1.3人工降低地下水位

上節(jié)課主要內(nèi)容一、土方工程特點(diǎn)二、土的工程性質(zhì)天然密度ρ、干密度ρd含水量：水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比土的最初和最終可松性系數(shù)三、土的工程分類

一類→八類堅(jiān)硬程度三、土方施工常用機(jī)械及施工方案本節(jié)課主要內(nèi)容一、集水坑降水法二、流砂及其防治三、井點(diǎn)降水法

輕型井點(diǎn)

噴射井點(diǎn)

管井井點(diǎn)

井點(diǎn)降水對(duì)鄰近建筑物的影響和預(yù)防措施任務(wù)三人工降低地下水位

土方開挖的過(guò)程中，當(dāng)基坑的底面標(biāo)高低于地下水位時(shí)，由于土的含水層被切斷，地下水會(huì)不斷滲入坑內(nèi)。雨季施工時(shí)，地面水也會(huì)流入坑內(nèi)。若不及時(shí)降水、排水，就會(huì)造成邊坡塌方，地基承載能力下降。所以必須采取措施做好降水和排水工作，降低坑內(nèi)的水位。

降低地下水位的方法有：集水坑降水法，井點(diǎn)降水法。一、集水坑降水法

集水坑降水法是在基坑開挖過(guò)程中，在坑底設(shè)置集水坑，并在坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水流入集水坑，然后利用水泵抽水。1：集水坑的設(shè)置2：水泵的選用任務(wù)三人工降低地下水位集水坑降水設(shè)備簡(jiǎn)單、應(yīng)用普遍

在基坑開挖過(guò)程中在基坑底基礎(chǔ)范圍以外地下水流的上游設(shè)置若干個(gè)集水坑，并在基坑底四周或中央開挖排水溝，使水在重力作用下經(jīng)排水溝流入集水坑內(nèi)，然后用水泵抽走。一、集水坑降水法

1.1集水坑的構(gòu)造要求1、排水溝設(shè)置在基礎(chǔ)以外；2、排水溝@20～40m設(shè)置一道；3、排水溝寬度0.6～0.8m；4、溝底低于挖土面0.7～1m；5、井底低于基坑地面1～2m；6、井底必須鋪設(shè)碎石濾水層；7、明溝、暗溝、單磚側(cè)壁、混凝土蓋板。91.2離心泵（1）離心泵抽水能力大，適用于地下水量較大的基坑，又分為清水泵、混水泵。葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，將輪心處的水甩往輪邊，再沿出水管壓到高處；葉輪的中心形成部分真空；在大氣壓作用下，地下水不斷地從吸水管內(nèi)自動(dòng)上升，進(jìn)入水泵。1.2離心泵雙吸式離心泵

1.2離心泵具有兩個(gè)或兩個(gè)以上葉輪的離心泵稱為多級(jí)離心泵。級(jí)數(shù)越多壓力越高。圖所示為一臺(tái)分段式離心水泵，這種泵的葉輪一般為單吸式。（2）潛水泵潛水泵工作時(shí)要全部浸入水中；泵小、輕、移動(dòng)方便、安裝簡(jiǎn)單，開泵時(shí)不需引水，在基坑排水中采用較廣。集水坑設(shè)置：間距：20-40m

直徑或?qū)挾龋阂话銥?.6m-0.8m

深度：隨著挖土深度逐漸加深，應(yīng)經(jīng)常低于挖土面0.7m-1.0m

坑底構(gòu)造：鋪設(shè)碎石濾水層，以免抽水時(shí)將砂土抽出

集水坑底與排水溝底高差必須大于0.5m集水坑適用范圍：

適用于水流較大的粗粒土層的降水，也可用于滲水量較小的粘性土層降水

不適宜于細(xì)砂土和粉砂土層一、集水坑降水法

2.1流砂現(xiàn)象及其危害

1)流砂現(xiàn)象：當(dāng)開挖深度大、地下水位較高而土質(zhì)為細(xì)砂或粉砂時(shí)，如果采用集水井法降水開挖，當(dāng)挖至地下水位以下時(shí)，坑底下面的土?xí)纬闪鲃?dòng)狀態(tài)，隨地下水涌入基坑，這種現(xiàn)象稱為流砂。

2)流砂現(xiàn)象的危害：土失去承載力，引起塌方，土邊挖邊冒，難以施工。二、流砂及其防治

2.2產(chǎn)生流砂的原因原因：內(nèi)因和外因

1）內(nèi)因：取決于土的性質(zhì)，當(dāng)土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、滲透系數(shù)小、排水性能差等均產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。流砂現(xiàn)象極易發(fā)生在細(xì)砂、粉砂和亞粘土中。二、流砂及其防治

二、流砂及其防治2)外因：動(dòng)水壓力動(dòng)水壓力是流砂發(fā)生的重要條件。流動(dòng)中的地下水對(duì)土顆粒產(chǎn)生的壓力稱為動(dòng)水壓力，其性質(zhì)通過(guò)圖1—8所示的試驗(yàn)說(shuō)明。由上式可知，動(dòng)水壓GD與水力坡度I成正比，水位差越大，動(dòng)水壓力越大，而滲透路程越長(zhǎng)，動(dòng)水壓力越小。二、流砂及其防治2)外因：動(dòng)水壓力產(chǎn)生流砂現(xiàn)象主要是由于地下水的水力坡度大，即動(dòng)水壓力大，而且動(dòng)水壓力的方向(與水流方向一致)與土的重力方向相反，土不僅受水的浮力，而且受動(dòng)水壓力的作用，有向上舉的趨勢(shì)，當(dāng)動(dòng)水壓力等于或大于土的浸水密度時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，并隨地下水一起流入基坑，即發(fā)生流砂現(xiàn)象。

二、流砂及其防治３)內(nèi)因：取決于土壤性質(zhì)，土的孔隙度大，含水量大，粘粒含量少，粉粒多，滲透系數(shù)小，排水性能差，等均容易造成流沙。二、流砂及其防治2.3流砂的防治防治流砂的總原則是“治砂必治水”流砂防治的主要途徑是減小或平衡動(dòng)水壓力、截住地下水流、改變動(dòng)水壓力方向。具體措施為：1）搶挖法拋擲大石塊，增加土的壓重，以平衡動(dòng)水壓力；2）水下挖土法：水中挖土?xí)r，不抽水或減少抽水，保持坑內(nèi)水壓與地下水壓基本平衡；二、流砂及其防治2.3流砂的防治3）打鋼板樁或作地下連續(xù)墻法4）在枯水季節(jié)開挖：如條件許可，盡量安排枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底0.5m；5）井點(diǎn)降水法6）盡量安排在枯水期施工基坑；

在基坑開挖和地下結(jié)構(gòu)施工中，必須防止流沙，以免支護(hù)失效發(fā)生重大基坑坍塌事故二、流砂及其防治粉細(xì)沙隨地下水流入基坑，產(chǎn)生流沙任務(wù)三人工降低地下水位

坑底下面的土?xí)纬闪鲃?dòng)狀態(tài)，隨地下水涌入基坑，這種現(xiàn)象稱為流砂。

土體中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙孔道中發(fā)生移動(dòng)并被帶走，逐漸形成管形通道，這種即為管涌。三、井點(diǎn)降水1：將點(diǎn)降水是在基坑開挖前。與先在基坑周圍埋設(shè)一定的濾水管，利用抽水設(shè)備從中抽水，使地下水位降到坑底以下，在基坑開挖過(guò)程中仍不斷抽水，施瓦的土始終保持干燥狀態(tài)，從根本上防洪治流砂發(fā)生。2：方法輕型井點(diǎn)噴射井點(diǎn)管井井點(diǎn)深井井點(diǎn)電滲井點(diǎn)三、井點(diǎn)降水排水：地面設(shè)排水溝降水：地面以下降水方法分類：重力降水（集水坑、明溝等）和強(qiáng)制降水（輕型井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、深井井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)等）。其中集水坑降水和輕型井點(diǎn)降水采用較普遍三、井點(diǎn)降水法

井點(diǎn)降水：基坑開挖前，在基坑四周預(yù)先埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管(井)，在基坑開挖前和開挖過(guò)程中，利用抽水設(shè)備不斷抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基礎(chǔ)工程施工結(jié)束為止。分類：輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)及深井井點(diǎn)等

降水類型滲透系數(shù)(m/d)可能降低的水位深度(m)適用條件輕型井點(diǎn)多級(jí)輕型井點(diǎn)0.1-803-66-12沿基坑四周將多根井點(diǎn)管埋入蓄水層內(nèi)，并通過(guò)總管用水泵抽水噴射井點(diǎn)0.1-508-20沿基坑四周將多根井點(diǎn)管埋入蓄水層內(nèi)，井點(diǎn)管內(nèi)裝有特制的噴射器將水排出管井井點(diǎn)20-2003-5沿基坑四周埋設(shè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用水泵抽水各類井點(diǎn)適用范圍

降水類型滲透系數(shù)(m/d)可能降低的水位深度(m)適用條件深井井點(diǎn)10-80＞10沿基坑四周埋設(shè)管井，通過(guò)設(shè)置在井管內(nèi)的潛水泵將地下水抽走電滲井點(diǎn)<0.15-6沿基坑四周埋設(shè)井點(diǎn)管作為負(fù)極，以打入的鋼筋或鋼管為正極，用電線連接正負(fù)極，帶正電的水向負(fù)移移動(dòng)而被排出各類井點(diǎn)適用范圍

3.1輕型井點(diǎn)

沿基坑周圍或一側(cè)以一定間距將井點(diǎn)管(下端為濾管)埋入蓄水層內(nèi)，井點(diǎn)管上部與總管連接，利用抽水設(shè)備將地下水經(jīng)濾管進(jìn)入井管，經(jīng)總管不斷抽出，從而將地下水位降至坑底以下。3.1.1輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)構(gòu)成在地下水豐富地區(qū)，當(dāng)土的滲透系數(shù)為0.1-1m/d時(shí)，常采用輕型井點(diǎn)降水井點(diǎn)管彎連管總管3.1.1輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)構(gòu)成滲透系數(shù)它定義為單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過(guò)孔隙骨架的難易程度。滲透系數(shù)愈大，巖石透水性愈強(qiáng)。強(qiáng)透水的粗砂礫石層滲透系數(shù)>10米/d；弱透水的亞砂土滲透系數(shù)為1-0.01米/d；透水的粘土滲透系數(shù)<0.001米/d。據(jù)此可見土壤滲透系數(shù)決定于土壤質(zhì)地。真空泵

噴射混凝土坡面保護(hù)輕型井點(diǎn)降水3.1.1輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)構(gòu)成輕型井點(diǎn)設(shè)備由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成。管路系統(tǒng)包括濾管、井點(diǎn)管、彎聯(lián)管及總管等。構(gòu)造要求：井點(diǎn)管：直徑、長(zhǎng)度濾管：直徑、長(zhǎng)度、濾孔、保護(hù)層總管：直徑、長(zhǎng)度濾管必須埋設(shè)在含水層中3.1.1輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)構(gòu)成抽水設(shè)備真空泵設(shè)備、射流泵設(shè)備。干式真空泵抽水設(shè)備：真空泵、離心泵、水氣分離器三部分組成

濾管必須埋設(shè)在含水層中水分、空氣混合液水氣分離器空氣水真空泵離心泵3.1.2輕型井點(diǎn)的布置

當(dāng)基坑或溝槽寬度小于6m，水位降低深度不超過(guò)5m時(shí)，可用單排線狀井點(diǎn)布置在地下水流的上游一側(cè)，兩端延伸長(zhǎng)度一般不小于溝槽寬度。3.1.2輕型井點(diǎn)的布置如寬度大于6m或土質(zhì)不良，滲透系數(shù)較大時(shí)，宜用雙排井點(diǎn)，面積較大的基坑宜用環(huán)狀井點(diǎn)。高程布置：井點(diǎn)降水深度一般不超過(guò)6m為宜井點(diǎn)管露出地面高度：約0.2-0.3m

濾管需埋在透水層中井點(diǎn)管的埋設(shè)深度H(不含濾管)：式中H1——井點(diǎn)管埋設(shè)面至基坑底的距離，mh——基坑中心處坑底面(單排井點(diǎn)時(shí)，為遠(yuǎn)離井點(diǎn)一側(cè)坑底邊緣)至降低后地下水位的距離，一般為0.5～1.0mi——地下水降水水力梯度；環(huán)狀井點(diǎn)為1/10，單排線狀井點(diǎn)為1/4L——井點(diǎn)管至基坑中心的水平距離(單排井點(diǎn)中為井點(diǎn)管至基坑另一側(cè)的水平距離)，m當(dāng)一級(jí)井點(diǎn)系統(tǒng)達(dá)不到降水深度時(shí)，可采用二級(jí)井點(diǎn)，即先挖去第一級(jí)井點(diǎn)所疏干的土，然后在基坑底部裝設(shè)第二級(jí)井點(diǎn)，使降水深度增加計(jì)算內(nèi)容：基坑涌水量、井點(diǎn)管數(shù)量、井點(diǎn)管間距及抽水設(shè)備的選用水井分類：無(wú)壓完整井、無(wú)壓非完整井、承壓完整井、承壓非完整井3.1.3輕型井點(diǎn)的計(jì)算R：抽水影響半徑由井軸至漏斗最外邊緣（水位不變處）的水平距離3.1.3輕型井點(diǎn)的計(jì)算輕型井點(diǎn)的計(jì)算涌水量計(jì)算

無(wú)壓完整井：

Q=1.366K(2H-S)S/(㏒R-㏒X0)(公式1-21）

無(wú)壓非完整井：

Q=1.366K(2H0-S)S/(㏒R-㏒x0)(公式1-22）3.1.3輕型井點(diǎn)的計(jì)算

3.1.3輕型井點(diǎn)的計(jì)算在確定井點(diǎn)管間距時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1）井距不能過(guò)小，否則彼此干擾大，影響出水量，因此井距必須大于5πd。2）在總管拐彎處及靠近河流處，井點(diǎn)管宜適當(dāng)加密。3）在滲透系數(shù)小的土中，考慮到抽水使水位降落的時(shí)間比較長(zhǎng)，宜使井距縮小。4）間距應(yīng)與總管上的接頭間距相配合。3.1.3輕型井點(diǎn)的計(jì)算輕型井點(diǎn)抽水設(shè)備選擇真空泵型號(hào)：W5，總管不大于100m；W6，總管不大于120m最低真空度：hk＝10（hA+△h)。真空泵的真空度最大可達(dá)100kPa水泵流量：基坑涌水量的1.1-1.2倍水泵揚(yáng)程：﹥hA+△hhA根據(jù)降水深度要求的可吸真空度，近似取總管至濾管的深度，m△h水頭損失近似取1-1.5m3.1.3輕型井點(diǎn)的計(jì)算輕型井點(diǎn)的施工分為準(zhǔn)備工作、井點(diǎn)系統(tǒng)埋設(shè)、使用和拆除。埋設(shè)井點(diǎn)管的順序：根據(jù)降水方案放線、挖管溝、布設(shè)總管、沖孔、下井點(diǎn)管、埋砂濾層、粘土封口、彎聯(lián)管連接井點(diǎn)管與總管、安裝抽水設(shè)備、試抽井點(diǎn)管的埋設(shè)一般用水沖法施工，分為沖孔和埋管兩個(gè)過(guò)程。

3.1.4輕型井點(diǎn)的安裝1）成孔方法：射水法、沖水管沖孔法；2）沖孔直徑一般為300mm，深度一般比濾管深0.5m；3）井孔沖成后，立即插入井點(diǎn)管，并在井點(diǎn)管與孔壁之間填灌砂濾層。一般用粗砂，濾層厚度60-100mm，高度至少達(dá)到濾管頂上1-1.5m，也可填到原地下水位線。

3.1.4輕型井點(diǎn)的安裝

輕型井點(diǎn)注意事項(xiàng)：1）輕型井點(diǎn)運(yùn)行后，應(yīng)保證連續(xù)不斷地抽水。按時(shí)觀測(cè)流量、真空度和井內(nèi)水位變化。2）井孔沖成后，立即拔出沖管，插入井點(diǎn)管，并在井點(diǎn)管和孔壁之間迅速填灌砂濾層，防止孔壁塌孔。砂濾層的填灌質(zhì)量是保證輕型井點(diǎn)順利抽水的關(guān)鍵，一般選用干凈粗砂。3）井點(diǎn)填砂后，須用粘土封口，以防漏氣。4）地下基礎(chǔ)工程(或構(gòu)筑物)竣工并進(jìn)行回填土后，停機(jī)拆除井點(diǎn)排水設(shè)備。5）對(duì)附近原有建筑物進(jìn)行沉降觀測(cè)，必要時(shí)應(yīng)采取防護(hù)措施。

3.1.4輕型井點(diǎn)的安裝

3.1.5輕型井點(diǎn)的案例講解

3.1.5輕型井點(diǎn)的案例講解

計(jì)算注意事項(xiàng)：1）基坑底尺寸→基坑頂尺寸→總管長(zhǎng)度；2）水位降低值S；3）井點(diǎn)管的埋設(shè)深度H（埋設(shè)面低于地面0.5m）→選擇井點(diǎn)管→判斷是完整井還是非完整井；4）根據(jù)第一層土質(zhì)判定是無(wú)壓還是有壓;5）選擇計(jì)算公式，根據(jù)公式分別計(jì)算各參數(shù)（此時(shí)要按選擇的井點(diǎn)管長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算S、S’）→總涌水量Q；6）計(jì)算單根井點(diǎn)管最大出水量q

→井點(diǎn)管數(shù)量、井距→抽水設(shè)備選擇

在井點(diǎn)管內(nèi)部裝設(shè)特制的噴射器，用高壓水泵或空氣壓縮機(jī)通過(guò)井點(diǎn)管中的內(nèi)管向噴射器輸入高壓水（噴水井點(diǎn)）或壓縮空氣（噴氣井點(diǎn)）形成水氣射流，將地下水經(jīng)井點(diǎn)外管與內(nèi)管之間的縫隙抽出排走

特點(diǎn)：設(shè)備較簡(jiǎn)單，排水深度大，可達(dá)到8-20m，比多層輕型井點(diǎn)降水設(shè)備少，基坑土方開挖量少，施工快

適用范圍：基坑開挖較深，土的滲透系數(shù)0.1-50m/d，降水深度大于6m一般輕型井點(diǎn)不能滿足要求，而多級(jí)機(jī)具設(shè)備、開挖大，工期長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)

3.2噴射井點(diǎn)

圖1-35噴射井點(diǎn)設(shè)備及平面布置簡(jiǎn)圖

(a)噴射井點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)圖；(b)噴射揚(yáng)水器原理圖；(c)噴射井點(diǎn)平面布置

1－噴射井管；2－濾管；3－進(jìn)水總管；4－排水總管；5一高壓水泵；6－集水池；7－水泵；8－內(nèi)管；9－外管；10－噴嘴；11混合室；12－擴(kuò)散管；13－壓力表（c）（b）（a）噴射井點(diǎn)施工順序是：安裝水泵設(shè)備及泵的進(jìn)出水管路；鋪設(shè)進(jìn)水總管和回水總管；沉設(shè)井點(diǎn)管(包括灌填砂濾料)，接通進(jìn)水總管后及時(shí)進(jìn)行單根試抽、檢驗(yàn)；全部井點(diǎn)管沉設(shè)完畢后，接通回水總管，全面試抽，檢查整個(gè)降水系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及降水效果。3.2噴射井點(diǎn)

3.3電滲井點(diǎn)

深基坑施工中，滲透系數(shù)小于0.1m/d的土質(zhì)，這類土含水量大、壓縮性高、穩(wěn)定性差。將水保持在空隙內(nèi)，真空吸力降水效果不好，采用電滲井點(diǎn)降水。3.3電滲井點(diǎn)

飽和粘土中插入兩根電極，通入直流電，黏土粒向陽(yáng)極移動(dòng)，即電泳。水分電子向陰極移動(dòng)為電滲將一般輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)的井管作為陰極，并在其內(nèi)側(cè)相距約1.2m處增設(shè)對(duì)應(yīng)的垂直陽(yáng)電極。陽(yáng)極可用鋼筋或其他金屬材料插入，通電后土層中的水分子即能迅速滲至井管周圍，便于抽出排水。這種方法耗電多，只在特殊情況下使用。3.3電滲井點(diǎn)

3.3電滲井點(diǎn)

一般是先埋設(shè)輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)，預(yù)留出布置電滲井點(diǎn)陽(yáng)極的位置，待需要時(shí)再埋設(shè)電滲陰極，改善降水性能。鋼筋埋設(shè)必須垂直，嚴(yán)禁與相鄰陰極相碰，以免造成短路，損壞設(shè)備。3.3管井井點(diǎn)

管井系統(tǒng)沿基坑每隔一定距離設(shè)置一個(gè)管狀井，每井單獨(dú)用一臺(tái)水泵抽水。特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，排水量大，可代替多組輕型井點(diǎn)降水。適用范圍：土的滲透系數(shù)較大（20-200m/d），地下水充沛。井內(nèi)水位降低可達(dá)6-1