人工降低地下水位課件

1、任務三：人工降低地下水位回顧上次課的重點和難點：1、土壁支護2、基坑支護結構3、土釘支護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、井點降水法三、 輕型井點降水四、 降水與排水工程驗收 前進一、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）,抽出的水應及時引開，防止倒流。1. 集水坑設置 集水坑應設置在基礎范圍以外，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，應每隔2040m設置一個集水坑。 集水坑的直徑或寬度一般為0.60.8m，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。當基坑挖至設計標高后，井底應保持低于坑底12m，并鋪設碎石濾水層，以免在抽水時間較長時將泥砂抽出，同時防止井底的土被攪動。 采用集水坑降水時，應根據(jù)現(xiàn)場土質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，應在滲水處設置過濾層，防止土粒流失，并設置排水溝，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。 水泵主要性能指標包括流量、總揚程、吸水揚程和功率等。表17 常用離心泵性能型號流量/（m3/h）總揚程/m最大吸水揚程/m電動機功率/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表示進水口直徑為2英寸，總揚程為19m（最佳工作時） 的單級離心泵。B型是BA的改進型，性能基本相同。（2）潛水泵 潛水泵由立式水泵和電動機組合而成，水泵裝在電動機上端，葉輪可制成離心式或螺旋槳式，電動機設有密封裝置。潛水泵工作時是全浸入水中。 使用潛水泵時，為了防止電機

4、燒壞，不得脫水運轉或陷入泥中；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備簡單和排水方便，采用較為普遍，宜用于粗粒土層（因為土粒不致被水流帶走）和滲水量小的粘性土。當土為細砂和粉砂時，地下水滲出會帶走細粒，發(fā)生流砂現(xiàn)象，導致邊坡坍塌、坑底凸起、給施工造成困難，此時應采用井點降水法。3. 流砂及其防治 當基坑挖到地下水位以下，又采用坑內抽水時，有時坑底下面的土會形成流動狀態(tài)，隨地下水一起涌進基坑內，這種現(xiàn)象稱為流砂。 根據(jù)水在土中滲流的分析和實踐經驗可知，流砂的產生與動水壓力的大小和方向有關，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、 二是設法使動水壓力方向向下； 三是截斷地下水流。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、井點降水 井點降水法就是在基坑開挖前，預先在基坑四周埋設一定數(shù)量的濾水管（井），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，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。 井點降水法有輕型井點、噴射井點、管井井點、深井井點及電滲井點等，可根據(jù)土的滲透系數(shù)、降低水位的深度、工程特點及設備條件綜合選用。 各井點降水法的適用范圍見表18。井點類別土的滲透系數(shù)（m/d）降低水位深度/m

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

7、管 濾管是井點設備的一個重要部分。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（圖143），內層細濾網一采用每厘米3040眼的銅絲布或尼龍絲布，外層粗濾網采用每厘米510眼的塑料紗布。 為使水流暢通，避免濾孔淤塞影響水流進入濾管，在管壁與濾網間用小塑料管（或鐵絲）繞成螺旋形將二者隔開。濾網的外面用帶孔的薄鐵管或粗鐵絲網保護。濾管的上端與井點管連接，下端為一鑄鐵頭。 井點管宜采用直徑為3850 mm的鋼管，其長度為57m，可整根或分節(jié)組成。井點管的上端用彎聯(lián)管與總管相連。井點管 彎聯(lián)管

8、宜用透明塑料管（能隨時看到井點管的工作情況）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設計有下個與井點管連接的短接頭。總管返回2. 輕型井點布置 輕型井點布置根據(jù)基坑大小與深度、土質、地下水位高低與流向、降水深度要求等確定。井點布置得是否恰當，對井點使用效果影響較大。 單排布置 當基坑或溝槽寬度小于6m且降水深度不超過5m時，一般可采用單排線狀井點，布置在地下水流的上游一側，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或土質不良，則宜采用雙排井點。當基坑面積較大時，宜采用環(huán)形井點（

9、見下圖）；有時為了施工需要，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。井點管間距應根據(jù)土質、降水深度、工程性質等按計算或經驗確定，一般采用0.81.6m，靠近河流處與總管四角部位，井點應適當加密。（2）高程布置 輕型井點的降水深度，一般以不超過6m為宜。井點管的埋置深度H（不包括濾管）可按下式計算： 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，m。 根據(jù)上式算出的H值+井點外露

10、長度，如大于降水深度6m，則應降低總管平臺面標高以適應降水深度要求。當一層輕型井點達不到降水深度要求時，可根據(jù)土質情況，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， 即挖去第一層井點所疏干的土， 然后再在底部裝設第二層井點。 返回3. 輕型井點計算（1）井點系統(tǒng)涌水量計算（2）確定井點管數(shù)量與井距（3）抽水設備的選擇（4）井點管的埋設與使用（5）實例返回（1）井點系統(tǒng)涌水量計算井點系統(tǒng)所需井點的數(shù)量，是根據(jù)其涌水量來確定的；而井點系統(tǒng)的涌水量，則是按水井理論進行計算。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。當水井布置有具

11、有潛水自由面的含水層中時，稱為無壓井；布置在承壓含水層中時，稱為承壓井。當水井底部達到不透水層時稱完整井；否則，稱為非完整井。水井的類型不同，其涌水量計算的方法亦不相同（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)狀井點系統(tǒng)涌水量計算式中:Q井點系統(tǒng)的涌水量（m3/d）； 土壤的滲透系數(shù)（m/d）最好通過現(xiàn)場揚水試驗確定，也可查表； H含水層厚度（m）； R抽水影響半徑（m）； S不利點的水位降落值（m）； X0環(huán)狀井點系統(tǒng)的假想圓半徑(m), F環(huán)狀井點系統(tǒng)所包圍的面積。在實際工程中往往會遇到

12、無壓不完整井的井點系統(tǒng)，這時地下水不僅從井的側面流入，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 ，當算得的H0大于實際含水層的厚度H時，則仍取H值。 無壓完非整井的環(huán)狀井點系統(tǒng)涌水量計算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為井點管中水位降落值； 為濾管長度； 2.當計算的S/(S+ )處于兩檔之間時，可采用插值法計算。返回（2）井點管數(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）。井點最少數(shù)量由下式確定：井點管最大間距為：式中： L1總管長度（m）； 1.1考慮井點堵塞等因素的井點管備用系數(shù)。求出的管距應大于1.5d，小于2m，并應與總管接頭的間距（0.8m或1.2m）相吻合（并由此反求n）。 返回（3）抽水設備的選擇常用的真空泵有干式（往復式）真空泵和濕式（旋轉式）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，但排氣量小，宜在粉砂和粘性土中使用。抽水設備一般都已固

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水頭損失計算得到。 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，但使用時還應驗算一下水泵的流量是否大于井點系統(tǒng)的涌水量（應增大1020），即水泵流量Q11.1Q。水泵的揚程是否能克服集水箱中的真空吸力，以免抽不出水。返回（4）井點管的埋設與使用輕型井點的安裝程序是按照設計計算的布置方案，先排放總管，在總管旁靠近基坑一側開挖排水溝，再埋設井點管，然后用彎聯(lián)管

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

16、）觀察，如死井太多，嚴重影響降水效果時，應逐個用高壓水沖洗或拔出重埋。為觀察地下水位的變化，可在影響半徑內設觀察孔。返回【實例】 某工程設備基礎施工基坑底寬10m，長15m，深4.1m，邊坡坡度為10.5（見圖137）。經地質鉆探查明，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設備進行人工降低地下水位，然后開挖土方，試對該井點系統(tǒng)進行設計。18700基坑平面圖1.500解：1. 井點系統(tǒng)布置 （1）計算基坑尺寸 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處布置井點系統(tǒng)，則布置井點系統(tǒng)處（上口）的基坑尺寸為13.7m18.7m；考慮井管距基坑邊1m，則井點管所圍成的平面面積為15.7m20.7m，故按環(huán)形井點布置。 （注：當長短邊之比小于5時，一般按照環(huán)形井點布置）5.6005.2005.100-2.3005.0007.4m 1.500粘土層極細紗層粘土層基坑剖面圖（2）計算井點管深度H 則令井點管6m長，且外露于埋設面0.2m。實際埋深（6.0 0.2）m5.8m故采用一級井點系統(tǒng)即可。 基坑中心降水深度：再令濾管長度為1.2m，則濾管底口標高為 -1.80m，距不透水的粘土層（2.30m處）0.5m，故此井點系統(tǒng)為無壓非完整

18、井。5.6005.2005.100-2.3005.0007.4m7.0m-1.8001.500粘土層極細紗層粘土層計算H0井點管中水位降落值： 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涌水量計算按揚水試驗測得該細砂層的滲透系數(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計算井點管數(shù)量和間距取井點管直徑為38mm，則單根出水量： q=650.0381.2301/3m3/d =28.9m3/d所以井點管的計算數(shù)量：n=111592/28.9根61根則井點管的平均間距： D=（15.720.7）261m=1.19m取D=1.2m故實際布置：邊20