施工技术第五次课

1.3.3地面排水与降低地下水位（一）排除地面水的途径

1、设置排水沟（疏）□设置在施工区域边缘或道路两侧；□

横断面500×500，纵向坡度不小于2‰至低洼处（或集水井内），用水泵抽走。2、开挖截水沟（堵）□宜用于山区场地平整的排水；□在较高山坡上开挖一截水沟。3、砌筑挡水土堤□

宜用于低洼地区施工；□

在施工区域四周修筑以防雨水及地表水流入（二）降低地下水方法

集水坑降水法、井点降水法及设防渗帷幕。1、集水坑降水法（明排法）“截，疏，抽”：1）截——截住水流，将排水沟设置在地下水的上游；2）疏——疏散积水；3）抽——设置集水井，用抽水设备排水。（水井一般每隔20～40m设置一个）2、井点降水法

（不仅是一种降水、排水措施，也是一种地基加固方法）一、集水坑降水法(动画)集水坑降水，边挖边降注：a.不适用于细砂、粉砂土的降水。问题：对于这种土质条件，为什么不能采用集水坑降水法？那应采用什么方法呢？后面将讲到“井点降水法”集水井降水法是在基坑开挖过程中，在基坑范围以外设置集水坑，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽走（集水坑降水法）。为了防止基底土的颗粒随水流失而使土结构受到破坏，集水井应设置于基础范围之外，地下水走向的上游。根据地下水量，基坑平面形状及水泵的抽水能力，每隔20～40m设置一个集水井。集水井的直径或宽度一般为0.6～0.8m，其深度随着挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.7～1.0m。井壁可用竹木等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，并铺设0.3m碎石滤水层，以免由于抽水时间较长而将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。b.水泵选用：离心泵、潜水泵、软轴水泵（较少采用）常用于基坑排水适于地下水量较大的基坑排水（2）水泵及选用水泵的种类很多，在建筑上最常用有离心水泵和潜水泵。其主要性能包括：流量、扬程和功率等。水泵的流量和扬程应满足基坑涌水量和坑底降水深度要求。通常情况下水泵的抽水量应大于集水井的涌水量，否则坑内水会越积越多，将基坑土泡软。选择离心水泵的要点有：1）正确确定水泵安装高度。由于水经过管有阻力而引起水头(扬程)损失，通常实际吸水扬程可规定值中吸水扬程减去0.8(无底阀)～1.2m(有底阀)来进行估算。2）水泵流量应大于基坑内的涌水量。一般选用口径为2～4in（吋）(5.08～10.16cm)的排水管，能满足水泵流量的要求。3）吸水扬程应与降水深度保持一致若不能保持一致时，可另选离心水泵，亦可将离心水泵安装位置降低至基坑放线土壁台阶或坑底上。图1-36明沟、集水井排水方法1-排水明沟；2-集水井；3-离心式水泵；4-设备基础或建筑物基础边线；5-原地下水位线；6-降低后地下水位线图1-37分层明沟、集水井排水法1-底层排水沟；2-底层集水井；3-二层排水沟；4-二层集水井；5-水泵；6-原地下水位线；7-降低后地下水位线c.排水沟的截面尺寸和集水井的个数是根据坑底涌水量的大小、基础的形状和水泵的抽水能力来确定。

一般排水沟的沟底低于挖土面为0.4m～0.5m，集水井应设在基础范围以外的边角处。排水沟向集水井方向保持1‰～3‰的纵向坡度,每间隔20～40m设置一个集水井，其直径或宽度为0.6～0.8m。集水井深度随挖土深度增加而加深，始终低于挖土面0.8～1.0m。d.流砂的现象、危害、发生的关键以及防治措施

当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，在挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。

流砂现象的危害发生流砂时，土完全丧失承载能力，施工条件恶化，并有引起附近建筑物下沉的危险。用抽水机在基坑底明排水粉细沙随地下水流入基坑，产生流沙

在基坑开挖和地下结构施工中，必须防止流沙，以免支护失效发生重大基坑坍塌事故。

基坑支护结构外侧因泥沙随水渗流进入基坑，造成局部沉陷坍塌事故

上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地下水充沛，基坑土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成支护结构失效坍塌事故。

流砂现象发生的关键动水压力的大小与方向。

流砂现象的防治途径主要是减小或平衡动水压力，或者改变动水压力的方向。当水由高水位处流向低水位的处时，水在土中渗流过程中受到土颗粒的阻力，同时水对土颗粒也作用一个压力，这个压力叫做动水压力GD。动水压力与水的重力密度和水力坡度有关：式中GD—动水压力(kN/m3)；

γw——水的重力密度；

I——水力坡度(等于水位差除以渗流路线长度)。

流砂现象的防治的具体措施

1）枯水期施工法。如条件许可，尽量安排在枯水期施工，使最高地下水位距坑底不小于0.5m。

2）水下挖土法。水中挖土时，不抽水或少抽水，保持坑内水压与地下水压基本平衡。

3）抢挖法。即组织分段抢挖，使挖土的速度大于冒砂速度，挖到设计标高后立即抛大石块以平衡动水压力，压住流砂。

4）井点降水法。

5）打钢板桩法。

6）地下连续墙法。二、井点降水法

在基坑开挖深度较大、地下水位较高、土质较差（如细砂、粉砂等）情况下，要考虑采用井点降水法。

a、井点降水法在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管，利用抽水设备抽水，使地下水位降至坑底以下，在基坑开挖过程中仍不断抽水，直至土方和基础工程施工结束为止。b、井点降水的类型及选择方法

a）类型：轻型井点，喷射井点，管井井点，深井井点以及电渗井点。

b）选择时应考虑的因素：□

土的渗透系数（K）□

降低水位的深度（H）□

工程特点□

设备条件及经济条件（其中轻型井点采用较为广泛，下面将做重点介绍）a、轻型井点设备组成及布置a）轻型井点设备组成管路系统：滤管、井点管、弯联管及总管抽水设备：真空泵、离心泵和水气分离器轻型井点设备工作原理（动画）1.轻型井点

在地下水丰富地区，当土的渗透系数为0.1～1m/d时，常采用轻型井点降水

轻型井点降水系统组成

弯连管

总管

井点管

真空泵

b）井点布置依据基坑的平面形状、大小、土质、地下水位高低及流向、降水深度要求等。□平面布置

坑宽<6m，单排布置（井点放在上游）坑宽>6m（或土质不好），双排布置大面积，环形布置□高程布置

理论上可达10m左右，实际<6mHH1+h+iL（课本36页）(a)平面布置（b）高程布置单排线状井点布置1-总管；2-井点管；3-抽水设备（a）平面布置（b）高程布置环形井点布置图1-总管；2-井点管；3-抽水设备

注意：确定井点管埋设深度，还要考虑井点管要露出地面0.2m左右。如果计算出的值大于6m，则应降低井点管抽水设备的埋置面，以适应降水深度的要求。任何情况下，滤管必须埋设在蓄水层内。当一级井点系统达不到施工降水深度要求时，可采用二级井点，即先挖去一级井点所疏干的土，然后再在基坑底部装设二级井点，以使降水深度增加。二级轻型井点布置图1-第一级井点管；2-第二级井点管城墙侧湖底段采用围堰挡水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。b、水井的分类

a－承压完整井；b－承压非完整井；c－无压完整井；d－无压非完整井水井的分类

1）承压完整井水井底部达到不透水层，含水层的水面有一定压力的水井。

2）承压非完整井水井底部没有达到不透水层，含水层的水面有一定压力的水井。

3）无压完整井水井底部达到不透水层，且地下水无压力的水井。

4）无压非完整井水井底部没有达到不透水层，且地下水无压力的水井。c、轻型井点计算

内容：涌水量Q井点管数量n井点管间距Da）涌水量计算

（a）无压完整井无压完整井水位降落曲线和流线网1－流线；2－过水断面□

井点系统(群井)群井系统灌水量计算图式1－矩形基坑；2－等效圆井(m3/d)——井点管围成水井的半径（m）K——环形井点土的渗透系数S——环形井点群井中心水位降低值R——抽水影响半径H——含水层厚度由于基坑大多不是圆形，故不能直接得到，当矩形基坑长宽比不大于5时，环形布置的井点可近似作为圆形井来处理，并用面积相等的原则确定，此时将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径：F—环形井点所包围的面积。抽水影响半径与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值有关，在抽水2到5小时后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽水影响半径可近似按下列公式计算：K的取值可以用现场抽水试验或通过实验室测定得到（b）（实际工程常遇见的）无压非完整井系统H0——有效含水深度其取值为经验数值，当计算得到有效含水深度大于实际含水厚度时，仍取H(表见下页)地下潜水不仅从井的侧面流入，还从井点底部渗入，因此涌水量较完整井大。为了简化计算，仍可采用下式。有效深度H0值s/(s+l)H00.20.30.50.81.3(s+l)1.5(s+l)1.7(s+l)1.84(s+l)注：表中s为井管内水位降低深度，l为滤管长度，若计算值H0>H—实际含水层厚度H时，取H0=H（c）承压完整井系统承压完整井环形井点涌水量计算公式为：

式中：M—承压含水层厚度（m）；其他符号含义同上。（d）承压非完整井系统承压非完整井涌水量计算公式为：

式中：l—井点插入含水层的长度（m）；其他符号含义同上。b）井点管数量与井距确定

（a）单根井点管出水量其中d——滤管直径(38～50mm)l——滤管长度(1.0～1.5m)K——渗透系数(m3/d)（b）井点管最少根数n=1.1Q/q(根)1.1——备用系数（c）井点管间距D=L/n(m)L——总管管长注：□井点管间距不宜太小，D>5d；与总管上接头尺寸相一致尽可能采用0.8m、1.2m、1.6m或2m□对于渗透系数小的土中，井距取较小值(较计算值少)□靠近河流处，井点管宜适当加密。

1）轻型井点系统施工内容

施工准备、井点管布置、井点系统埋设、使用及拆除。d、轻型井点的施工(动画、视频)

2）施工准备工作

井点设备、施工机具、动力、水源、电源及必要材料的准备，排水沟的开挖，水位观测孔的设置等。

3）井点系统的安装顺序挖井点沟槽、敷设集水总管→冲孔、沉设井点管、灌填砂滤料→用弯联管将井点管与集水总管连接→安装抽水设备→试抽。4）井点系统的使用

（1）井点管的埋设一般用水冲法；

（2）轻型井点系统全部安装完毕后，应进行抽水试验，以检查有无死井（井点管淤塞）或漏气、漏水等现象；（3）在井点系统的使用过程中，应连续抽水，时抽时停会抽出大量泥沙，使滤管淤塞，并可能造成