沛。井內(nèi)水位降低可達6-1