第四节排水与降水

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,四,节 排水与降水,一、地面排水,排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等)常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法，并尽量利用原有的排水系统，或将临时性排水设施与永久性设施相结合使用。,二、集水井排水或降水,集水井法是在基坑开挖过程中，沿坑底的周围或中央开挖排水沟，并在基坑边角处设置集水井。将水汇入集水井内，用水泵抽走(图118)。这种方法可用于基坑排水，也可用于降水。,1,图1-18集水井降水法,1排水沟；2集水井；3离心式水泵；4基础边线；5原地下水位线；6降低后地下水位线,2,1排水沟的设置,排水沟底宽应不少于0.20.3m，沟底设有0.20.5的纵坡， 在开挖阶段，排水沟深度应始终保持比挖土面低0.40.5m,2.集水井的设置,集水井应设置在基础范围以外的边角处。间距应根据水量大小、基坑平面形状及水泵能力确定，一般为2040m。,3,3水泵性能与选用,(1)离心泵,泵体是由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成，其管路系统包括滤网与底阀、吸水管及出水管等,图1-19 离心泵工作简图,1泵壳；2泵轴；3叶轮；,4滤网与底阀；5吸水管；,6出水管,4,(2)潜水泵,潜水泵是由立式水泵与电动机组合而成，工作时完全浸在水中。,水泵装在电动机上端，叶轮可制成离心式或螺旋桨式；电动机设有密封装置。,图120 潜水泵工作简图,1叶轮；2轴；3电动机；4进水口；5出水胶管；6电缆,5,三、流砂及其防治,1流砂发生的原因,动水压力是流砂发生的重要条件。流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力，其性质通过图120所示的试验说明。,6,W,h,1,F,W,h,2,F,TLF,0,图121 动水压力原理图,(a) 水在土中渗流的力学现象；(b) 动水压力对地基土的影响,l、2土颗粒,（a）,（b）,1,TLF,7,由上式可知，动水压,G,D,与水力坡度I成正比，水位差越大，动水压力越大，而渗透路程越长，动水压力越小。,产生流砂现象主要是由于地下水的水力坡度大，即动水压力大，而且动水压力的方向(与水流方向一致)与土的重力方向相反，土不仅受水的浮力，而且受动水压力的作用，有向上举的趋势，,当动水压力等于或大于土的浸水密度时，土颗粒处于悬浮状态，并随地下水一起流入基坑，即发生流砂现象。,8,2流砂的防治,流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力或改变其方向。具体措施为：,（1）抢挖法,（2）水下挖土法,（3）打钢板桩或作地下连续墙法,（4）在枯水季节开挖,（5）井点降水法,9,四、井点降水法,井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底标高以下，并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能力为止。,（一）轻型井点,1.轻型井点设备,轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括：井点管(由井管和滤管连接而成)、弯联管及总管等。,10,图1-22 轻型井点法降低地下水位全貌图,1井管；2滤管；3总管；4弯联管；5水泵房,6原有地下水位线；7降低后地下水位线,11,图1-23 滤管构造,1钢管；2管壁上的小孔；3缠绕的塑料管；4细滤网；5粗滤网；6粗铁丝保护网；7井管；8铸铁头,图124 真空泵轻型井点设备工作原理简图,l滤管；2井管；3弯管；4阀门；5集水总管；6闸门：7滤网，,8过滤室，9淘砂孔；10水气分离器；11浮筒；12阀门：13真空计；14进水管；15真空计；16副水气分离器；17挡水板；18放水口；19真空泵；20电动机；2l冷却水管；22冷却水箱；23循环水泵；24离心水泵,12,图l25 射流泵抽水设备工作简图,(a)工作简图；(b)射流器构造,1一水泵；2一射流器；3一进水管；4一总管；5一井点管；6一循环水箱；7隔板；8一泄水口；9一真空表；10一压力表；11一喷嘴：12一喷管；13一接水管,（a）,（b）,13,2.轻型井点布置,1)平面布置,图1-26 单排井点布置简图,(a)平面布置；(b)高程布置,1一总管；2点管；3一抽水设备,14,2)高程布置,图1-27 环形井点布置简图,(a)平面布置；(b)高程布置,1一总管；2一井点管；3一抽水设备,15,井管的埋置深度H,A,，可按下式计算(图1-27b)：,H,A,H,1,十,h,十,iL,(m) (1-22),式中,H,1,总管平台面至基坑底面的距离(m)；,h,基坑中心线底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.51.0m；,i,水力坡度，根据实测：环形井点为110，单排线状井点为14；,16,图128 二级轻型井点,1第一层井点管；2第二层井点管,17,3轻型井点计算,（1) 井型判定,图1-29 水井的分类,（a）无压完整井；（b）无压非完整井（c）承压完整井（d）承压非完整井,18,（2）涌水量计算,无压完整涌水量,图1-30 环形井点涌水量计算简图,(a)无压完整井；(b)无压非完整井,(m3d),19,式中 K渗透系数(md)，应由实验测定，表112仅供参考；,H含水层厚度(m)；,S水位降低值(m)；,R抽水影响半径(m)，取：,x,0,环形井点的假想半径(m)：,F基坑周围井点管所包围的面积(m,2,)。,20,无压非完整井涌水量,(m,3,d),有效深度,H,0,值 表112,S,(,S,l,),0.2,0.3,0.5,0.8,H,0,1.3(S l),1.5(S l),1.7(S l),1.85(,S,l,),注：表中,S,为井管内水位降低深度；,l,为滤管长度。,21,承压完整井涌水量,承压完整井环形井点涌水量计算公式为,式中 M承压含水层厚度(m)；,K、R、x,0,、S与公式(1-22)相同。 ：,(m,3,d),22,（3) 确定井点管数量与井距,单井最大出水量,单井的最大出水量,q,，主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸，按下式确定：,式中,d,滤管直径(m)；,l,滤管长度(m)；,K渗透系数(md)。,(m,3,d),23,最少井数,井点管的最少根数,n,min,，按下式计算：,式中 1.1备用系数，考虑井点管堵塞等因素。其它符号同前。,最大井距,式中 L总管长度(m)；,(根),(m),24,确定井点管间距时，还应注意以下几点：,(a)井距过小时，彼此干扰大，影响出水量，因此井距必须大于15倍管径。,(b)在渗透系数小的土中井距宜小些，否则水位降落时间过长。,(c)靠近河流处，井点宜适当加密。,(d)井距应能与总管上的接头间距相配合。,根据实际采用的井点管间距，最后确定所需的井点管根数。,25,4轻型井点的施工,埋设井点的程序是：放线定位打井孔埋设井点管安装总管用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备。,(录象）,图131 井点管的埋设,(a) 冲孔；（b）埋管,1一冲管，2一冲嘴；3一胶皮管；4一高压水泵，5一压力表；,6一起重吊钩；7一井点管，8一滤管；9一填砂；10一粘土封口,（a）,（b）,26,（二）喷射井点,当基坑开挖较深，降水深度要求较大时，可采用喷射井点降水。其降水深度可达820 m，可用于渗透系数为0.150 md的砂土、淤泥质土层。,喷射井点施工顺序是：安装水泵设备及泵的进出水管路；铺设进水总管和回水总管；沉设井点管(包括灌填砂滤料)，接通进水总管后及时进行单根试抽、检验；全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全面试抽，检查整个降水系统的运转状况及降水效果。,27,图1-35 喷射井点设备及平面布置简图,(a)喷射井点设备简图；(b)喷射扬水器原理图；(c)喷射井点平面布置,1喷射井管；2滤管；3进水总管；4排水总管；5一高压水泵；6集水池；,7水泵；8内管；9外管；10喷嘴；11混合室；12扩散管；13压力表,（c）,（b）,（a）,28,（三）管井井点,管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20200md)的土层中，宜采用管井井点。,管井井点的设备主要是由管井、吸水管及水泵组成。,29,图1-36 管井井点,(a)钢管管井；(b)混凝土管管井,1一沉砂管；2一钢筋焊接骨架；3滤网；4管身；5吸水管；6离心泵；7小砾石过滤层；8粘土封口；9混凝土实管；10无砂混凝土管；11潜水泵；12一出水管,（a）,（b）,30,（四）深井井点,当要求井内降水深度超过15m时，可在管井中使用深井泵抽水。这种井点称为深井井点（或深管井井点）。深井井点一般可降低水位3040m，有的甚至可达百米以上。,常用的深井泵有两种类型。,一种是深井潜水泵，,另一种是电动机安装在地面上，通过传动轴带动多级叶轮工作而排水。,31,（五）电渗井点,电渗井点是在轻型或喷射井点中增设电极而形成，主要用于渗透系数小于0.1md的土层。,图137 电渗井点,1一井点管；2一电极；3直流电源,32,五、降水对周围地面的影响及预防措施,降低地下水位时，由于土颗粒流失或土体压缩固结，易引起周周地面沉降。由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状，地面沉降多为不均匀沉降，可能导致周围的建筑物倾斜、下沉、道路开裂或管线断裂。因此，井点降水时，必须采取相应措施，以防造成危害。,1回灌井点法,2设置止水帷幕法,3减缓降水速度法,33,（a）,（b）,图138 回灌井点布置示意图,（a）降水与回灌井点；（b ）加阻水支护结构的回灌井点,1原有建筑物；2开挖基坑；3降水井点；4回灌井点；5原有地下水位线；,6降灌井点间水位线；7降水后的水位线；8不回灌时的水位线；9基坑底,34,