搜索
第一节降排水施工•在开挖基坑、地槽、管沟或其他土方时，土的含水层常被切断，地下水将会不断地渗入坑内。雨期施工时，地面水也会流入坑内。为了保证施工的正常运行，防止边坡塌方和地基承载能力的下降，必须做好基坑降水工作。降水方法分明排水法和人工降低地下水位法两类。（一）明沟排水法施工方法：开挖基坑或沟槽过程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外(见下图)设置排水沟及集水井的要求：基坑四周的排水沟与集水井设置在基础范围外。排水沟要有一定的坡度，集水井根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力隔20～40m设置一个。集水井直径或宽度一般为0.7～0.8m，深度随挖土加深始终低于挖土面0.8～1.0m，井壁用竹、木等简易加固。基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，并铺设0.3m碎石滤水层。明沟排水法的适用范围：水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。流砂的定义：当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。流砂产生的原因流砂现象产生的原因流砂现象的产生是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。动水压力GD的大小与水力坡度成正比，即水位差愈大，渗透路径L愈短，则GD愈大。当动水压力大于土的浮重度时，土颗粒处于悬浮状态，土颗粒往往会随渗流的水一起流动，涌入基坑内，形成流砂。流砂的危害使土丧失承载能力，恶化施工条件，难以达到开挖设计深度，造成边坡塌方及附近建筑物下沉、倾斜、倒塌等。易产生流砂的土：主要是细砂、粉砂及粉土流砂的防治方法出现流砂的重要条件是动水压力的大小、方向。防治流砂的原则是“治流砂必治水”。主要途径是消除、减少、平衡动水压力。主要措施：抢挖法：分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速度，挖到标高以石块平衡动水压力，解决轻微流砂现象。打板桩法：将板桩打入坑底下面一定深度，增加了地下水的渗流长度，减小了动水压力。水下挖土法：使坑内水压力与地下水压力平衡，消除动水压力。人工降低地下水位：轻型井点降水，消除动水压力。可靠，应用广。地下连续墙法：在基坑的周围浇筑一道混凝土或钢筋混凝土墙。其他方法：土壤冻结法，尽可能采用桩基或沉井管涌现象当基坑坑底位于不透水层内，而不透水土层下面为承压蓄水层，坑底不透水层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力，基坑底部发生冒涌现象。二、人工降低地下水位•人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预先在拟挖基坑的四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中不间断抽水，使地下水位降落在坑底以下，然后开挖基坑、基础施工、槽边回填，最后撤除人工降水装置。这样，可使动水压力方向向下，防止流砂发生（此为人工降低地下水位的主要目的），所挖的土始终保持干燥状态，改善施工条件，并增加土中有效应力，提高土的强度或密实度。因此，人工降低地下水位不仅是一种施工措施工，也是一种地基加固方法。采用人工降低地下水位，可适当改陡边坡以减少挖土数量，但在降水过程中，基坑附近的地基土壤会有一定的沉降，施工时应加以注意。•人工降低地下水位的方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井泵等。各种方法的选用，视土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点、设备及经济技术比较等具体条件参照表1-4选用。轻型井点•沿基坑四周每隔一定间距布设井点管，井点管底部设置滤水管插入透水层，上部接软管与集水总管进行连接，集水总管为Φ150钢管，周身设置与井点管间距相同的Φ40吸水管口，然后通过真空吸水泵将集水管内水抽出，从而达到降低基坑四周地下水位的效果，保证了基底的干燥无水，如下图示：喷射井点•喷射井点降水是在井点管内部装设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机通过井点管中的内管向喷射器输入高压水（喷水井点）或压缩空气（喷气井点）形成水气射流，将地下水经井点外管与内管之间的缝隙抽出排走。电渗井点管井井点降水类型及适用条件适合条件降水类型渗透系数(cm/s)可能降低的水位深度(m)轻型井点多级轻型井点10-2～10-53～66～12喷射井点10-3～10-68～20电渗井点＜10-6宜配合其他形式降水使用深井井管≥10-5＞10•（一）轻型井点降低地下水位•1、轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成（如图1-26所示）。•管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管等。•滤管（如图1-27所示）为进水设备，通常采用长1.0～1.2m，直径38mm或51mm的无缝钢管，管壁钻有直径为12～19m的呈星棋状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20%～25%。骨架管外面包以两层孔径不同的铜丝布或塑料布滤网。为使流水畅通，在骨架管下滤网之间用塑料管或梯形钢丝隔开，塑料管沿骨架管绕成螺旋形。滤网外面再绕一层8号粗钢丝保护网，滤管下端为一锥形铸铁头。滤管上端与井点管连接。井点管为直径38mm或51mm、长5～7m的钢管，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。•集水总管用直径100～127mm的无缝钢管，每段长4m，其上装有与井点管连接的短接头、间距0.8m或1.2m。•抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器（又叫集水箱）等组成，其工作原理如图1-28所示。抽水时先开动真空泵19将水气分离器10内部抽成一定程度的真空，使土中的水分和空气受真空吸力作用而且吸出，经管路系统，再经过滤箱8（防止水流中的细砂进入离心泵引起磨损）进入水气分离器10。水气分离器内有一浮筒11，能沿中间导杆升降。当进入水气分离器内的水多起来时，浮筒即上升，此时即可开动离心水泵24，将水气分离器内的水经离心水泵排出，空气集中在上部由真空泵排出。为防止水进入真空泵（因为真空泵为干式），水气分离器顶装有阀门12，并在真空泵与进气管之间装一副水气分离器16。为对真空泵进行冷却，特设一个冷却循环水泵23。•一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度），采用W5型真空泵时，不大于100m；采用W6型真空泵时，不大于200m。•2、轻型井点布置应根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等确定。•（1）平面布置。当基坑或沟槽宽度小于6m，水位降低值不大于5m时，可用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长一般不小于沟槽宽度（如图1-29所示）。如沟槽宽度大于6m，或土质不良，宜用双排井点（如图1-30所示）。面积较大的基坑宜用环状井点（如图1-31所示）。有时也可布置为U形，以利挖土机械和运输车辆出入基坑，环状井点四角部分应适当加密，井点管距离基坑一般为0.7～1.0m，以防漏气。井点管间距一般为0.8～1.5m，或由计算和经验确定。•井点管间距不能过小，否则彼此干扰大，出水量会显著减少，一般可取滤管周长的5-10倍；在基坑周围四角和靠近地下水流方向一边的井点管应适当加密；当采用多级井点排水时，下一级井点管间距应较上一级的小；实际采用的井距，还应与集水总管上短接头的间距相适应（可按0.8m、1.2m、1.6m、2.0m四种间距选用）。•采用多套抽水设备时，井点系统应分段，各段长度应大致相等。分段地点宜选择在基坑转弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力。水泵宜设置在各段总管中部，使泵两边水流平衡。分段处应设阀门或将总管断开，以免管内水流紊乱，影响抽水效果。•此外，确定井点埋深时，还要考虑到井点管一般要露出地面0.2m左右。如果计算出的值大于井点管长度，则应降低井点管的埋置面（但以不低于地下水位线为准）以适应降水深度的要求。在任何情况下，滤管必须埋在透水层内。为了充分利用抽吸能力，总管的布置标高宜接近地下水位线（可事先挖槽），水泵轴心标高宜与总管平行或略低于总管。总管应具有0.25%～0.5%坡度（坡向泵房）。各段总管与滤管最好分别设在同一水平面，不宜高低悬殊。当一级井点系统达不到降水深度要求，可视其具体情况采用其他方法降水。如上层土的土质较好时，先用集水井排水法挖去一层土再布置井点系统；也可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后再在其底部装设第二级井点。•3、轻型井点的计算•轻型井点计算的目的，是求出在规定的水位降低深度下，每天排出的地下水流量，从而确定井点管的数量、间距，并确定抽水设备等。•轻型井点计算按水井理论进行计算，比较接近实际。•根据井底是否达到不透水层，水井可分为完整井与不完整井，即当井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为完整井，否则称为不完整井。根据地下水有无压力，又分为承压井与无压井，各类水井如图1-32所示。各类水井的涌水量计算方法不同，其中以无压完整井的理论较为完善。•渗透系数值确定的是否准确，对计算结果影响较大。渗透系数的测定方法有：现场抽水试验与实验室测定两种。对大型工程，一般宜采用现场抽水试验，以获取较为准确的数据，具体方法是在现场设置抽水孔，并在同一直线上设置观察井，根据抽水稳定后，观察井的水深与抽水孔相应的抽水量计算值。•在实际工程中往往会遇到无压完整井的井点系统，如图1-33（b）所示。其涌水量的计算相对比较复杂，为了简化计算，仍可按式（1-17）计算。此时应将式中换成有效深度，可查表1-5。当算得大于实际含水层厚度时，则取H值。•4、抽水设备的选择真空泵主要有W5、W6型，按总管长度选用。当总管长度不大于100m时可选用W5型，总管长度不大于200m时可选用W6型。•水泵按涌水量的大小选用，要求水泵的抽水能力应大于井点系统的涌水量（约增大10%～20%）。通常一套抽水设备配两台离心水泵，即可轮换备用，又可在地下水量较大时同时使用。•5、井点管的安装使用轻型井点的安装程序是：先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，最后安装抽水设备。而井点管的埋设是关键工作之一。•井点管埋设一般用水冲法，分为冲孔和埋管两个过程（如图1-34所示）。冲孔时，先用起重设备将冲管吊起并插在井点的位置上，然后开动高压水泵，将土冲松，冲管时边冲边沉。冲孔直径一般为30mm，以保证井点管四周有一定厚度的砂滤层；冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右，以防冲管拔出时，部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。井孔冲成后，立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键。一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上1～1.5m，以保证水充畅通。井点填砂后，在地面以下0.5～1.0m内须用黏土封口，以防漏气。•井点管埋设完毕，应接通总管与抽水设备进行试抽水，检查有无漏水、漏气，出水是否正常，有无淤塞等现象，如有异常情况，应检修好后方可使用。•轻型井点使用时，一般应连续抽水（特别是开始阶段）。时抽时停滤网容易堵塞，出水浑浊容易引起附近建筑物由于土颗粒流失而沉降、开裂。同时由于中途停抽，使地下水回升，也可能引起边坡塌方等事故。抽水过程中，应调节离心水泵的出水阀以控制水量，使抽吸排水保持均匀，做到细水长流。正常的出水规律是“先大后小，先浑后清”。真空泵的真空度是判断井点系统工作情况是否良好的尺寸，必须经常观察，并检查观测井中水位下降情况，真空度一般应不低于55.3～66.7kPa。•造成真空度不足的原因很多，有管子接头不严、抽水设备工作不正常，但大多是井点系统有漏气现象，应及时检查并采取措施。在抽水过程中，还应检查有无堵塞的“死井”（工作正常的井管，用手探摸时，应有冬暖夏凉的感觉），如死井太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水反冲洗或拔出重埋。为观察地下水位的变化，可在影响半径内设观察孔。井点降水工作结束后所留的井孔，必须用砂砾或黏土填实。•6、轻型井点系统降水设计实例某厂房设备基础施工，基坑底宽8m，长15m，深4.2m；挖土边坡1:0.5，基坑平剖面图如图1-35所示。地质资料表明，在天然地面以下为0.8m黏土层，其下有8m厚的砂砾层（渗透系数），再下面为不透水的黏土层。地下水位在地面以下1.5