人工降低地下水位課件

1、任務(wù)三：人工降低地下水位回顧上次課的重點(diǎn)和難點(diǎn)：1、土壁支護(hù)2、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)3、土釘支護(hù)4、深基坑工程土方開挖人工降低地下水位的方法有兩種：一、集水坑降水法二、井點(diǎn)降水法三、 輕型井點(diǎn)降水四、 降水與排水工程驗(yàn)收 前進(jìn)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(shè)置集水坑，并沿坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水流入集水坑中，然后用水泵抽水（圖137）,抽出的水應(yīng)及時(shí)引開，防止倒流。1. 集水坑設(shè)置 集水坑應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)范圍以外，地下水流的上游。根據(jù)地下水量大小、基坑平面形狀及水泵能力，應(yīng)每隔2040m設(shè)置一個(gè)集水坑。 集水坑的直徑或?qū)挾纫话銥?.60.8m，深度隨著挖土的加深而加深，要

2、保持低于挖土面0.71.0m，井壁可用竹、木等簡易加固。當(dāng)基坑挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，井底應(yīng)保持低于坑底12m，并鋪設(shè)碎石濾水層，以免在抽水時(shí)間較長時(shí)將泥砂抽出，同時(shí)防止井底的土被攪動。 采用集水坑降水時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)條件保持開挖邊坡的穩(wěn)定。邊坡坡面上如有局部滲出地下水時(shí)，應(yīng)在滲水處設(shè)置過濾層，防止土粒流失，并設(shè)置排水溝，將水引出坡面。2. 水泵選用 建筑工程中用于排水的水泵主要有離心泵、潛水泵和軟軸水泵等。 （1）離心泵 如圖138所示。 水泵主要性能指標(biāo)包括流量、總揚(yáng)程、吸水揚(yáng)程和功率等。表17 常用離心泵性能型號流量/（m3/h）總揚(yáng)程/m最大吸水揚(yáng)程/m電動機(jī)功率/kWBBAB17BA661

3、420.3146.66.01.72B192BA9112521168.06.02.82B312BA6103034.5248.75.74.53B193BA1332.452.221.515.66.55.04.53B333BA9305535.528.87.03.07.04B204BA186511022.617.1510.0注：2B19表示進(jìn)水口直徑為2英寸，總揚(yáng)程為19m（最佳工作時(shí)） 的單級離心泵。B型是BA的改進(jìn)型，性能基本相同。（2）潛水泵 潛水泵由立式水泵和電動機(jī)組合而成，水泵裝在電動機(jī)上端，葉輪可制成離心式或螺旋槳式，電動機(jī)設(shè)有密封裝置。潛水泵工作時(shí)是全浸入水中。 使用潛水泵時(shí)，為了防止電機(jī)

4、燒壞，不得脫水運(yùn)轉(zhuǎn)或陷入泥中；也不得排灌含泥量較高的水或泥漿水，以免泵葉輪被雜物堵塞。 集水坑降水法由于設(shè)備簡單和排水方便，采用較為普遍，宜用于粗粒土層（因?yàn)橥亮２恢卤凰鲙ё撸┖蜐B水量小的粘性土。當(dāng)土為細(xì)砂和粉砂時(shí)，地下水滲出會帶走細(xì)粒，發(fā)生流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致邊坡坍塌、坑底凸起、給施工造成困難，此時(shí)應(yīng)采用井點(diǎn)降水法。3. 流砂及其防治 當(dāng)基坑挖到地下水位以下，又采用坑內(nèi)抽水時(shí)，有時(shí)坑底下面的土?xí)纬闪鲃訝顟B(tài)，隨地下水一起涌進(jìn)基坑內(nèi)，這種現(xiàn)象稱為流砂。 根據(jù)水在土中滲流的分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，流砂的產(chǎn)生與動水壓力的大小和方向有關(guān)，因此在基坑開挖過程中，防治流砂的途徑有三種： 一是減小或平衡動水壓力；

5、 二是設(shè)法使動水壓力方向向下； 三是截?cái)嗟叵滤?。防治流砂有如下具體措施：（1）枯水期施工（2）拋大石塊法（3）打鋼板樁法（4）水下挖土法（5）人工降低地下水位法（6）地下連續(xù)墻返回二、井點(diǎn)降水 井點(diǎn)降水法就是在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管（井），利用抽水設(shè)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，使所挖的土始終保持干燥狀態(tài)，從根本上防止流砂發(fā)生。 井點(diǎn)降水法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、深井井點(diǎn)及電滲井點(diǎn)等，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)備條件綜合選用。 各井點(diǎn)降水法的適用范圍見表18。井點(diǎn)類別土的滲透系數(shù)（m/d）降低水位深度/m

6、單層輕型井點(diǎn)0.15036多層輕型井點(diǎn)0.150612電滲井點(diǎn)0.1根據(jù)選用的井點(diǎn)確定管井井點(diǎn)2020035噴射井點(diǎn)0.12820深井井點(diǎn)1025015表1-8 各種井點(diǎn)的適用范圍三、輕型井點(diǎn)降水 輕型井點(diǎn)法就是沿基坑的四周將許多直徑較細(xì)的井點(diǎn)管埋入地下蓄水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過彎聯(lián)管與總管相連接，利用抽水設(shè)備將地下水從井點(diǎn)管內(nèi)不斷抽出，可將原有地下水位降至坑底以下，如圖139所示。輕型井點(diǎn)降水 1. 輕型井點(diǎn)的設(shè)備組成 2. 輕型井點(diǎn)布置 3. 輕型井點(diǎn)計(jì)算返回輕型井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)降水1. 輕型井點(diǎn)的設(shè)備組成 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)管及總管等。 濾

7、管 濾管是井點(diǎn)設(shè)備的一個(gè)重要部分。濾管的直徑宜為3850 mm，長度為1.01.5m，管壁上鉆有直徑為1319 mm的按梅花狀排列的濾孔，濾孔面積為濾管表面積的2025 %。濾管外包兩層濾網(wǎng)（圖143），內(nèi)層細(xì)濾網(wǎng)一采用每厘米3040眼的銅絲布或尼龍絲布，外層粗濾網(wǎng)采用每厘米510眼的塑料紗布。 為使水流暢通，避免濾孔淤塞影響水流進(jìn)入濾管，在管壁與濾網(wǎng)間用小塑料管（或鐵絲）繞成螺旋形將二者隔開。濾網(wǎng)的外面用帶孔的薄鐵管或粗鐵絲網(wǎng)保護(hù)。濾管的上端與井點(diǎn)管連接，下端為一鑄鐵頭。 井點(diǎn)管宜采用直徑為3850 mm的鋼管，其長度為57m，可整根或分節(jié)組成。井點(diǎn)管的上端用彎聯(lián)管與總管相連。井點(diǎn)管 彎聯(lián)管

8、宜用透明塑料管（能隨時(shí)看到井點(diǎn)管的工作情況）或橡膠軟管。彎聯(lián)管 總管宜采用直徑為100127 mm的鋼管，每節(jié)長度為4m，其上每隔0.8m或1.2m設(shè)計(jì)有下個(gè)與井點(diǎn)管連接的短接頭?？偣芊祷?. 輕型井點(diǎn)布置 輕型井點(diǎn)布置根據(jù)基坑大小與深度、土質(zhì)、地下水位高低與流向、降水深度要求等確定。井點(diǎn)布置得是否恰當(dāng)，對井點(diǎn)使用效果影響較大。 單排布置 當(dāng)基坑或溝槽寬度小于6m且降水深度不超過5m時(shí)，一般可采用單排線狀井點(diǎn)，布置在地下水流的上游一側(cè)，其兩端的延伸長度一般以不小于坑（槽）寬為宜（下圖）。（1）平面布置 雙排布置 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(shí)，宜采用環(huán)形井點(diǎn)（

9、見下圖）；有時(shí)為了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封閉。井點(diǎn)管距離基坑壁一般不宜小于0.71.0m，以防局部發(fā)生漏氣。井點(diǎn)管間距應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、降水深度、工程性質(zhì)等按計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)確定，一般采用0.81.6m，靠近河流處與總管四角部位，井點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密。（2）高程布置 輕型井點(diǎn)的降水深度，一般以不超過6m為宜。井點(diǎn)管的埋置深度H（不包括濾管）可按下式計(jì)算： 式中：H1總管平臺面至基坑底面的距離，m； h基坑底面至降低后的地下水位線的距離，一般取0.51.0m； i水力坡度，根據(jù)實(shí)測：環(huán)形井點(diǎn)為1/10，單排線狀井點(diǎn)為1/4； L井點(diǎn)管至基坑中心的水平 距離，m。 根據(jù)上式算出的H值+井點(diǎn)外露

10、長度，如大于降水深度6m，則應(yīng)降低總管平臺面標(biāo)高以適應(yīng)降水深度要求。當(dāng)一層輕型井點(diǎn)達(dá)不到降水深度要求時(shí)，可根據(jù)土質(zhì)情況，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后將總管安裝在原有地下水位線以下，以增加降水深度；或采用二層輕型井點(diǎn)， 即挖去第一層井點(diǎn)所疏干的土， 然后再在底部裝設(shè)第二層井點(diǎn)。 返回3. 輕型井點(diǎn)計(jì)算（1）井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算（2）確定井點(diǎn)管數(shù)量與井距（3）抽水設(shè)備的選擇（4）井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用（5）實(shí)例返回（1）井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算井點(diǎn)系統(tǒng)所需井點(diǎn)的數(shù)量，是根據(jù)其涌水量來確定的；而井點(diǎn)系統(tǒng)的涌水量，則是按水井理論進(jìn)行計(jì)算。水井分類根據(jù)地下水有無壓力，水井分為無壓井和承壓井。當(dāng)水井布置有具

11、有潛水自由面的含水層中時(shí)，稱為無壓井；布置在承壓含水層中時(shí)，稱為承壓井。當(dāng)水井底部達(dá)到不透水層時(shí)稱完整井；否則，稱為非完整井。水井的類型不同，其涌水量計(jì)算的方法亦不相同（見圖135、圖136）。 a)無壓完整井 b)無壓非完整井圖1-35 水井種類c)承壓完整井 b)承壓非完整井圖1-35 水井種類無壓完整井的環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算式中:Q井點(diǎn)系統(tǒng)的涌水量（m3/d）； 土壤的滲透系數(shù)（m/d）最好通過現(xiàn)場揚(yáng)水試驗(yàn)確定，也可查表； H含水層厚度（m）； R抽水影響半徑（m）； S不利點(diǎn)的水位降落值（m）； X0環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)的假想圓半徑(m), F環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)所包圍的面積。在實(shí)際工程中往往會遇到

12、無壓不完整井的井點(diǎn)系統(tǒng)，這時(shí)地下水不僅從井的側(cè)面流入，還從井底滲入，因此涌水量要比完整井大。為了簡化計(jì)算，仍可采用上式，僅將式中H換成有效深度H0；H0可查下表1-10 ，當(dāng)算得的H0大于實(shí)際含水層的厚度H時(shí)，則仍取H值。 無壓完非整井的環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算S/(S+ )0.20.30.50.8H01.3(S+ )1.5(S+ )1.7(S+ )1.85(S+ )表1-10 有效帶的深度H0值 注：1.S為井點(diǎn)管中水位降落值； 為濾管長度； 2.當(dāng)計(jì)算的S/(S+ )處于兩檔之間時(shí)，可采用插值法計(jì)算。返回（2）井點(diǎn)管數(shù)量與井距的確定確定井管數(shù)量先要確定單根井管的出水量。單根井管的最大出水量為

13、式中： q單根井管的最大出水量（m3/d）； d濾管直徑（m）； L濾管長度（m）； 滲透系數(shù)（m/d）。井點(diǎn)最少數(shù)量由下式確定：井點(diǎn)管最大間距為：式中： L1總管長度（m）； 1.1考慮井點(diǎn)堵塞等因素的井點(diǎn)管備用系數(shù)。求出的管距應(yīng)大于1.5d，小于2m，并應(yīng)與總管接頭的間距（0.8m或1.2m）相吻合（并由此反求n）。 返回（3）抽水設(shè)備的選擇常用的真空泵有干式（往復(fù)式）真空泵和濕式（旋轉(zhuǎn)式）真空泵兩種。干式真空泵由于其排氣量大，所以在輕型井點(diǎn)中采用較多，但要采取措施，以防水分滲入真空泵。濕式真空泵具有重量輕、振動小、容許水分滲入等優(yōu)點(diǎn)，但排氣量小，宜在粉砂和粘性土中使用。抽水設(shè)備一般都已固

14、定型號，如真空泵有W5、W6型。真空泵在抽水過程中所需的最低真空度hk，可由降水深度及各項(xiàng)水頭損失計(jì)算得到。 hk=10（h+h）（KPa）式中: h降水深度（m），近似取集水總管至濾管的深度； h水頭損失值（m），包括進(jìn)人濾管的水頭損失、管路阻力及漏氣損失等，近似取11.5m。 水泵一般也配套固定型號，但使用時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算一下水泵的流量是否大于井點(diǎn)系統(tǒng)的涌水量（應(yīng)增大1020），即水泵流量Q11.1Q。水泵的揚(yáng)程是否能克服集水箱中的真空吸力，以免抽不出水。返回（4）井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用輕型井點(diǎn)的安裝程序是按照設(shè)計(jì)計(jì)算的布置方案，先排放總管，在總管旁靠近基坑一側(cè)開挖排水溝，再埋設(shè)井點(diǎn)管，然后用彎聯(lián)管

15、把井點(diǎn)總管聯(lián)接，最后安裝抽水設(shè)備。井水管的埋設(shè)可以利用沖水管沖孔，或鉆孔后再將井點(diǎn)管沉放；也可以帶套管的水沖法及振動水沖法下沉。 井點(diǎn)管的埋設(shè)井點(diǎn)管的埋設(shè)排水溝設(shè)置井點(diǎn)降水井點(diǎn)降水排水井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)安裝完畢后，需進(jìn)行試抽，以便檢查抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，管路有無漏氣。輕型井點(diǎn)使用時(shí)，一般應(yīng)連續(xù)抽水，（特別是開始階段）。抽水過程中，應(yīng)調(diào)節(jié)離心泵的出水量，使抽吸排水保持均勻，達(dá)到細(xì)水長流。正常的出水規(guī)律是“先大后小，先混后清”。真空度是判斷井點(diǎn)系統(tǒng)工作情況是否良好的尺度，必須經(jīng)常觀察檢查。在抽水過程中，還應(yīng)檢查有無堵塞“死井”（工作正常的井管，用手觸摸時(shí)，應(yīng)有冬暖夏涼的感覺，或從彎聯(lián)管上的透明閥門

16、）觀察，如死井太多，嚴(yán)重影響降水效果時(shí)，應(yīng)逐個(gè)用高壓水沖洗或拔出重埋。為觀察地下水位的變化，可在影響半徑內(nèi)設(shè)觀察孔。返回【實(shí)例】 某工程設(shè)備基礎(chǔ)施工基坑底寬10m，長15m，深4.1m，邊坡坡度為10.5（見圖137）。經(jīng)地質(zhì)鉆探查明，在靠近天然地面處有厚0.5m的粘土層，此土層下面為厚7.4m的極細(xì)砂層，再下面又是不透水的粘土層，現(xiàn)決定用一套輕型井點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行人工降低地下水位，然后開挖土方，試對該井點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。18700基坑平面圖1.500解：1. 井點(diǎn)系統(tǒng)布置 （1）計(jì)算基坑尺寸 該基坑底尺寸為10m15m，邊坡為1：0.5，表層為0.5m厚粘土，所以為使總管接近地下水位，可先挖出0.4

17、m，在+5.2m處布置井點(diǎn)系統(tǒng)，則布置井點(diǎn)系統(tǒng)處（上口）的基坑尺寸為13.7m18.7m；考慮井管距基坑邊1m，則井點(diǎn)管所圍成的平面面積為15.7m20.7m，故按環(huán)形井點(diǎn)布置。 （注：當(dāng)長短邊之比小于5時(shí)，一般按照環(huán)形井點(diǎn)布置）5.6005.2005.100-2.3005.0007.4m 1.500粘土層極細(xì)紗層粘土層基坑剖面圖（2）計(jì)算井點(diǎn)管深度H 則令井點(diǎn)管6m長，且外露于埋設(shè)面0.2m。實(shí)際埋深（6.0 0.2）m5.8m故采用一級井點(diǎn)系統(tǒng)即可。 基坑中心降水深度：再令濾管長度為1.2m，則濾管底口標(biāo)高為 -1.80m，距不透水的粘土層（2.30m處）0.5m，故此井點(diǎn)系統(tǒng)為無壓非完整

18、井。5.6005.2005.100-2.3005.0007.4m7.0m-1.8001.500粘土層極細(xì)紗層粘土層計(jì)算H0井點(diǎn)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 則 H0=1.85（Sl） =1.85（5.61.2）m =12.58m 而含水層厚度H=5.0m-（-2.3）m=7.3m15.7m/2 并且，井點(diǎn)管所圍成的矩形長寬比 20.7/15.75，所以不必分塊布置。2涌水量計(jì)算按揚(yáng)水試驗(yàn)測得該細(xì)砂層的滲透系數(shù)=30m/d x0= （15.720.7/）1/2m=10.17m Q=1.36630（27.3 4） 4/（lg115-lg10.17）m3/d =1592 m3/d3計(jì)算井點(diǎn)管數(shù)量和間距取井點(diǎn)管直徑為38mm，則單根出水量： q=650.0381.2301/3m3/d =28.9m3/d所以井點(diǎn)管的計(jì)算數(shù)量：n=111592/28.9根61根則井點(diǎn)管的平均間距： D=（15.720.7）261m=1.19m取D=1.2m故實(shí)際布置：邊20