施工排水

第二章施工排水第一节概述施工排水包括排除地下自由水、地表水和雨水。在开挖基坑或沟槽时，土壤的含水层常被切断，地下水将会不断地涌入坑内。雨季施工时，地面水也会流入基坑内。为了保证施工的正常进行，防止边坡坍塌和地基承载力下降，必须做好基坑降水工作。地下含水层内的水分有水气、结合水和自由水三种状态。结合水没有出水性。自由水又分为潜水的承压水两种，如图2-1所示。土壤中水的分布潜水是存在于地表以下、第一个稳定隔水层顶板以上的地下自由水，有一个自由水面，其水面受当地地质、气候及环境的影响。雨季水位高，冬季水位下降，附近有河、湖等地表水存在时也会互相补给。承压水亦称层间水，是埋藏于两个隔水层之间的地下自由水。承压水有稳定的隔水层顶板，水体承受压力，没有自由水面。承压水一般不是当地补给的，其水位、水量受当地气候的影响较潜水为小。施工排水方法分为明沟排水和人工降低地下水位。明沟排水是在沟槽或基坑开挖时在其周围筑堤截水或在其内底四周或中央开挖排水沟，将地下水或地面水汇集到集水井内，然后用水泵抽走。人工降低地下水位是在沟槽或基坑开挖之前，预先在基坑周侧埋设一定数量的井点管利用抽水设备将地下水位降至基坑底面以下，形成干槽施工的条件。第二节明沟排水明沟排水包括地面截水和坑内排水。一、地面截水排除地表水和雨水，最简单的方法是在施工现场及基坑或沟槽周围筑堤截水。通常可以利用挖出之土沿四周或迎水一侧、二侧筑0.5~0.8m高的土堤。地面截水应尽量保留、利用天然排水沟道，并进行必要的疏通。如无天然沟道，则在场地四周挖排水沟排泄，以拦截附近地面水。但要注意与已有建筑物保持一定安全距离。二、坑内排水在开挖基础不深或水量不大的沟槽或基坑时，通常采用坑内排水的方法。当基坑或沟槽开挖过程中遇到地下水和地表水时，在坑底随同挖方一起设置集水井，并沿坑底的周围开挖排水沟，使水流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。坑内排水示意图排水沟可设置在坑内底四周或迎水一侧、二侧，离开坡脚不小于0.3m。沟断面尺寸和纵向坡度主要取决于排水量大小，一般断面不小于0.3m×0.3m,坡度0.1%~0.5%。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔30~40m设置一个，集水井的直径（或边长）不小于0.7m，其深度随着挖土的加深而加深，要低于排水沟0.5m~1.0m或低于抽水泵的进水阀高度。井底应低于坑底1~2m，并铺设30cm左右碎石或粗砂滤水层，以免抽水时将泥沙抽出，并防止井底的土被搅动。明沟排水法设备简单，排水方便，应用比较普遍，适用于除细砂、粉砂之外的各种土质。如果基坑较深还可以采用分层明沟排水，即在基坑边坡的中部再设置一层排水沟和集水井，将两层集水井内的积水做接力式的抽取，此种方法只适用于粗粒土层和渗水量小的粘性土。三、涌水量计算为了合理选择水泵型号，应对总涌水量进行计算。1、干河床时（2-1）式中：Q——基坑总涌水量（m3/d）K——渗透系数（m/d）（见表2-1）；H——稳定水位至坑底的深度（m）；当基底以下为深厚透水层时，H值可增加3~4m，以保安全；R——影响半径（m）（见表2-1）r0——基坑半径（m）。矩形基坑，；不规则基坑，。2001.361()lgKHQgRrr04LBru0Fr各种岩层的渗透系数及影响半径表2-1岩层成分渗透系数(m/d)影响半径(m)裂隙多的岩层碎石、卵石类地层、纯净无细颗粒混杂均匀的粗砂和中砂稍有裂隙的岩层碎石、卵石类地层、混合大量细颗粒物质不均匀的粗粒、中粒和细粒砂606020~6020~605~20500200~600150~250100~20080~1502、基坑近河沿时（2-2）式中：D——基坑距河边线距离（m）；真余同上公式。明沟排水采用的抽水设备主要有离心泵、潜水泥浆泵、活塞泵和隔膜泵等。选择水泵时，水泵的总排水量一般采用基坑总涌水量Q的1.5~2.0倍。201.362lgKHQDr第三节人工降低地下水位应用条件当基坑开挖深度较大，地下水位较高、土质较差（如细砂、粉砂等）等情况下，可采用人工降低地下水位的方法。具体做法人工降低地下水位常采用井点排水的方法，具体做法是在基坑周围或一侧埋入深于基底的井点滤水管或管井，以总管连接抽水，使地下水低于基坑底，以便在干燥状态下挖土，这样不但可防止流砂现象和增加边坡稳定，而且便于施工。井点分类人工降低地下水位的方法，包括轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。可根据土层的渗透系数、要求降低水位的深度和工程特点，作技术经济和节能比较后适当加以选择。各类井点降水方法的适用范围见表2-3。各种井点的适用范围表2-3井点类别井点类别井点类别单层轻型井点多层轻型井点喷射井点电渗井点管井井点深井井点0.1~500.1~500.1~20.120~20010~2503~66~128~20根据选用的井点确定根据选用的水泵确定15一、轻型井点1、应用条件：•轻型井点系统适用于在粗砂、中砂、细砂、粉砂等土层中降低地下水;•渗透系数0.1~50（m/d）;•单层一般不超过6.0米。2、轻型井点系统的组成轻型井点系统由滤管、井点管、弯联管、集水总管和抽水设备等组成；（1）滤管与井点管滤管是进水设备，构造是否合理对抽水效果影响很大。滤管用直径38~55mm钢管制成，长度一般为0.9~1.7m。管壁上有直径为12~18mm，呈梅花型布置的孔，外包粗、细两层滤网。为避免滤孔淤塞，在管壁与滤网间用塑料管或铁丝绕成螺旋状隔开，滤网外面再围一层粗铁丝保护层。滤管下端配有堵头，上端同井点管相连。如图2-4所示。井点管直径同滤管，长度6~9m;可整根或分节组成。井点管上端用弯联管和总管相连。（2）弯联管与集水总管弯联管用塑料管、橡胶管或钢管制成，并且宜装设阀门，以便检修井点。集水总管一般用直径75~150mm的钢管分节连接，每节长4~6m，上面装有与弯联管连接的短接头（三通口），间距0.8~1.6m。总管要设置一定的坡度坡向泵房。（3）抽水设备轻型井点的抽水设备有干式真空泵、射流泵，隔膜泵管。干式真空泵井点，可根据含水层的渗透系数选用相应型号的真空泵及卧式水泵，在粉砂、粉质粘土等渗透系数较小的土层中可采用射流泵和隔膜泵。干式真空泵射流泵隔膜泵3、轻型井点系统的工作原理轻型井点系统是利用真空原理提升地下水的。图2-5所示是真空泵—水泵联合机组的工作过程示意图。启动真空泵6，使副气水分离室4内形成一定的真空度，进而使气水分离室3和井点管路产生真空，地下水和土中气体一起进入井点管，经过总管进入气水分离室3，分离室3内的地下水由水泵7抽吸排出，气体经副气水分离室4由真空泵6排出。在副气水分离室4中再一次水、气分离，剩余水泄入沉砂罐5，防止水分进入真空泵6，此外，真空泵还附有冷却循环系统。为了减少抽水设备，提高抽水工作的可靠度，减少泵组的水头损失，便于设备的保养和维修，可采用射流泵抽水。其工作过程如图2-6所示。离心泵从水箱内抽水，泵压高压水在喷射器的喷口出流，形成射流，产生真空度，使地下水经由井点管、总管而至射流器，压到水箱内。轻型井点真空抽水系统图射流泵系统工作图4、轻型井点设计轻型井点的设计包括：平面布置，高程布置，涌水量计算，井点管的数量、间距和抽水设备的确定等。井点计算由于受水文地质和井点设备等许多因素的影响，所计算的结果只是近似数值，对重要工程，其计算结果必须经过现场试验进行修正。（1）平面布置根据基坑平面形状与大小、土质和地下水的流向，降低地下水的深度等要求而定。当基坑宽度小于6m，降水深度不超过5m时，可采用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧；当基坑或沟槽宽度大于6m，或土质不良、渗透系数较大时，可采用双排线状井点；当基坑面积较大时，应用环形井点或U形井点，挖土运输设备出入道路处可不封闭。如图2-7所示。井点管距离基坑或沟槽上口宽不应小于1.0m，以防局部漏气，一般取1.0~1.5m。为了观察水位降落情况，应在降水范围内设置若干个观测井，观测井的位置和数量视需要而定。一般在基础中心、总管末端、局部挖深处，均应设置观测井。观测井由井点管做成，只是不与总管相连。（2）高程布置井点管的入土深度应根据降水深度、储水层所在位置、集水总管的高程等决定，但必须将滤管埋入储水层内，并且比所挖基坑所沟槽底深0.9~1.2m。集水总管标高应尽量接近地下水位线并沿抽水水流方向有0.25%~0.5%的上仰坡度，水泵轴心与总管齐平。井点管埋深可按下式计算（如图2-7）：H′=H1+△h+iL+l(2-3)式中：H′——井点管埋置深度（m）；H1——井点管埋设面至基坑底面的距离（m）；△h——降水后地下水位至基坑底面的安全距离（m），一般为0.5~1m。i——水力坡度，与土层渗透系数，地下水流量等因素有关，根据扬水试验和工程实测确定。对环状式双排井点可取1/10~1/15；对单排线状井点可取1/4；环状井点外取1/8~1/10；L——井点管中心至最不利点（沟槽内底边缘或基坑中心）的水平距离（m）;l——滤管长度(m)。井点露出地面高度，一般取0.2~0.3m。轻型井点的降水深度以不超过6m为宜。如求出H值大于6m，则应降低井点管和抽水设备的埋置面，如果仍达不到降水深度的要求，可采用二级井点或多级井点，如图2-8所示。二级轻型井点示意图（3）总涌水量计算井点系统是按水井理论进行计算的。水井根据不同情况分为：井底达到不透水层的称为完全井，井底未达到不透水层的称为非完全井；地下水有压力的是承压井，地下水无压力的是无压井，其中以无压完全井的理论较为完善，应用较普遍。无压完全井环形井点系统（图2-9(a)）：（2-4）式中：Q——井点系统总涌水量（m3/d）;K——渗透系数（m/d）；H——含水层厚度(m)；R——抽水影响半径（m）；s——水位降低值(m)；X0——基坑假想半径（m）。01.336(2)lglgKHssQRx无压非完全井井点系统（图2-9（b））：为了简化计算，仍可用无压完全井的公式进行计算，但式中H应换成有效带深度H0。即（2-5）式中：H0——有效带深度（m），可根据表2-4确定。001.336(2)lglgKHssQRxH0值表2-4H00.20.30.50.81.3(s′+l)1.5(s′+l)1.7(s′+l)1.85(s′+l)表中：l——滤管长度（m）；s′——原地下水位至滤管顶部的距离。计算涌水量时，R、x0、K值需预先确定。sslA:抽水影响半径R井点系统抽水后地下水受到影响而形成降落曲线，降落曲线稳定时的影响半径即为计算用的抽水影响半径R。（完全井）（2-6）或（非完全井）（2-7）1.95SRHK01.95SRHKB:基坑假想半径Xo假想半径指降水范围内环围面积的半径，根据基坑形状不同有以下几种情况：1）环围面积为矩形（L/B≤5时），（2-8）式中α值见表2-5所示。L、B——基坑的长度及宽度(m)，为计算精确应各加2m0()4LBxmα值的选取表2-5B/L00.20.40.6-1.0α1.01.121.161.182)环围面积为圆形或的空心圆形时，（2-9）式中F——基坑的平面面积（m2）;3)当L/B5时，可划分成若干计算单元，长度按（4~5）B考虑；当L1.5R时，也可取L=1.5R为一段进行计算；当形状不规则时应分块计算涌水量，将其相加即为总涌水量。0()FxmC:渗透系数K渗透系数K值对计算结果影响很大。一般可根据地质报告提供的数值或参考表2-6所列数值确定。对重大工程应做现场抽水试验确定。单井产水量计算：（2-10）式中：d——滤管直径（m）;l——滤管长度(m);K——渗透系数（m/d）365qdlk土的渗透系数K值表2-6土的类别K（m/d）土的类别K（m/d）粉质粘土含粘土的粉砂纯粉砂含粘土的细砂含粘土的中砂及纯细砂0.10.5~1.01.5~5.010~1520~25含粘土的粗砂及纯中砂纯粗砂粗砂夹砾石砾石35~5060~7550~100100~200(5)确定井点管数量与间距①井点管所需根数（根）（2-