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1、第二章 施工排水及地基处理,第二章 施工排水及地基处理,第一节 明沟排水法 第二节 人工降低地下水位法 第三节 地基处理,学习目标,1.掌握明沟排水法的系统组成、系统布置的要求及涌水量计算； 2.了解人工降低地下水位常采用的井点排水的方法种类，掌握轻型井点法系统设计，了解各种井点系统的施工和使用； 3.了解常用的地基处理的方法，掌握换土垫层方法； 重点和难点 1.轻型井点法系统设计,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。 施工排水内容：地下水、地表水排除。 地表水：筑堤截水，设沟引水 地下水：明沟排水法、人工降低地下水位法 目的：改善槽底施工条件，稳
2、定边坡；稳定槽底；防止地基土承载力下降,第一节 明沟排水法,明沟排水法是在管沟或基坑开挖时，在沟（坑）底设置集水井（坑），在沟（坑）底周围或中央开挖排水沟，使地下水沿排水沟流入集水井中，然后用水泵抽走的方法。 抽水工作应持续到整个地段管线下沟、回填工序结束后才能停止。,1.1排水沟、集水井、水泵的布置,1. 排水沟的位置：先中间，后侧边；设置在基础以外 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1%，坡向集水井 2.集水井位置：井底距槽底1-2米，一般间隔50-150米 集水井尺寸：直径或宽度为0.7-0.8米，具体应根据土质、地下水量及水泵的抽水能力而定,3. 水泵的选用 选择
3、水泵的主要参数是：流量、扬程。 流量：为管沟、基坑渗水量的1.52.0倍。 水泵的扬程=高差+摩阻损失（实际扬程的15%30%估算） （1）离心泵 工作能力：抽水能力大，适用于地下水量较大的基坑，又分为清水泵、混水泵。,工作原理： 叶轮旋转产生离心力，将轮心处的水甩往轮边，再沿出水管压到高处； 叶轮的中心形成部分真空； 在大气压作用下，地下水不断地从吸水管内自动上升，进入水泵,采用离心泵时，要特别注意吸水管接头不能漏气，且吸水口至少应在水面以下500mm，以防吸入空气。 启动离心泵时，必须先向泵体和吸水管内灌满水，排除空气，然后才能开泵抽水。,（2）潜水泵,潜水泵工作时要全部浸入水中； 泵小、
4、轻、移动方便、安装简单，开泵时不需引水，在基坑排水中采用较广。,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 S要求地下水位降深，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,渗水影响半径R的确定,渗水影响半径R与土壤渗透系数、含水层厚度、水位降落值及抽水时间等因素有关。一般以抽水25天后水位降落曲线基本稳定时为计算条件，此时可按经验公
5、式计算。 式中S要求水位降落值，m； H含水层厚度，m； K土壤渗透系数，m/昼夜。 当含水层厚度无限大时，R值可从参考表选取,计算半径R0的确定,对管沟和矩形基坑： 圆形基坑：R0为基坑地下水位内的平均半径； 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L管沟基坑离河岸距离，m；,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 由于设备简单、排水方便，采用较为普遍，适用于粗粒土层（土粒粗不致被水流带走）、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
6、困难，此时采用井点降水法。,第二节 人工降低地下水位,人工降低地下水位是在基坑周围布设深于基底的井点进行抽水，使地下水水位局部下降至坑底以下，这样基本消除了地下水对施工的影响。,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。,2.1轻型井点法,概念：沿管沟或基坑周围把许多小直径的井点管埋入地下含水层内，井点管上端通过弯管和总管连接，下端通过滤水管和地下含水层连通，利用抽水设备把地下水从井点管内不断提出，如下图所示 轻型井点系统适用在粗砂、中砂、细砂、粉砂等土层中降低地下水,轻型井点降水全貌图（单层轻型井点
7、）,。,2.1.1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：3855mm，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（512mm孔眼） 进水管面积：A=2mrdLL,避免滤孔淤塞,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 3.弯联管 位置：连接总管和井点管 规格：3
8、855mm 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：100150mm，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,2.1.2轻型井点设计,轻型井点降水法设计步骤为： 1、确定平面布置方案 2、确定高程布置方案 3、井点系统涌水量计算（Q) 4、井点管数量计算(n) 5、井距计算(D) 6、井距和井点管数量的调整(D、n) 7、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
9、侧超出沟槽B 用于沟槽宽度B6m，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1.01.5m，防止局部漏气，影响抽吸效果。 井点管间距一般采用0.81.6m，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），并以12的坡度（坡向抽水设备），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
10、，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，均应设置观测井。 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 总管的布置标高应接近原有地下水位线，抽水设备的水泵轴心标高与总管拉平。 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，
11、0.51.0m i水力坡度，经验值，单排井点i1/4或1/5，双排或环形井点i1/101/15； 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,图 井点管中心至管沟控制水位点的水平距离,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h0.51，则可满足。,计算公式如下： hLj.H 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,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：
12、 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。,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。,不透水的黏土层,1）无压完整井点系统涌水量Q,涌水量计算中有关参数的计算,A渗透系数K 以现场抽水试验取得或参考表2-6选用 当含水层为非均质土层时，
13、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。,B抽水影响半径R： 井点系统抽水后，地下水受到影响，形成降落曲线，降落曲线稳定时形成以该井为轴心的水位降落漏斗，从漏斗中心到漏斗边缘的水平距离称为该井的抽水影响半径。如图,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：,C假想半径X0的确定,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H0,S,注意：1、当H0值超过H时，取H0H； 2、计算R时，也应以H0
14、代入。,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; a1保险值(0.51m); a2水力坡降值。 a2=Li，i水力梯度 a3井点管局部损 失值(取00.5m),D井点管中降水深度s=s+a1+a2+a3,4. 井点管数量和间距,最少井点数量,q65d LL K1/3,最大间距,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5d（d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,6.抽水设
15、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1.0105Pa。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 降水深度h和水头损失h,单位：米,2）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1.11.2Q 。 （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）的涌水量及总管长度、井点管确定射
16、流器的大小和台数。 自学例题2-1,2.1.3 轻型井点施工,施工顺序：放线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： 井点管水冲下沉（射水法）； 套筒式冲孔法（套管法）； 钻孔法（钻孔后再将井点管沉入）,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,2.套筒式冲孔法,主要施工机具：套管水枪 施工过程：确定井点位置土坑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插入井点管套管与井点管之间填砂拔出套管粘土封口,3.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,冲孔,埋管,填砂,封口,井点管施工主要注意事项,冲孔
