人工降低地下水位.ppt

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1、任务三：人工降低地下水位,回顾上次课的重点和难点：1、土壁支护2、基坑支护结构3、土钉支护4、深基坑工程土方开挖,人工降低地下水位的方法有两种：,一、集水坑降水法二、井点降水法三、轻型井点降水四、降水与排水工程验收,前进,一、集水坑降水法,集水坑降水法是在基坑开挖过程中，在坑底设置集水坑，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽水（图137）,抽出的水应及时引开，防止倒流。,1.集水坑设置,集水坑应设置在基础范围以外，地下水流的上游。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，应每隔2040m设置一个集水坑。集水坑的直径或宽度一般为0.60.8m，深度随着挖土的加深而加深，

2、要保持低于挖土面0.71.0m，井壁可用竹、木等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底应保持低于坑底12m，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时间较长时将泥砂抽出，同时防止井底的土被搅动。,采用集水坑降水时，应根据现场土质条件保持开挖边坡的稳定。边坡坡面上如有局部渗出地下水时，应在渗水处设置过滤层，防止土粒流失，并设置排水沟，将水引出坡面。,2.水泵选用,建筑工程中用于排水的水泵主要有离心泵、潜水泵和软轴水泵等。,（1）离心泵,如图138所示。水泵主要性能指标包括流量、总扬程、吸水扬程和功率等。,表17 常用离心泵性能,注：2B19表示进水口直径为2英寸，总扬程为19m（最佳工作时）的单级离心泵。B型

3、是BA的改进型，性能基本相同。,（2）潜水泵,潜水泵由立式水泵和电动机组合而成，水泵装在电动机上端，叶轮可制成离心式或螺旋桨式，电动机设有密封装置。潜水泵工作时是全浸入水中。使用潜水泵时，为了防止电机烧坏，不得脱水运转或陷入泥中；也不得排灌含泥量较高的水或泥浆水，以免泵叶轮被杂物堵塞。,集水坑降水法由于设备简单和排水方便，采用较为普遍，宜用于粗粒土层（因为土粒不致被水流带走）和渗水量小的粘性土。当土为细砂和粉砂时，地下水渗出会带走细粒，发生流砂现象，导致边坡坍塌、坑底凸起、给施工造成困难，此时应采用井点降水法。,3.流砂及其防治,当基坑挖到地下水位以下，又采用坑内抽水时，有时坑底下面的土会形成

4、流动状态，随地下水一起涌进基坑内，这种现象称为流砂。,根据水在土中渗流的分析和实践经验可知，流砂的产生与动水压力的大小和方向有关，因此在基坑开挖过程中，防治流砂的途径有三种：一是减小或平衡动水压力；二是设法使动水压力方向向下；三是截断地下水流。,防治流砂有如下具体措施：,（1）枯水期施工（2）抛大石块法（3）打钢板桩法（4）水下挖土法（5）人工降低地下水位法（6）地下连续墙,返回,二、井点降水,井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降到坑底以下；在基坑开挖过程中仍不断抽水，使所挖的土始终保持干燥状态，从根本上防止流砂发生。,井点降

5、水法有轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点及电渗井点等，可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件综合选用。各井点降水法的适用范围见表18。,表1-8 各种井点的适用范围,三、轻型井点降水,轻型井点法就是沿基坑的四周将许多直径较细的井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，可将原有地下水位降至坑底以下，如图139所示。,轻型井点降水 1.轻型井点的设备组成 2.轻型井点布置 3.轻型井点计算,返回,轻型井点降水,轻型井点降水,1.轻型井点的设备组成,轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管

6、等。,滤管,滤管是井点设备的一个重要部分。滤管的直径宜为3850 mm，长度为1.01.5m，管壁上钻有直径为1319 mm的按梅花状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的2025%。滤管外包两层滤网（图143），内层细滤网一采用每厘米3040眼的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用每厘米510眼的塑料纱布。,为使水流畅通，避免滤孔淤塞影响水流进入滤管，在管壁与滤网间用小塑料管（或铁丝）绕成螺旋形将二者隔开。滤网的外面用带孔的薄铁管或粗铁丝网保护。滤管的上端与井点管连接，下端为一铸铁头。,井点管宜采用直径为3850 mm的钢管，其长度为57m，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。,井点管

7、,弯联管宜用透明塑料管（能随时看到井点管的工作情况）或橡胶软管。,弯联管,总管宜采用直径为100127 mm的钢管，每节长度为4m，其上每隔0.8m或1.2m设计有下个与井点管连接的短接头。,总管,返回,2.轻型井点布置,轻型井点布置根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等确定。井点布置得是否恰当，对井点使用效果影响较大。,单排布置 当基坑或沟槽宽度小于6m且降水深度不超过5m时，一般可采用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，其两端的延伸长度一般以不小于坑（槽）宽为宜（下图）。,（1）平面布置,双排布置 如基坑宽度大于6m或土质不良，则宜采用双排井点。当基坑面积较大时，

8、宜采用环形井点（见下图）；有时为了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封闭。井点管距离基坑壁一般不宜小于0.71.0m，以防局部发生漏气。井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等按计算或经验确定，一般采用0.81.6m，靠近河流处与总管四角部位，井点应适当加密。,（2）高程布置,轻型井点的降水深度，一般以不超过6m为宜。井点管的埋置深度H（不包括滤管）可按下式计算：式中：H1总管平台面至基坑底面的距离，m；h基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.51.0m；i水力坡度，根据实测：环形井点为1/10，单排线状井点为1/4；L井点管至基坑中心的水平 距离，m。,根据上式算出的H值

9、+井点外露长度，如大于降水深度6m，则应降低总管平台面标高以适应降水深度要求。当一层轻型井点达不到降水深度要求时，可根据土质情况，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后将总管安装在原有地下水位线以下，以增加降水深度；或采用二层轻型井点，即挖去第一层井点所疏干的土，然后再在底部装设第二层井点。,返回,3.轻型井点计算,（1）井点系统涌水量计算（2）确定井点管数量与井距（3）抽水设备的选择（4）井点管的埋设与使用（5）实例,返回,（1）井点系统涌水量计算,井点系统所需井点的数量，是根据其涌水量来确定的；而井点系统的涌水量，则是按水井理论进行计算。,水井分类,根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压

10、井。当水井布置有具有潜水自由面的含水层中时，称为无压井；布置在承压含水层中时，称为承压井。当水井底部达到不透水层时称完整井；否则，称为非完整井。水井的类型不同，其涌水量计算的方法亦不相同（见图135、图136）。,a)无压完整井 b)无压非完整井图1-35 水井种类,c)承压完整井 b)承压非完整井图1-35 水井种类,无压完整井的环状井点系统涌水量计算,式中:Q井点系统的涌水量（m3/d）；土壤的渗透系数（m/d）最好通过现场扬水试验确定，也可查表；H含水层厚度（m）；R抽水影响半径（m）；S不利点的水位降落值（m）；X0环状井点系统的假想圆半径(m),F环状井点系统所包围的面积。,在实际工

11、程中往往会遇到无压不完整井的井点系统，这时地下水不仅从井的侧面流入，还从井底渗入，因此涌水量要比完整井大。为了简化计算，仍可采用上式，仅将式中H换成有效深度H0；H0可查下表1-10，当算得的H0大于实际含水层的厚度H时，则仍取H值。,无压完非整井的环状井点系统涌水量计算,表1-10 有效带的深度H0值,注：1.S为井点管中水位降落值；为滤管长度；2.当计算的S/(S+)处于两档之间时，可采用插值法计算。,返回,（2）井点管数量与井距的确定,确定井管数量先要确定单根井管的出水量。单根井管的最大出水量为式中：q单根井管的最大出水量（m3/d）；d滤管直径（m）；L滤管长度（m）；渗透系数（m/d

12、）。,井点最少数量由下式确定：井点管最大间距为：式中：L1总管长度（m）；1.1考虑井点堵塞等因素的井点管备用系数。,求出的管距应大于1.5d，小于2m，并应与总管接头的间距（0.8m或1.2m）相吻合（并由此反求n）。,返回,（3）抽水设备的选择,常用的真空泵有干式（往复式）真空泵和湿式（旋转式）真空泵两种。干式真空泵由于其排气量大，所以在轻型井点中采用较多，但要采取措施，以防水分渗入真空泵。湿式真空泵具有重量轻、振动小、容许水分渗入等优点，但排气量小，宜在粉砂和粘性土中使用。,抽水设备一般都已固定型号，如真空泵有W5、W6型。真空泵在抽水过程中所需的最低真空度hk，可由降水深度及各项水头损

13、失计算得到。hk=10（h+h）（KPa）式中:h降水深度（m），近似取集水总管至滤管的深度；h水头损失值（m），包括进人滤管的水头损失、管路阻力及漏气损失等，近似取11.5m。,水泵一般也配套固定型号，但使用时还应验算一下水泵的流量是否大于井点系统的涌水量（应增大1020），即水泵流量Q11.1Q。水泵的扬程是否能克服集水箱中的真空吸力，以免抽不出水。,返回,（4）井点管的埋设与使用,轻型井点的安装程序是按照设计计算的布置方案，先排放总管，在总管旁靠近基坑一侧开挖排水沟，再埋设井点管，然后用弯联管把井点总管联接，最后安装抽水设备。井水管的埋设可以利用冲水管冲孔，或钻孔后再将井点管沉放；也可以

14、带套管的水冲法及振动水冲法下沉。,井点管的埋设,井点管的埋设,排水沟设置,井点降水,井点降水排水,井点降水,轻型井点安装完毕后，需进行试抽，以便检查抽水设备运转是否正常，管路有无漏气。轻型井点使用时，一般应连续抽水，（特别是开始阶段）。抽水过程中，应调节离心泵的出水量，使抽吸排水保持均匀，达到细水长流。正常的出水规律是“先大后小，先混后清”。真空度是判断井点系统工作情况是否良好的尺度，必须经常观察检查。,在抽水过程中，还应检查有无堵塞“死井”（工作正常的井管，用手触摸时，应有冬暖夏凉的感觉，或从弯联管上的透明阀门）观察，如死井太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水冲洗或拔出重埋。为观察地下水

15、位的变化，可在影响半径内设观察孔。,返回,【实例】,某工程设备基础施工基坑底宽10m，长15m，深4.1m，边坡坡度为10.5（见图137）。经地质钻探查明，在靠近天然地面处有厚0.5m的粘土层，此土层下面为厚7.4m的极细砂层，再下面又是不透水的粘土层，现决定用一套轻型井点设备进行人工降低地下水位，然后开挖土方，试对该井点系统进行设计。,18700,基坑平面图,1.500,解：,1.井点系统布置（1）计算基坑尺寸 该基坑底尺寸为10m15m，边坡为1：0.5，表层为0.5m厚粘土，所以为使总管接近地下水位，可先挖出0.4m，在+5.2m处布置井点系统，则布置井点系统处（上口）的基坑尺寸为13

16、.7m18.7m；考虑井管距基坑边1m，则井点管所围成的平面面积为15.7m20.7m，故按环形井点布置。（注：当长短边之比小于5时，一般按照环形井点布置）,5.600,5.200,5.100,-2.300,5.000,7.4m,1.500,粘土层,极细纱层,粘土层,基坑剖面图,（2）计算井点管深度H 则令井点管6m长，且外露于埋设面0.2m。实际埋深（6.0 0.2）m5.8m故采用一级井点系统即可。基坑中心降水深度：,再令滤管长度为1.2m，则滤管底口标高为-1.80m，距不透水的粘土层（2.30m处）0.5m，故此井点系统为无压非完整井。,5.600,5.200,5.100,-2.300

17、,5.000,7.4m,7.0m,-1.800,1.500,粘土层,极细纱层,粘土层,计算H0井点管中水位降落值：S=5.8m-（5.20-5.0）m=5.6m，l=1.2m 所以：S/（Sl）=5.6/（5.61.2）=0.82 则 H0=1.85（Sl）=1.85（5.61.2）m=12.58m 而含水层厚度H=5.0m-（-2.3）m=7.3m H0 故取H0=H=7.3m（无压非完整井按完整井计算）。,计算R R=1.95S（HK）1/2=1.954.0（7.330）1/2m=115m15.7m/2 并且，井点管所围成的矩形长宽比 20.7/15.75，所以不必分块布置。,2涌水量计算

18、,按扬水试验测得该细砂层的渗透系数=30m/d x0=（15.720.7/）1/2m=10.17m Q=1.36630（27.3 4）4/（lg115-lg10.17）m3/d=1592 m3/d,3计算井点管数量和间距,取井点管直径为38mm，则单根出水量：q=650.0381.2301/3m3/d=28.9m3/d所以井点管的计算数量：n=111592/28.9根61根则井点管的平均间距：D=（15.720.7）261m=1.19m取D=1.2m故实际布置：边20.71.2119根（实长21.6m）；短边15.7/1.213根（实长15.6m）。,4抽水设备选用,抽水设各所带动的总管长度为74.4m，所以选一台M5型干式真空泵（或井点管总数为64根，选一台QJD-90型射流泵），所需最低真空度为 hk10（61.2）kPa72kPa水泵所需流量 Q11.1Q1.11592m3dl751m3/d水泵的吸水扬程 Hs6.0m+1.2m7.2m根据Q1、Hs可查表（如建筑施工手册中）确定离心泵型号。,四、降水与排水工程验收,降水与排水检验批质量验收,小结:一、集水坑降水法二、井点降水法三、轻型井点降水四、降水与排水工程验收 作业：P51，1-3,