基坑排水

1.3基坑排水在基坑开挖过程中，当基底低于地下水位时，由于土的含水层被切断，地下水会不断地渗入坑内。雨期施工时，地面水也会不断流入坑内。如果不采取降水措施，把流入基坑内的水及时排走或把地下水位降低，不仅会使施工条件恶化，而且地基土被水泡软后，容易造成边坡塌方并使地基的承载力下降。另外，当基坑下遇有承压含水层时，若不降水减压，则基底可能被冲溃破坏。因此，为了保证工程质量和施工安全，在基坑开挖前或开挖过程中，必须采取措施，控制地下水位，使地基土在开挖及基础施工时保持干燥基坑降水的方法有集水坑降水和井点降水法。一、集水坑降水河海大学2010.09普通明沟排水集水井降水法一般适用于降水深度较小且土层为粗粒土层或渗水量小的粘性土层。当基坑开挖较深，又采用刚性土壁支护结构挡土并形成止水帷幕时，基坑内降水也多采用集水井降水法。在井点降水仍有局部区域降水深度不足时，也可辅以集水井降水。二、井点降水开挖土质不好且地下水位较高的深基坑（槽）时，应采用井点降水的方法，即在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），在基坑（槽）开挖前和开挖过程中，从管（井）内不间断抽水排出，使其四周地下水位下降而形成水位降落漏斗；漏斗的竖向外缘线称之为水位降落曲线。当各管（井）所形成的水位降落曲线互相衔接时，大面积的水位即降落至基底以下。这样，可使所挖的土始终保持干燥状态，从根本上防止了流砂的发生，改善了工作条件；同时土内水分排除后，边坡可改陡，减少了挖土量。此外，由于水压力向下作用，可以加速地基土的团结，防止基底隆起，以利于很高工程质量。井点降水方法按其系统的设置、吸水方法和原理的不同，可以分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。各种井点的适用范围，可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件等。井点类别土的渗透性(m/d)降水深度(m)轻型井点一级轻型井点0.1~503~6多级轻型井点0.1~50视井点级数而定喷射井点0.1~508~20电渗井点0.1视选用的井点而定管井类管井井点20~2003~5深井井点10~25015各种井点的适用范围(一）轻型井点降水系统轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管（见下图）。轻型井点设备1—地面；2—水泵；3—总管；4—井点管；5—滤管；6—降落后的水位；7—原地下水位；8—基坑底滤管构造1—钢管；2—管壁上的孔；3—塑料管；4—细滤网5—粗滤网；6—粗铁丝保护网；7—井点管；8—铸铁头干式真空泵工作原理1—滤管；2—井点管；3—弯联管；4—集水总管；5—过滤室；6—水气分离器；7—进水管；8—副水气分离器；9—放水口；10—真空泵；11—电动机；12—循环水泵；13—离心水泵•轻型井点设计轻型井点设计包括：⑴井点系统的平面布置⑵井点系统的高程布置⑶涌水量计算⑷确定井点管的数量根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用单排布置、双排布置、环形布置，当土方施工机械需进出基坑时，也可采用U形布置。•平面布置：当基坑（槽）宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，一般可用单排井点，布置在地下水的上游一侧，其两端延伸长度一般不小于该坑（槽）的宽度为宜；如基坑宽度大于6m或土质不良，则宜采用双排井点。当基坑面积较大时，宜采用环形井点。为便于挖土机械和运土车辆出入基坑，环形井点也可以地下水的下游保留一段不设井管，而形成不封闭的布置。井管与坑壁距离不宜小于1m，以防止坑壁产生泄漏而影响抽水系统的真空度。井管间距应根据土质、降水深度，工程性质按计算或经验确定，一般为0.8~1.6m。靠近河流处与总管四角部位，井管应适当加密。a）单排布置；b）双排布置；c）环形布置；d）U形布置井点的平面布置•⑵高程布置：•高程布置即是井点系统的竖向布置，取决于基坑的开挖深度，地下水位高度、降水深度等条件。井管的埋设深度H（不包括滤管）可按下式计算；hh1+△h+iL•⑶涌水量计算目前一般是运用以达西定律为基础的裘布依水井理论求其近似值，其中水井的类别不同，反映在计算公式中的参数有所差别。水井根据地下有无压力分为无压井和承压井。当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时（即地下水面为自由水面），称为无压井；•⑶涌水量计算当水井布置在承压含水层中时（含水层中的地下水充满在两层不透水层间，含水层中的地下水面具有一定水压），称为承压井。另外，根据井底是否达到不透水层，可将水井分为完整井和非完整井，达到者为完整井，否则为非完整井。在实际工程中，以无压非完整井为多见。1）无压完整井的单井涌水量：在无压完整井内抽水时，水位变化如图所示。当抽水一定时间后，井周围水面最后降落成渐趋稳定的漏斗状曲面，称为降落漏斗。水井中心至漏斗外缘的水平距离称为抽水影响半径R。根据达西定律，无压完整井涌水量QrRhHKQlglg364.1222）无压完整井的群井水量：实际井点系统是由许多单井组成的。各井点同时抽水时，由于各个单井相互距离都小于两倍抽水影响半径，因而各个单井水位降落漏斗彼此干扰，其涌水量比单独抽水时要小，所以群井的总涌水量不等于各个单井涌水量之和。nxxxnRyHKQ,,,lg1lg364.121223）无压完整井的环形井点涌水量：设环形布置的群井范围内任意点o距各井中心距离为x1=x2=……=xn=x0，即各单井布置在等半径的圆周上，则可简化为：0lglg2364.1xRssHKQ式中s——群井中心水位降低值，s=H-y。实际工程中的基坑多为矩形，其井点也按矩形布置。为方便计算，常将矩形面积按等值圆计算并求出其假想半径x04)无压非完整井的环形井点涌水量；无压非完整井的环形井点系统如图所示。其涌水量的计算较为复杂，为了简化计算，仍可采用无压完整井的环形井点涌水量计算公式，只是式中的H应换成抽水影响深度H0（当井底距不透水层的距离很大时，抽水时扰动显然不能影响至下层），H0值系经验值，可查表选用。当算得的H0大于实际含水层厚度Ｈ时，则仍取Ｈ值。0lglg2364.1xRssHKQ（2）井管数量与井距的确定。首先根据地下水在土中的渗透速度、滤管的构造与尺寸，确定单根井管的最大出水量q（m3/d）：365KdldlqqQn1.1nLD00niixxxnRKQHHyHs,,,lg1lg364.1212（3）抽水设备的选择。1）真空泵：干式（往复式）：排气量大，在轻型井点降水中采用较多。型号有W4，W5，…，W7等，选择时，除要求其所产生的真空度满足规定外，还要根据计算中的井管数和总管长度来选择相应的型号。根据经验，w4型可负担60~70根井管，带动总管长约80ｍ；Ｗ5带动总管长约100ｍ，Ｗ6约为120ｍ。个别地区采用W7型时，总管长度可大于120m。真空泵的真空度，根据力学性能，最大可达99.8kPa。真空泵在抽水过程中所需的最低真空度hｋ，根据降水深度及各项水头损失，可按下式计算:hk=10(H+Δh）（3）抽水设备的选择。1）真空泵：湿式（旋转式）：重量轻、振动小、容许水分渗入等优点，但排气量小，宜在粉砂土和新性土中使用。４．轻型井点系统的安装与使用轻型井点系统的安装程序是，先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井管与总管联接，然后安装抽水设备。井管的埋设一般用水冲法进行，如图所示，分为冲孔、埋管与封口三个施工过程。冲孔冲孔直径一般为300mm，以保证有一定厚度的砂虑层。冲孔深度比滤管底深0.5m。埋管填砂粘土封口防止漏气多层轻井（二）喷射井点当开挖的基坑（槽）深度较大，且地下水位较高时，若布置一层轻型井点则不能满足降水深度要求，如采用多层轻型井点布置，则在技术经济上又不合理，因此，当降水深度超过6ｍ，土层渗透系数为0.1~2.0ｍ／ｄ的弱水层时，可采用喷射井点，降水深度可达20ｍ。喷射井点的平面布置：当基坑宽度小于10m时，井点可做单排布置；当大于10m时，可做双排布置；当基坑面积较大时，宜采用环形布置[见图]，井点间距一般取2~3m。涌水量计算与井管的埋设，与一般轻型井点相同。（三）电渗井点在深基坑施工中，有时会遇到渗透系数小于0.1m/d的土质，这类土含水量大，压缩生高，稳定性差。由于土粒间微小孔隙的毛细管作用，将水保持在孔隙内，单靠用真空吸力的降水方法效果已不大，此时，常用采电渗井点降水。在饱和黏土中插入两根电极，通入直流电时，黏土粒即能沿电力线向阳极移动，称为电泳；而水分子则向阴极移动称为电渗。电渗井点将一般轻型井点或喷射井点的井管作为阴极，并在其内侧相距约1.2m处增设对应的垂直阳电极。阳极可用钢筋或其他金属材料插入，通电后土层中的水分子即能迅速渗至井管周围，便于抽出排水（四）管井井点与深井井点在土的渗透系数（20-200m/d），地下水含量的土层中降水，宜采用管井或深井井点。管井井点就是在基坑四周每隔10~50m钻孔成井，然后放入钢管或钢筋混凝土管，其底部设置一段滤水管，每个井管用一台水泵不断抽水，以使水位降低。深井井点与管井井点基本相同，只是井较深，井内用深井泵抽水。深井泵的扬程可达100m，故当要求降水深度很大，采用管井井点已不能满足要求时，则用深井井点。•沿基坑外围每隔一定距离（10~50m）设置一个管井。•每个管井埋设滤水井管，单独用一台水泵。抽水泵的抽水能力较大时，也可设集水总管。•施工程序：-施工准备、钻孔、安装井管、填砾封井、洗井、抽水试验。