第二章施工排水.

第二章施工排水太原学院环境工程系第一节概述一、地下水的影响•地下水：自由水、结合水、水汽•潜水：第一个稳定隔水层顶板以上~地面以下•承压水：两个稳定隔水层顶板之间•开挖基坑或沟槽时的地下水：A影响正常施工；B造成地基承裁力降低；C边坡坍塌事故。二、施工排水的任务•排出土层中的自由水——重点是潜水•排出地面的地表水——施工用水、生活用水•排出地面的雨水、雪水三、施工排水的方法•地表水：筑堤截水，设沟引水•地下水：明沟排水（坑内）、降低地下水位法第一节明沟排水法基坑上边缘排水沟集水井离心泵一、排水沟、集水井、水泵的布置排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外，地下水流的上游，基坑面积较大时，可在基础范围内设置盲沟。1.排水沟的位置：先中间，后侧边；排水沟的尺寸：一般底宽及沟深不小于0.3m纵向坡度不小于0.1%，坡向集水井2.集水井位置：井底距槽底1-2米，间隔30-40米集水井尺寸：直径或宽度为0.7-0.8米3.水泵的选用•选择水泵的主要参数是：流量、扬程。流量：为管沟、基坑渗水量的1.5～2.0倍。水泵的扬程=高差+摩阻损失（实际扬程的15%～30%估算）综合反映土体渗透能力的指标，又称水力传导系数。在数值上等于水力坡度为1时，通过单位面积的渗流量。渗透系数愈大，透水性越强，反之越弱。1.2涌水量计算1.管沟、基坑处于一般地段或干河床时•Q——总渗水量，m3/昼夜；•K——土壤渗透系数，m／昼夜，见表2-1•H——稳定水位至基坑底深度，m；•R——渗水影响半径，m；•R0——沟、坑计算半径，m。排水沟、集水井断面尺寸和水泵流量选择的依据002lg)lg(36.1rrRKHQ•计算半径R0的确定•对矩形基坑：•不规则基坑：L、B—基坑的平均长度和平均宽度，m；F—不规则基坑的平均面积，m。2.管沟、基坑靠近河边时（）式中D——管沟基坑离河岸距离，m；04LBR0/RF2/)(0RRLD)2lg(36.102rDKHQ明沟排水法的适用范围–开挖基础不深或水量不大的沟槽或基坑–适用于粗粒土层、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、坑底隆起、施工困难，此时采用井点降水法。第二节人工降低地下水位•井点降水按降深不同、抽吸原理和抽吸设备的不同，可分为轻型井点、喷射井点、管井井点、电渗井点和深井泵井点降水等多种，其适用范围见表2-3。一、轻型井点法。（一）轻型井点系统的组成•管路系统：井点管（包含滤管）、弯管、总管和阀门等•抽水设备及其它附属设备：真空泵、离心水泵、气水分离器等。1—井点管；2—弯联管；3—总管；4—过滤器；5—气水分离器；6—真空表；7—离心泵；8—真空泵1.滤水管•位置：井点管下端，埋入含水层•规格：Φ38—55mm，L=1-2m•材质：无缝钢管•结构：粗钢丝保护网、滤水网（内外两层）、螺旋形细钢丝、钢管（5—12mm孔眼）2.井点管•位置：下端与滤水管用管箍连接,上端与总管通•规格：直径与滤水管相同，长度视埋深而定•材质：无缝钢管避免滤孔淤塞3.弯联管•位置：连接总管和井点管•规格：Φ38—55mm•材质：加固橡胶管、钢管弯头4.总管•位置：与抽水设备相连•规格：Φ100—150mm，L=4-6m•材质：钢管•结构：管壁上短管5.抽水设备•真空式抽水设备：抽水深度5.5-6.5m，真空泵、离心水泵、气水分离器等•射流式抽水设备：抽水深度9-11m•自引式抽水设备：抽水深度2-4m（二）轻型井点设计•设计步骤：确定平面布置方案——确定高程布置方案——井点系统涌水量计算（Q)——井点管数量计算(n)——井距计算(D)——井距和井点管数量的调整(D、n)——抽水设备的选择1.确定平面布置方案1）系统形式选择•a.单排：在沟槽上游一侧布置，每侧超出沟槽≮B–用于沟槽宽度B≤6m，降水深度≤5m。•b.双排：在沟槽两侧布置，每侧超出沟槽≮B。–用于沟槽宽度B6m，或土质不良，以便快速将水抽•c.环形布置：在沟槽四周布置，可以封闭，也可以在基坑下游侧留一段不封闭。用于基坑面积较大时。2）井点的布置•井点管要靠近沟坑，但是距沟坑壁不小于1.0m，防止局部漏气，影响抽吸效果。•井点管间距一般采用0.8～1.6m，应根据土质，设备条件或通过计算确定。靠近河流处井点应适当加密。3）总管的布置•比井点管更靠外一些（1.5米），并沿水流方向以2.5‰——5‰的坡度上仰，多个抽水设备将总管分段4）抽水设备布置•抽水设备应布置在地下水流的上游，并设在总管中部，以发挥其最大效能。一套抽水设备所能带动的总长度大约在100m左右5）观察井的布置•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：降低水位不利点，一般在基础中心、总管末端、局部挖深处等控制点•观测井由井点管做成，只是不与总管相接。2、确定高程布置方案•总管的布置标高应尽量接近原有地下水位线。•井点管埋设深度必须将滤管埋入储水层内，可按下式计算：为达到此目的，同时不影响地面交通，通常将总管设置于地面下0.5米处•H——井点管设置深度，m；•H1——从井点管埋设面至管沟底面的距离，m；•h——降水后地下水位至管沟底面的安全距离，0.5～1.0m•i——水力坡度，经验值，单排井点i＝1/4或1/5，双排或环形井点i＝1/10—1/15；•L——井点管中心至管沟（或基坑）控制水位点（线）的水平距离，•l——滤水管长度liLhHH1LhH1700-10002001:iH实际工程中，井点管均为定型的，有一定标准长度。通常根据给定井点管长度验算△h，如△h≥0.5~1ｍ，则可满足。计算公式如下：△h＝Lj－０.２－H１－ｉＬ式中：Lj－井点管长度0.2－井点管露出地面的长度•轻型井点法的降水深度以不超过6米为宜，如求出的H值大于6米，则应降低井点管和抽水设备的埋置面；或采用二级或多级井点系统二层轻型井点降水3.涌水量的计算•涌水量Q即每昼夜需排出地下水的数量。•水井理论将水井根据不同情况分为：完全井；非完全井；承压井；无压并，也称潜井；水井的分类井底到达含水层下的不透水层顶面的井为完整井；否则为非完整井。无压井：地下水表面为自由水压。承压井：含水层处于两个不透水层之间，地下水表面具有一定水压。•管道线路工程多为浅地层作业，一般不出现承压井情况，多数是无压非完整井。1）无压完整井点系统涌水量Q•式中：Q--井点系统的涌水量（m3/d）；•K--土的渗透系数（m/d）；•H--含水层厚度（m）；•s--降水深度（m）；•R--抽水影响半径（m）；•x0--环状井点系统的假想圆半径（m）。0lglg)2(366.1xRssHKQ涌水量计算中有关参数的计算•A．渗透系数K•采用地质报告提供的数值或参考表2-6选用•当含水层为非均质土层时，K值应取各层土壤渗透系数的加权平均值•式中hi——各土层的分层厚度，m；•Ki——各土层的渗透系数，m/昼夜。/iiiKKhhB．抽水影响半径R：•确定方法：直接观察；经验公式；经验数据•经验公式•经验数据如下：KHSR95.1土的特性极细砂细砂中砂粗砂极细砾小砾中砾大砾粒径（mm）0.05～0.10.1～0.250.25～0.50.5～11～22～33～55～10影响半径（m）25～5050～100100～200200～400400～500500～600600～15001500～3000C．假想半径X0的确定•环围面积为矩形（L/B≤5）时，ɑ值见p73表2－5L、B――基坑长度及宽度（m），为计算精确应各加2m。•环围面积为圆形或近似圆形时，F--基坑平面面积（m2）•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，再相加得总涌水量。)(40mBLax)(0mFx2）无压非完整井系统涌水量•无压非完整井涌水量计算较复杂，为简化起见，工程上常直接引用无压完整井点系统涌水量计算公式，但要将公式中含水层厚度H换成渗水有效带深度H0S’注意：1、当H0值超过H时，取H0＝H；2、计算R时，也应以H0代入。KHsR095.1•指地下水位至滤管顶部的距离，它是根据需要的降深而影响涌水量的主要因素。•s—沟槽或基坑内水位降深;•h—保险值(0.5—1m);•Li，i—水力梯度•a—井点管局部损失值(取0—0.5m)D．井点管中降水深度s’=s+h+Li+a4.井点管数量和间距（1）单根井点管涌水量式中，d――滤管直径（m）；l――滤管长度（m）；K－渗透系数（2）确定井点管数量与间距井点管所需根数：式中1.1为考虑井点管堵塞等因素得备用系数井点管得间距L1――总管长度（m）)(6533dmKdlq)(1.1根qQn)(11mnLD5.井距和井点管数量的调整(D’、n’)1）实际间距的确定•井距取值必须大于5πd（πd为滤管周长），以防止各个井点之间的干扰较大，出水量显著减少；•井距应与总管上的接头间距相匹配（0.8、1.2、1.6或2.0m）•≤D计算值2)确定井点数n’=L1/D’+16.抽水设备选择1）真空泵的选用•干式真空泵常用的型号有W5、W6型，真空度最大可达1.0×105Pa。总管长度小于100m时可选用W5型，总管长度小于120m时可选用W6型。•真空泵在抽水系统中所需最低真空度，根据降水深和水头损失按下式计算：kPa水头损失h△和降水深度△h,单位：米hhHk102）水泵的选用•（a）轻型井点，一组系统通常只用一台水泵，其流量为1.1～1.2Q。•（b）水泵吸水扬程程应大于井点管长度。•一般水泵都能满足排水扬程的要求。轻型井点多为配套设备，可按具体情况选用。3）射流器的选用•射流器常用的型号有QJD-45、QJD-60、JS-45，根据基坑（槽）的涌水量及井点管降水深度确定射流器的大小和台数。（三）轻型井点施工•施工顺序：测量定位→铺设总管→冲孔→安装井点管→填滤料、上部粘土密封→井点管与总管连接→安抽水机→抽水→在观测井中测量地下水位的变化•轻型井点的正常出水规律是“先大后小，先混后清”。•井点管的埋设：射水法（井点管水冲下沉）；套管法（套筒式冲孔法）；钻孔法（钻孔后再将井点管沉入）冲孔埋管填砂封口1.射水法•主要施工机具：射水式井点管•施工过程：确定井点位置——挖坑、泄水沟——插入射水式井点管——高压水在下端冲刷土体——井点管下沉到设计高度——取下软管，与集水总管连接——填砂——粘土封口•射水压力：0.4——0.6MPa2.套筒式冲孔法•主要施工机具：套管水枪•施工过程：确定井点位置——挖坑、泄水沟——插入套管水枪——高压水射流冲击和套管冲切作用下套管下沉到设计高度——孔底填砂砾——插入井点管—套管与井点管之间填砂——拔出套管—粘土封口•射水压力：0.8——0.9MPa3.钻孔法确定井点位置——挖坑、泄水沟——插入冲管——高压水在下端冲刷土体——下沉到设计高度——拔出冲管——井点管埋入——填砂——粘土封口射水压力：0.6—1.2MPa井点管施工主要注意事项•冲孔直径不小于300mm；深度比过滤管深0.5—1m，；•井点管与孔壁间用粗砂灌实；•井点填砂后，须用粘土封口，以防漏气•井点管埋设后，即可接通总管和抽水系统，进行试抽，检查降水效果，检查有无淤塞现象。•井点系统运转后，整个施工期不能停止工作。•喷射井点降水•电渗井点降水•深井井点降水•管井井点降水自学本章小结1.明沟排水法的系统组成、系统布置的要求及涌水量计算；2.人工降低地下水位常采用的井点排水的方法种类，轻型井点法系统设计，系统的施工；重点和难点轻型井点法系统设计•某基础施工，基坑底宽8m，长12m，基坑深4.5m，挖土边坡1:0.5，基坑平、剖面如下图所示。经地质勘探，天然地面以下1m为亚粘土，其下有8m厚细砂层，渗透系数K=8m/d,细砂层以下为不透水的粘土层。地下水位标高为－1.5m。采用轻型井点法降低地下水位，试进行轻型井点