揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案序號5周次3授課形式講授授課章節(jié)名稱第五節(jié)人工降低地下水位教學(xué)目的使學(xué)生熟悉地下水降水辦法；掌握輕型井點降水方法和降水計算，了解輕型井點施工要求；熟悉發(fā)生流砂的原因和條件及流砂防治方法。教學(xué)重點地下水降水辦法；發(fā)生流砂的原因和條件及流砂防治方法教學(xué)難點輕型井點降水方法和降水計算使用教具粉筆課外作業(yè)對本次課所學(xué)內(nèi)容進行復(fù)習(xí)，下次課提問。P55頁思考題12、14。課后體會授課主要內(nèi)容復(fù)習(xí)上次課的內(nèi)容；提問1、影響填土壓實質(zhì)量的因素有哪些？回答。講授新課第五節(jié)人工降低地下水位土方開挖過程中，當(dāng)基坑底面標(biāo)高低于地下水位時，地下水會不斷滲入坑內(nèi)，雨季施工時，地面水也會流入坑內(nèi)。這種情況下，如果沒有采用降水和排水措施把流入坑內(nèi)的水及時排走或降低地下水位，不僅會使施工條件惡化，還會造成邊坡塌方和地基承載能力下降。因此，在基坑土方開挖前和開挖過程中，必須采取相應(yīng)措施做好降水和排水工作，降低基坑內(nèi)的水位。方法：集水坑降水法、井點降水法。一、集水坑降水法集水坑降水法是在基坑開挖過程中，在坑底設(shè)置集水坑，并沿坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水流入集水坑中，然后用水泵抽水。1．集水坑設(shè)置集水坑應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)范圍以外，地下水流的上游。集水坑的直徑或?qū)挾纫话銥?．6～0．8m，深度要保持低于挖土面0．7～1．0m，井壁可用竹、木等簡易加固。當(dāng)基坑挖至設(shè)計標(biāo)高后，井底應(yīng)保持低于坑底1～2m，并鋪設(shè)碎石濾水層，以免在抽水時間較長時將泥砂抽出，同時防止井底的土被攪動。2．水泵選用建筑工程中用于排水的水泵主要有離心泵、潛水泵和軟軸水泵等。(1)離心泵。離心泵的抽水原理是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力，將輪心部分的水甩往輪邊，沿出水管壓向高處。此時葉輪中心形成部分真空，這樣，水在大氣壓力作用下就能源源不斷地從吸水管內(nèi)自動上升進人水泵。選擇離心泵主要的依據(jù)是需要的流量與揚程。流量是指水泵單位時間內(nèi)的出水量。揚程是指水泵能揚水的高度，也稱水頭?？倱P程(H)包括吸水揚程和出水揚程兩部分。對基坑排水來說，離心泵的流量應(yīng)大于基坑的涌水量；吸水揚程和出水揚程亦應(yīng)大于基坑所需的揚程。離心泵的抽水能力大，適用于地下水量較大的基坑。離心泵在使用中要防止漏氣與臟物堵塞等。(2)潛水泵。潛水泵由立式水泵和電動機組合而成，水泵裝在電動機上端，葉輪可制成離心式或螺旋槳式，電動機設(shè)有密封裝置。潛水泵工作時是全浸入水中。這種泵具有體積小、質(zhì)量輕、移動方便、安裝簡單和開泵時不需引水等優(yōu)點，因此在基坑排水中采用較廣。使用潛水泵時，為了防止電機燒壞，不得脫水運轉(zhuǎn)或陷入泥中；也不得排灌含泥量較高的水或泥漿水，以免泵葉輪被雜物堵塞。集水坑降水法由于設(shè)備簡單和排水方便，采用較為普遍，宜用于粗粒土層(因為土粒不致被水流帶走)和滲水量小的粘性土。當(dāng)土為細(xì)砂和粉砂時，地下水滲出會帶走細(xì)粒，發(fā)生流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致邊坡坍塌、坑底凸起、給施工造成困難，此時應(yīng)采用井點降水法。3．流砂及其防治當(dāng)基坑挖到地下水位以下，又采用坑內(nèi)抽水時，有時坑底下面的土?xí)纬闪鲃訝顟B(tài)，隨地下水一起涌進基坑內(nèi)，這種現(xiàn)象稱為流砂。流砂的產(chǎn)生與動水壓力的大小和方向有關(guān)，因此在基坑開挖過程中，防治流砂的途徑有三種，一是減小或平衡動水壓力，二是設(shè)法使動水壓力方向向下，三是截斷地下水流。防治流砂有如下具體措施：(1)枯水期施工。(2)拋大石塊法。(3)打鋼板樁法。(4)水下挖土法。(5)人工降低地下水位法。(6)地下連續(xù)墻。二、井點降水井點降水法就是在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管(井)，利用抽水設(shè)備從中抽水，使地下水位降到坑底以下；在基坑開挖過程中仍不斷抽水，使所挖的土始終保持干燥狀態(tài)，從根本上防止流砂發(fā)生。通過井點降水，土內(nèi)水分排除，可改變邊坡坡度，減少挖土量。此外，還可以防止基底隆起和加速地基固結(jié)，有利于提高工程質(zhì)量。井點降水法有輕型井點、噴射井點、管井井點、深井井點及電滲井點等，可根據(jù)土的滲透系數(shù)、降低水位的深度、工程特點及設(shè)備條件綜合選用。各井點降水法的適用范圍見下表：降水方案基坑開挖深度（m）土類粘土、淤泥質(zhì)土、淤泥粉質(zhì)粘土、粉砂細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂≤6單層井點、電滲法單層井點、電滲法單層井點、表面排水6～12多層井點、噴射井點多層井點、噴射井點多層井點、管井12～20噴射井點、深井泵噴射井點、深井泵噴射井點、深井泵＞20噴射井點、深井泵噴射井點、深井泵深井泵1．輕型井點輕型井點法就是沿基坑的四周將許多直徑較細(xì)的井點管埋入地下蓄水層內(nèi)，井點管的上端通過彎聯(lián)管與總管相連接，利用抽水設(shè)備將地下水從井點管內(nèi)不斷抽出，可將原有地下水位降至坑底以下。2．噴射井點噴射井點降水是在井點管內(nèi)部裝設(shè)特制的噴射器，用高壓水泵或空氣壓縮機通過井點管中的內(nèi)管噴射器輸入高壓水(噴水井點)或壓縮空氣(噴氣井點)，形成水氣射流，將地下水經(jīng)井點外管與內(nèi)管的間隙抽出排走。這種方法設(shè)備較簡單，排水深度大，比多層輕型井點降水設(shè)備少，基坑土方開挖量小，施工快，費用低。3．電滲井點電滲井點降水是利用井點管本身作陰極，沿基坑(槽)外圍布置，用鋼管(直徑50～70mm)或鋼筋(直徑25mm以上)作陽極，埋設(shè)在井點管環(huán)圈內(nèi)側(cè)0.8～1.25m處，外露在地面上約200～400mm，其入土深度應(yīng)比井點管深500對陰陽極通以直流電，應(yīng)用電壓比降使帶負(fù)電荷的土粒向陽極方阿移動(即電泳作用)，帶正電荷的孔隙水則向陰極方向集中，產(chǎn)生電滲現(xiàn)象，在電滲與真空的雙重作用下，強制粘土中的水從內(nèi)向外流入井點管附近，由井點管快速排除，使井點管能保持連續(xù)抽水，地下水位逐漸下降，而電極間的土層則形成電圈幕，由于電場作用阻止地下水從四周流入坑內(nèi)。電滲井點因耗電較多，只能在特殊情況下使用。4．管井井點管井井點是沿基坑每隔20～50m設(shè)置一個管井，深度為8～15m，每個管井單獨用一臺水泵不斷抽水來降低地下水位。在土的滲透系數(shù)大(20～200m／d)、地下水量大的土層中，宜采用管井井點。管井井點的設(shè)備主要由管井、吸水管及水泵組成。管井可用鋼管管井和混凝土管管井等。管井的沉設(shè)可采用泥漿護壁鉆孔法；井孔鉆成后要進行清孔，然后下井管并隨即用粗砂或礫石填充作為過濾層。洗井是管井沉設(shè)中最后一道重要工序，其作用是清除井內(nèi)泥砂和過濾層淤塞，使井的出水量達(dá)到正常要求。洗井方法有水泵洗井法、空氣壓縮機洗井法等。5．深井井點深井井點降水是在深基坑周圍埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潛水泵將地下水從深井內(nèi)揚升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。電動機安裝在地面上，通過長軸傳動使深井內(nèi)的水泵葉輪旋轉(zhuǎn)，這種叫做深井泵。而電動機和水泵均淹沒在深井內(nèi)工作的稱為深井潛水泵。深井井點系統(tǒng)設(shè)備由深井、井管、深井潛水泵和集水井等組成。三、輕型井點降水1．輕型井點設(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、井點管、彎聯(lián)管及總管等?？偣苊抗?jié)長度為4m，其上每隔0.8m或抽水設(shè)備由真空泵、離心泵和水氣分離器等組成。2．輕型井點布置輕型井點布置根據(jù)基坑大小與深度、土質(zhì)、地下水位高低與流向、降水深度要求等確定。井點布置得是否恰當(dāng)，對井點使用效果影響較大。平面布置。當(dāng)基坑或溝槽寬度小于6m且降水深度不超過5m時，一般可采用單排線狀井點，布置在地下水流的上游一側(cè)，其兩端的延伸長度一般以不小于坑(槽)寬為宜。如基坑寬度大于6m或土質(zhì)不良，則宜采用雙排井點。當(dāng)基坑面積較大時，宜采用環(huán)形井點；有時為了施工需要，也可留出一段(地下水流下游方向)不封閉。井點管距離基坑壁一般不宜小于0．7～1．0m，以防局部發(fā)生漏氣。一套抽水設(shè)備能帶動的總管長度一般為100～120m。采用多套抽水設(shè)備時，井點系統(tǒng)要分段，各段長度應(yīng)大致相等，其分段地點宜選擇在基坑拐彎處，以減少總管彎頭數(shù)量，提高水泵抽吸能力。泵宜設(shè)置在各段總管的中部，以提高抽水效果。采用多套井點設(shè)備時，各套井點總管之間應(yīng)裝設(shè)閥門隔開，這樣，當(dāng)其中一套泵組發(fā)生故障時，可開啟相鄰閥門，借鄰近的泵組來維持抽水。(2)高程布置。輕型井點的降水深度，一般以不超過6m為宜。井點管的埋置深度H(不包括濾管)可按下式計算：式中：——總管平臺面至基坑底面的距離，m；——基坑底面至降低后的地下水位線的距離，一般0．5～1．0m；——水力坡度，根據(jù)實測：環(huán)形井點為1／10，單排線狀井點為1／4；——井點管至基坑中心的水平距離，m。為了充分利用抽吸能力，總管平臺標(biāo)高宜接近原有地下水位線(要事先挖槽)，水泵軸心標(biāo)高宜與總管齊平或略低于總管。3．輕型井點計算輕型井點的計算內(nèi)容包括井點管數(shù)量與井距的確定以及抽水設(shè)備選用等。(1)涌水量計算。①單井涌水量計算。水井根據(jù)井底是否達(dá)到不透水層，分為完整井與不完整井：凡井底到達(dá)含水層下面的不透水層頂面的井稱為完整井；否則稱為不完整井。根據(jù)地下水有無壓力，又分為無壓力井(即水井布置在潛水埋藏區(qū)，吸取的地下水是無壓潛水)與承壓井(即水井布置在承壓水埋藏區(qū)，吸取的地下水是承壓水)。無壓完整井抽水到一定時間后，井周圍水面最后降落成漸趨穩(wěn)定的漏斗狀曲面，稱之為降落漏斗。水井軸至漏斗邊緣(該處原有水位不變)的水平距離稱為抽水影響半徑R，其計算公式為：式中：s——基坑中心的水位降低值，m；H——含水層厚度，m；k——土的滲透系數(shù)，m/d。②井點系統(tǒng)(群井)涌水量計算。無壓完整井環(huán)形井點系統(tǒng)總涌水量，根據(jù)群井的相互干擾作用，其計算式如下：式中：Q——井點系統(tǒng)的涌水量，m3／d；x0——基坑假想半徑，m，；F——環(huán)狀井點系統(tǒng)所包圍的面積，m2。對于無壓不完整井的井點系統(tǒng)，為了簡化計算，將含水層厚度H換成有效帶的深度H0。H0為經(jīng)驗數(shù)值，可查P51表1－9得出。（當(dāng)算得的Ho大于實際含水層厚度H時，則仍取H值。）承壓完整井環(huán)形井點涌水量計算公式為：式中：M——承壓含水層厚度，m。承壓非完整井環(huán)形井點涌水量計算公式為：式中：r——井點管的半徑，m；l1——井點管進入含水層的深度，m。(2)井點管數(shù)量與井距的確定。單根井點管的最大出水量q，主要根據(jù)土的滲透系數(shù)、濾管的構(gòu)造和尺寸，按下式確定：（m3／d）式中：d——濾管直徑，m；l——濾管長度，m。井點管的最少根數(shù)n，根據(jù)井點系統(tǒng)涌水量Q和單根井點管最大出水量q，按下式確定：井點管數(shù)量算出后，便可根據(jù)井點系統(tǒng)布置方式，求出井點管間距D。式中：L——總管長度，m；n——井點管根數(shù)。確定井點管間距時，還應(yīng)注意以下幾點：①井距不能過小，否則彼此干擾大，出水量會顯著減少，因此井距必須大于5d；②在滲透系數(shù)小的土中，井距應(yīng)取得小一些；③靠近河流處，井管宜適當(dāng)加密；④井距應(yīng)與總管上的接頭間距相匹配。4．輕型井點的施工(1)輕型井點施工工藝。輕型井點施工按如下流程進行：放線定位→鋪設(shè)總管→沖孔→安裝井點管→填砂礫濾料、上部填粘土密封→用彎聯(lián)管將井點管與總管接通→安裝抽水設(shè)備→開動設(shè)備試抽水→測量觀測井中地下水位變化。(2)井點管埋設(shè)。井點管埋設(shè)過程可分為：沖孔、埋管。井孔沖成后應(yīng)立即拔出沖管，插入井點管，并在井點管與孔壁之間迅速填灌砂濾層，以防孔壁塌土。砂濾層的填灌質(zhì)量是保證輕型井點順利抽水的關(guān)鍵。一般宜選用干凈粗砂，填灌均勻，并填至濾管頂上1～1．5m，以保證水流暢通。井點填砂后須用粘土封口，以防漏氣。井點管埋設(shè)完畢后需進行試抽，檢查有無漏氣、淤塞現(xiàn)象以及出水是否正常，如有異常情況，應(yīng)檢修好方可使用。(3)井點管使用。正常出