深井降水和轻型井点降水分析比较..

1深井降水和轻型井点降水分析比较摘要井点降水是工程建设中一项重要的关键技术，不论高层建筑、市政工程、港口水利工程或特种工程，在建设中，都会遇到若干深、大基坑的土方开挖施工。在降水工程中往往根据地质条件以及造价、施工等因素将井点降水分为承压井、潜水井、完整井和非完整井等问题。由于井点降水作业其具有施工方便、工艺占有空间小、工程造价低、工期短等特点，保证了施工工期、质量和安全，在工程建设中得到了广泛的推广和应用。文章首先介绍了研究的背景与意义，以及介绍井点降水的研究现状、并提出本文的研究重点。在第二和第三章分别就深井和轻型井的降水原理和施工作业进行了详细介绍。在理解了两种降水工程的原理和应用实践后，第四章对上述两种方式进行了分类对比，并结合实际的工程实践加以说明，得出文章的研究结论。关键词：深井降水，轻型井点降水1绪论1.1研究背景及意义现代工程施工过程中，如何处理好地下水是一大难题。地下水对地下工程的整体稳定、地下工程的隆起稳定、地下工程管涌、流砂以及承压水对地下工程底部的突涌等都将产生一定的影响。暗挖段施工较多的地下工程，如果降水效果不好，侧壁滞留水直接影响到暗挖施工的进度和安全；明挖段由于支护结构与主体结构之间没有肥槽以及新型防水材料的应用也对降水效果提出了很严格的要求。地下工程施工不同于一般开挖工程，一是地地下工程绝大部分在地下水位以下，点多、线长、施工时间长；二是要考虑到部分地下工程位于建筑物林立、地下管线密集的繁华地区，在施工过程中，必须处理好与交通、占地的关系，严格控制地面沉降，确保周围地面及建筑（构筑）物与各种管线的安全。另外还要系统分2析大面积长期的降水对地下水资源和周围环境的影响及其控制措施。因此，地下工程施工的降水是一个系统工程，与工程密切相关，必须认真对待并加以解决。井点降水是工程建设中一项重要的关键技术，不论高层建筑、市政工程、港口水利工程或特种工程，在建设中，都会遇到若干深、大基坑的土方开挖施工。随着城市建设的发展，旧城改造项目、高层建筑越来越多，施工场地也越来越狭窄，基坑的降水止水工作显得尤为重要。井点降水方法由于具有施工方便、工艺占有空间小、工程造价低、工期短等特点，保证了施工工期、质量和安全，在工程建设中得到了广泛的推广和应用。1.2研究状况由于地下水运动问题本身的复杂性和生产发展水平的限制，尽管人类利用地下水已有几千年的历史，但对地下水运动规律的认识却经历了很长的历史过程。在十九世纪以前，还谈不上对地下水进行科学的定量计算。十九世纪中叶，随着地下水开发利用规模的扩大，生产上有了计算水井涌水量的要求，才有达西（HerryDarcy）于1856年通过长期试验得出的水在多孔介质中的渗透定律，即著名的Darcy定律。这个定律是对地下水运动定量认识的开始，直到今天仍然是地下水运动理论的基础。接着J.Dupult（1863年）以Darcy定律为基础研究了一维稳定流动和向水井的二维稳定运动，以后P.Forchheimer等研究了更复杂的渗流问题，从而奠定了地下水稳定流理论的基础。此后数十年内，它对生产实践起过重要作用。但是这种理论不包括时间这个变量，它不能反映不断发展、变化的地下水实际动态，因而具有一定的局限性。1935年C.VTheis（泰斯）在此基础上提出了地下水向承压水井的非稳定流公式。泰斯公式的出现开创了现代地下水运动理论的新纪元。后来许多学者进一步发展了非稳定流理论，解决了一些生产实际中提出的、相对来说也是更为复杂的问题。在群井抽水情况下，大多根据泰斯公式利用叠加原理求解。李佩成教授于20世纪80年代末提出了“隔离井法”的概念，在工作条件相同，均匀布置的井群抽水时，隔离井在某点引起的水位降深等效于群井抽水时该点产生的水位降深。这为群井抽水时水位降深的计算提供了极为简便的方法，推动了地下水动力学在降水工程中的应用。大体上说，从达3西定律问世到本世纪50年代以前大约一百年的时间内，基本上只有试验法和解析法，只能解决条件比较简单的一些问题。50年代以来，由于电子计算机的出现和由之带来的计算方法的发展，给地下水动力学提供了一种崭新的研究方法—数值方法。同时渗流基本理论也更加成熟和完善。这些新的研究方法和坚实的理论基础，使得过去难以解决的许多复杂的地下水运动问题，逐步得到了一定程度的解决。目前，在井点排水工程中，涌水量、排水井的数量及间距以及地下水位随时间变化的预测等问题，大多数是应用泰斯公式进行计算和解决。1.3研究内容本文首先介绍了研究的背景与意义，以及介绍井点降水的研究现状、并提出本文的研究重点。在第二和第三章分别就深井和轻型井的降水原理和施工作业进行了详细介绍。在理解了两种降水工程的原理和应用实践后，第四章对上述两种方式进行了分类对比，并结合实际的工程实践加以说明，得出文章的研究结论。2轻型井点的降水2.1轻型井点的降水原理轻型井点降水是指在需要处理的建筑物地基内，沿路线方向以一定的间距埋置井点管（下端为滤管），再用水平铺设的集水总管将各井点管连接起来，利用真空原理，用抽水设备从井点管抽水，并通过集水总管排出。随着水的抽出，地下水位逐渐降低，土体被挤密，这样，既防止流砂现象的发生，又达到增加地基强度的目的。2.2轻型井点设计由于轻型井点降水在基坑降水设计中应用最为广泛，降水的设计计算方法。4现以基坑为例说明井点降水的设计计算方法。（1）井点埋深H：式中：Hl为总管平面至基坑底面高度（m）；h为基坑底面至降水后地下水位线的距离（m）；i降水后井点周围水位坡降；L基坑底中心至井点管中心的水平距离（m）；I滤管长度（m）。（2）单井涌水量计算无压完整井单井涌水量计算公式为：式中：H-含水层厚度（m）；h-井内水深（m；R-抽水影响半径（m）；r-水井半径（m）。承压完整井单井涌水量计算公式为：5式中：H一承压水头高度（m）；M-含水层厚度（m）；S-水井半径（m）。（3）井点系统（群井）涌水量计算无压完整井环井井点系统总涌水量计算式，根据群井的相互干扰作用，可推导出如下计算公式：式中：x0-假想半径（m）；当矩形基坑的长宽比不大于5时，环形井点可将其看成近似圆形布置，此假想圆的假想半径x0可按下式计算：式中：F-环形井点所包围的面积（m2）抽水影响半径R可近似地按下式计算：基坑为线性基坑采用无压完整井时，其涌水量为：6式中：L-线性基坑长度；无压非完整井的涌水量计算时，上面各式中的H全都代换为有效抽水影响半径从，而H0的确定有其固定的规律。（4）井点数量和井距的确定单根井点管的最大出水量q为：式中：d-滤管直径（m）；Z-滤管长度（m）；K-渗透系数（m）；井点管的最少根数n为；式中：1.1-备用系数，考虑井点管堵塞等因素；井点管数量算出后，可根据井点系统布置方式，求出井点管间距D式中：L-总管长度（m）；n-井点管根数。7（5）抽水设备的选用真空泵的类型有：干式（往复式）真空泵和湿式（旋转式）真空泵两种。干式真空泵的型号常用的有W3、W4、WS、W6型泵，可根据所带的总管长度，井点管根数及降水深度选用。真空泵在抽水过程中所需的最低真空度（h、），根据降水深度及各项水头损失，可按下式计算：式中：h-降水深度（m）△h-水头损失，包括进入滤管的水头损失、管路阻力损失及漏气损失等，可近似地按1.0-1.5m计算。水泵的类型，在轻型井点中宜选用单级离心泵。其型号应根据流量、吸水扬程及总扬程而定。2.3井点降水沉降量的计算采用一维固结理论以总应力法将各水头作用所产生的每层土的变形量，迭加起来即为地面沉降量。计算参数的确定，前期参考试验数据并用试算法加以校对，后期应用实测资料加以反算求得。（1）粘性土层的计算对沉降区地层结构进行分析，按水文地质、工程地质条件分组，确定沉降层与稳定层；选择合适的渗流公式计算不同时间的地下水位并绘制时间地下水位变化曲线；计算每一地下水位差值下地面的最终沉降量。8式中：-最终固结沉降量，mm；-城层土的压缩系数1/KPa，前期参考i层土100-200kPa的压缩系数，后期应用实测资料加以反算得到（当水位回升时取回弹系数）；-层土的初始孔隙比；-i层土因降水产生的附加应力（应力增量），kPa-i层土的厚度，mm。接着计算某时间每一水位差（应力增量）作用下的沉降量式中：-某时间固结沉降量，mm；-固结度，它是时间t的函数，即，对于不同情况的应力从有不同的近似解答。最后将每一水位差作用下的沉降量（或回弹量）按时间迭加，即得该时间段内总沉降量，并绘出沉降量一时间关系曲线。（2）砂层的计算含水层一般具有良好的透水性，变形可在短时间完成，不需考虑滞后效应。9因而可应用一维固结公式计算沉降量。式中：-砂层的变形量，mm；-地下水位变化值，m；H-砂层的原始厚度，m；-体积压缩模量，MPa；当水位回升时应取回弹模量，，kPa；-土骨架原始空隙比；-土的压缩系数；-土骨架的蠕变回弹系数。2.4井管的安装及抽水（1）冲孔埋管先将水枪对准井点位置,，垂直插入土中，启动高压水泵进行冲孔，水压控制在0.4-0.5MPa。边冲边作上下左右摆动，以加剧土的松动。待水枪下沉到要求的深度时，拔出水枪，迅速插入井点管，用透水性强的填料如粗砂或碎（砾）石在井点管周围分层填灌，至地下水位0.5m处改填粘土固定井点管，以防止漏气。井点管的上端用木塞临时封堵，以防砂石或其他杂物进入。打开临时封堵，10注入清水，若水位迅速下渗，证明该井点管埋设成功，填滤料时，若管中有泥水上升，则说明滤管管网良好。（2）管路安装首先沿井点管线外侧，铺设集水总管，并用胶垫螺栓把总管连接起来，总管连接水箱水泵，然后拔掉井点管上端的木塞，用胶管与总管连接，再用10#铅丝扎紧。在正式运转抽水之前必须进行试抽，以检查抽水设备运转是否正常，检查各个接头在试抽水时是否有漏气现象，发现漏气应重新连接或用油腻子堵塞，直至不漏气为止。（3）抽水管路安装完毕后，先开启真空泵，抽出管路中的空气，使之成为真空，这时地下水和土中的空气在真空吸力的作用下被吸入集水箱，空气经真空泵排出，当集水箱中存有相当多的水，个管路系统的真空度达到0.5MPa时，开动离心泵抽水。2.5轻型井点降水在工程中的实施技巧（1）井点管间距、埋设深度应符合设计要求，一组井点管和接头中心应保持在一条直线上。（2）冲孔孔径一般为300mm，深度应比滤管底深0.5m以上。（3）轻型井点使用时，一般应连续抽水（特别是开始阶段），如时抽时停滤网易堵塞，也容易抽出土粒，使出水混浊。同时由于中途停抽，地下水回升，也会引起土方边坡坍塌等事故。（4）轻型井点的正常出水规律是“先大后小，先混后清”，否则应立即检查11纠正。（5）必须经常观测真空度，如发现不足，则应立即检查井点系统有无漏气并采取相应的措施。（6）在抽水过程中，应调节离心泵的出水阀以控制出水量，使抽吸排水保持均匀，达到细水长流。（7）抽水过程中，应检查有无“死井”（即井点管淤塞）。如“死井”太多，会影响降水效果，应逐个用高压水反向冲洗或拔出重埋。3深井降水概念3.1深井降水概念深井（管井）井点，又称大口径井点，系由滤水井管、吸水管和抽水设备等组成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（15m），降水设备和操作工艺简单等特点。适用于渗透系数大（20-250m3/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深度大，施工面积大、时间较长的降水工程应用。地下工程在施工过程中及使用期间有时会因地下水的影响而无法正常运作，此时就必须进行地下水控制，控制的措施之一就是进行工程降水。浅井工程降水施工较为简单且较好控制，目前应用较广。深井工程降水一直以来由于施工难度大、影响因素繁多且不好控制，所以工程应用实例较少。深井工程降水包括承压水深井工程降水及潜水深井工程降水两种情况，由于潜水含水层中井点降水原理相对较成熟，且有较多潜水深井工程降水实例可以借鉴。所以在此重点讨论承压水含水层（深井）降水工程原理。123.2深井设计3.2.1设计计算思路（1）将基坑进行等效化为一口大井；（2）确定基坑总的涌水量；（3）确定单井出水量；（4）确定井的数量。3.2.2设计参数的确定（1