给排水工程施工教案之施工排水

1、施工排水 含水土层内的水分以水气、结合水和自由水3种状态存在。结合水没有出水性。土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动，土体被水透过的性质称为渗透性，通常以渗透系数K来表示。水在土中渗流属于“层流”。法国人达西通过渗流实验得出水在土中的渗流规律，即达西线形渗透定律： V= KI (2-1)式中V 渗透速度(m/d, m/h或m/s)；I水力坡度, I= ; L水的渗流线长度 (m);H在渗流线长度L内的水头差 (m);K渗透系数 (m/d, m/h或m/s)。 当渗水通过土体的断面积（也称过水断面）为W时，其渗透流量为：Q=KIW (2-2) 土的渗透系数大小决定于土的结构、土颗粒大小及粒径

2、级配、土的密实度等。同一种土的渗透系数是随土的密度程度而变化的。表2-1给出的渗透系数值供参考。在施工中为了获得可靠的渗透系数值，应进行实测求得。0.5115520205050150粉砂细砂中砂粗砂砾石150.150O150O12O12020010250单层轻型井点多层轻型井点喷射扑点电渗井点管井井点深井井点降低水位深度/m渗透系数/(m/d)井 点 类 别表2-2 各种井点的适用范围 在给排水管道工程施工中，一般采用轻型井点法就能满足需要，而在给排水构筑物基础施工中，常采用管井井点和深井井点降低地下水。 轻型井点适用于粉砂、细砂、中砂、粗砂等渗透系数0.150m/d，要求降低地下水位深度36

3、m的场合。 1.轻型井点 (1)轻型井点系统的组成 轻型井点系统由滤管、直管、弯联管、总管和抽水设备组成（图2-2）。 滤管设在含水层内，地下水经滤管、直管、弯联管、总管，由抽水设备排除，如图2-3。 滤管是井点设备的重要组成部分，其构造是否合理，对抽水效果影响较大。 滤管（图2-4）由镀锌钢管制作，公称通径一般取50mm，长11.5m，管壁钻呈三角形分布的滤孔。滤管的下端用管堵封闭；也可安装沉砂管，使地下水中夹带的砂粒沉积在管内。 滤管外壁包扎滤网，防止砂粒进入。滤网一般分为两层，内层的滤网采用每厘米3050眼的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用每厘米510眼的塑料纱布。轻型井点施工图2-3

4、沟槽双排井点系统 图2-2 轻型井点系统管路l一滤管 2一直管 3一橡胶弯联管4一总管 5一地下水降落曲线 6一沟槽图2-4 滤管构造图 a)井点滤管构造；b)井点管壁孔眼布置1一井点滤管 2一滤孔 3一塑料绳骨架 4一铜丝或尼龙布 5一塑料纱布 滤管外避包扎滤网，防止砂粒进入。滤网材料和网孔规格根据土颗粒粒径和地下水水质而定。滤网一般分为两层，内层的滤网采用3050眼/cm的铜丝布或尼龙丝布，负层粗滤网采用510眼/cm的塑料纱布。管壁与滤网之间用塑料绳骨架绕成螺旋形隔开，滤网外面用粗铁丝网保护。滤管上端与直管连接。 直管与滤管管径相同，其长度57m。上端用弯联管与总管连接。 弯联管通常采用

5、橡胶管，直径与直管相同。每个弯联管均应安装阀门，以便井点检修。 集水总管一般用直径150mm的钢管，总管分节，常采用法兰连接，每节长46m。 轻型井点系统采用真空式或射流式抽水设备。降水深度较小时，也可采用自引式抽水设备。自引式抽水设备是用离心水泵直接从总管抽水，地下水位降落深度仅为25m。真空式抽水设备除真空泵、离心水泵外，还需要沉砂罐、稳压罐、冷却循环水系统，设备复杂、操作不便。射流式抽水设备简单，工作可靠，操作方便，是一种广泛应用的抽水设备。其工作原理如图2-5所示。图2-5 射流泵 离心水泵从水箱内抽水，泵压高压水在射流器的喷口出流形成射流，产生真空度，将地下水由滤管、直管、弯联管、总

6、管吸入水箱内，水箱内的水经滤清后一部分参入循环，多余部分由水箱上部的出水口排除。 采用射流式抽水设备降低地下水位时，要特别注意管路、水箱的密封，否则会影响降水效果。 (2)轻型井点系统的计算 轻型井点系统的计算，是确定在降低地下水位的范围内，井点系统总涌水量计算需埋设的井点管数目、埋深、水泵的抽水能力等。 计算井点系统时，应具备地质剖面图（包括含水层厚度、不透水层厚度、地下水位线）、土的物理力学性质（包括含水土层颗粒组成、饱和含水量、土的渗透系数等）、抽水实验报告（包括井位、井径、滤管所在土层等）和井点系统设备性能等资料。 1) 涌水量计算。 一般地，施工中遇到的大多为潜水不完整井（图2-6）

7、，其涌水量可由下式决定(2-3)式中Q涌水量 （m3/d）；K渗透系数 （m3/d）；S0降水深度（m）； R 影响半径(m)；X0设计沟槽或基坑半径(m)； H0含水层有效带厚度(m)。 图2-6 潜水不完整井的有效带计算图 H0=(S0+L)，其中L为滤管长度，当 时，=1.3；当 时，=1.5；当 时， =1.7；当 时，=1.85。 2)渗透系数K和影响半径R的确定。渗透系数K值和影响半径R值是涌水量计算的重要参数，取值是否正确，直接影响计算结果的准确性，尽管K和R值的计算方法有很多种，但为了提高涌水量计算的精度，一般应进行现场抽水试验确定。 (3) 井点管数量及井距计算 井点管的数量

8、取决于井点系统涌水量的多少和单根井点管的最大出水量，单根井点管最大出水量与滤管的构造、尺寸、土的渗透系数有关，按下式计算：(2-4)式中q 单根井点管的最大出水量（m3/d）；d 滤管直径（m）；L 滤管长度（m）；K 渗透系数（m3/d）。 井点管根数n按下式计算：(2-5)式中1.1 备用系数，考虑井点管堵塞等因素；Q涌水量（m3/d）。 井点管间距l按下式计算：(2-6)式中L0 集水总管长度(m)；N井点管根数。 在确定井点管间距时，应注意以下几点： 1) 井距不能过小，否则彼此干扰大，影响出水量，因此井距必须大于5d； 2) 在总管拐弯处及靠近河流处，井点管宜适当加密； 3) 在渗透

9、系数小的土中，考虑到抽水使水位降落的时间比较长，宜使井距靠近； 4) 间距应与总管上的接口间距相配合。 (4)轻型井点布置 轻型井点的布置要根据沟槽或基坑的平面形状及尺寸、沟槽或基坑的深度、土质、地下水位高低及流向、降水深度要求等因素确定。 1) 平面布置。沟槽降水，可采用单排或双排布置。一般情况下，槽宽小于2.5m，要求降低地下水位深度不大于4.5m时，可采用单排井点平面布置，并布置在地下水流上游一侧。 井点管应布置在沟槽或基坑上口边缘外11.5m处。布置过近，不利于施工，而且可能使井点露出而与大气连通，破坏井点真空系统。 2) 高程布置。轻型井点的降深一般不超过6m。井点管上端的埋设高程由

10、下式确定（图2-7）： H=H1+h1+h2+s (2-7)式中H井点管上端埋设高程(m)；H1槽底高程(m) ；h1降水后地下水位与槽底的最小距离，根据施工要求h10.5m；h2水力坡降，h2=Il1, I为水力梯度，在细砂、粉砂层取1/81/10，l1为井点管距对面槽底边缘距离(m) ；s井点管壁局部损失(m),取0.5m。图2-7 沟槽双排井点系统 1-砂圈过滤层 2-粘土密封 D-地面至滤管顶标高的距离 D1-地面至槽底的距离 为了提高降水深度，总管埋设高程应接近原地下水位。一般情况下，总管位于原地下水位以上0.20.3m。因此，总管和井点管通常是开挖小沟进行埋设或设置在基坑分层开挖的

11、平台上。总管布置以1/10002/1000的坡度坡向水泵。 抽水设备常设置在总管中部或一端,水泵进水管轴线尽量与地下水位接近，常与总管在同一标高，或高出0.5m左右，但水泵轴线不宜低于原地下水位以上0.50.8m。 (5)轻型井点的施工顺序：开挖井点沟槽，敷设集水总管；冲孔，沉设井点管，灌填砂滤料；弯联管与集水总管连接；安装抽水设备；试抽。 井点管的埋设方法有射水法、冲孔（或钻孔）法及套管法，根据设备条件及土质情况选用。 射水法是在井点管的底端装上冲水装置来冲孔下沉井点管，见图2-8。冲孔装置内装有球阀和环阀，用高压水冲孔时，球阀下落，高压水流在井点管底部喷出使土层形成孔洞，井点管依靠自重下沉

12、，泥砂从井点管和土壁之间的孔隙内随水流排出，较粗的砂粒随井点下沉，形成滤层的一部分。当井点管达到设计标高后，冲水停止，球阀上浮，可防止土进入井点管内，然后立即填砂滤层。冲孔直径应不小于300mm，冲孔深度应比滤管深0.5m左右，以利沉泥砂。井点管要位于砂滤层中层。图2-8 直井用井点管水冲 a)水向下冲射 b)抽水时 冲孔法是用直径为5070mm的冲水管冲孔后，再沉放井点管，见图2-9。图2-9 冲管冲孔法 l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 冲水管长度一般比井点管约长1.5m，下端装有圆锥形冲嘴，在冲嘴的圆锥

13、面上钻有3个喷水小孔，各孔之间焊有三角形立翼，以辅助冲水时扰动土层，便于冲管更快下沉。冲管上端用橡胶管与高压水泵连接。加快冲孔速度，减少用水量，有时还在冲管两旁加装压缩空气管。 冲孔前先在井点管位置开挖小坑，并用小沟渠将小坑连接起来，以便排水。冲孔时，先将冲管吊起并插在井点坑内，然后开动高压水泵将土冲松，冲管边冲边沉，冲孔时应使孔洞保持垂直，上下孔径一致。冲孔直径一般为300mm，以保证管壁有一定厚度的砂滤层；冲孔深度一般比滤管底深0.5mm左右。 井孔冲成后，拔出冲管，立即插入井点管，并在井点管与孔壁之间填灌砂滤层。砂滤层所用的砂一般为粗砂，滤层厚60100mm，填充高度至少要到滤管顶以上1

14、1.5m，也可填到原地下水位线，以保证水流畅通。 土质密实坚硬，可采用套管辅助切土。若土质十分松软,可用套管在冲土时支撑孔壁。套管法冲沉井点管如图2-10所示。套管直径为350400mm，长68m，底部呈锯齿形。水枪放在套管内。冲孔时，套管由起重机吊起并作上下移动，切入土中。冲至要求深度，放入井点管，并在套管内填入砂滤层，同时慢慢拔出套管。 图2-10 套管冲沉井点管 每根井点管沉设后应检验渗水性能。井点管与孔壁之间填砂滤料时，管口应有泥浆水冒出，或向管内灌水时，能很快下渗，方为合格。 井点管沉设完毕，即可接通总管和抽水设备，然后进行试抽。要全面检查管路接头质量，井点出水状况和抽水设备运行情况

15、等。如发现漏气和死井（井点管淤塞）要及时处理，检查合格后，井点孔口到地面距离范围内，应用粘土填塞，以防漏气，填深不小于1m。 轻型井点使用时，应连续抽水（特别是开始阶段）。时抽时停，易使滤管堵塞，也易抽出土粒，使出水混浊，并可能造成附近建筑物下土粒流失而使地面沉降。抽水过程中应调节离心泵的出水阀以控制水量，使抽水保持均匀。 井点系统的拆除，应从水泵停止抽水后进行。用起重机拔起井点管，若井点管难拔时，可用高压水自直管冲下后再拔。拔出后的井点管和直管应检修保养。井点管埋设孔一般用砂土回填。 2.喷射井点 当沟槽或基坑开挖较深，降水深度要求大于6m时，宜采用喷射井点降水，降深可达820m。在渗透系数

16、为350m/d的砂土中应用此法最为有效，在对渗透系数为0.13m/d的粉砂、淤泥质土中效果也较显著。根据工作介质不同，喷射井点分为喷水井点和喷气井点两种。国内目前采用较多的为喷水井点。 (1) 喷射井点设备与布置 喷射井点设备由喷射井管、高压水泵及进水排水管路组成，见图(2-11a)。喷射井管有内管和外管，在内管下端设有喷射器与滤管相连，见(图2-10b)。高压水(070.8MPa)经外管与内管之间的环形空间，并经喷射器侧孔流向喷嘴，由于喷嘴处截面突然缩小，压力水经喷嘴以很高的流速喷入混合室，使该室压力下降，造成一定的真空度，此时，地下水被吸入混合室与高压水汇合，流经扩散管，由于截面扩大，水流

17、速度相应减小，使水的压力逐渐升高，沿内管上升经排水总管排出。图2-11 喷射井点设备及布置a) 井点设备组成 b) 井管断面图 c) 井点平面面布置图1一喷射井管 2一滤管 3一进水总管 4一排水总管 5一高压水泵 6一集水池 7一水泵 8-内管 9一外管 10一喷嘴 11一 混合室 12一扩散管 13一压力表 高压水泵宜采用流量为5080m3/d的多级高压水泵，每套约能带动2030根井管。 喷射井点的平面布置，当基坑宽小于10m时，井点可作单排布置；当大于10m时，可作双排布置；当基坑面积较大时，宜采用环形布置，见(图2-11c)。井点间距一般采用23m。 (2) 喷射井点的施工与使用 施工

18、顺序为：安装水泵及进出水管路；敷设进水总管和回水总管；沉设井点管并灌填砂滤料，接通进水总管及时进行单根井点试抽，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。然后让工作水循环进行正式工作。 为防止喷射器磨损，宜采用套管法成孔，加水及压缩空气排泥，当套管内含泥量小于5%时才下井管及灌填滤水层，然后再将套管拔起。冲孔直径400600mm，深度应比滤管底深1m以上。 进水、回水总管与每根井点管的连接均需设置阀们，以便调节使用和防止不抽水时发生回水倒灌。井点管路接口应严密，以防漏气。 开泵初期，压力要小于0.3MPa，以后再逐渐正常。抽水时若发现井管周围有泛砂冒水现象，应立即关闭井点管进行检修。工作水应保持清洁，试抽两天后应更换清水，以减轻工作水对喷嘴及水泵叶轮的磨损。 (3) 喷射井点计算 喷射井点的涌水量计算及确定井点管数量与间距、抽水设备等均与轻型井点计算相同。 在土的渗透系数大（K20