水工程施工教案之施工排水

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。0.5~11~55~2020~5050~150粉砂细砂中砂粗砂砾石<0.0010.001~0.050.05~0.10.1~0.50.25~0.5粘土重砂粘土轻砂粘土粘砂土黄土K/(m/d)

土的类别

K/(m/d)土的类别表2-1渗透系数K值

当沟槽开挖到地下水位以下时，有时会出现土粒随地下水一起流动，涌入沟槽，称之为“流砂”。沟槽开挖发生流砂，使得沟底土丧失承载力，恶化了施工条件，严重时引起塌方、滑坡，甚至危及临近建筑物或人身安全。

流砂现象一般发生在细砂、粉砂等不良土层中。而在粘性土中，由于土粒间内聚力较大，不会发生流砂现象，但有时在承压水作用下出现整体隆起现象。因此，施工时必须消除地下水的影响，当然也必须消除地表水和雨水的影响。

施工排水的目的是将水降至基坑、槽底以下一定的深度，从而改善施工条件，稳定边坡，防止地基承载力下降。

施工排水分集水井排水和人工降低地下水位两种。前者是将流入沟槽或基坑内的地下水、地表水、雨水汇集到集水井，然后用水泵抽走。后者是在沟槽或基坑开挖前，把地下水水位降低到工作面标高以下。2.1集水井排水

集水井排水系统如图2-1所示。从槽底、槽壁渗出的地下水，经排水沟汇集到集水井，然后用水泵排出槽外。图2-1集水井排水系统

沟槽开挖到接近地下水位时，修建集水井并安装水泵，然后继续开挖沟槽至地下水位时，先在槽底中线处开挖排水沟，使水流向集水井。当挖至接近槽底设计标高时，排水沟改挖在槽底两侧或一侧。1.排水沟

排水沟断面尺寸，由地下水量而定，通常为300mm×300mm。排水沟底一般低于槽底300mm，并以3%~5%的坡度坡向集水井。2.集水井

为了防止槽底土结构遭到破坏，集水坑应设置在沟槽范围以外，地下水走向的上游。为了防止地下水对槽底和集水井的冲刷，进水口两侧采用密撑或板桩加固，如图2-1所示。

当槽底为粘土或亚粘土时，通常开挖土井，或井壁用竹、木等材料加固，或设置直径不小于0.6m的混凝土管集水井。井底低于槽底0.8~1.0m，并能保证排水泵的正常运行。

土质为砂土、粉土或不稳定的亚粘土，一般采用混凝土管集水井。管径不小于1500mm，采用沉井法或水射振动法下管，井底标高在槽底以下1.5~2.0m处。

混凝土管集水井井底铺设碎石滤水层，以免在抽水时间较长时将泥砂抽出，并防止井底土被搅动。集水井的数量和间距根据地下水量、井的尺寸大小，以及水泵抽水能力而定，一般每50~150m设置一个。3.水泵的选用(1)离心泵离心泵的选择，主要根据流量和扬程。离心泵的安装，应注意吸水管接头不漏气及吸水头至少沉入水面以下0.5m，以免吸入空气，影响水泵的正常使用。(2)潜水泵这种泵具有整体性好、体积小、重量轻、移动方便及开泵时不需灌水等优点，在施工排水中广泛应用。潜水泵使用时，应注意不得脱水空转，也不得抽升含泥砂量过大的泥浆水，以免烧坏电机。离心泵工作原理潜水泵泥浆泵(3)泥浆泵泥浆泵是泵与电动机连成一体潜入水中工作，由水泵、三相异步电动机、以及橡胶圈密封、电器保护装置等4部分组成。该型泵的叶轮前部装一搅拌叶轮，它可将作业面下的泥沙等杂质搅起抽吸，非常适宜抽升含泥砂量大的泥浆水。

集水井排水是一种常用的简易的降水方法，适用于少量地下水的排除，以及槽内的地表水和雨水的排除。对软土或土层中含有细砂、粉砂或淤泥层时，不宜采用这种方法。2.2人工降低地下水位

在沟槽或基坑开挖前，在沟槽一侧或两侧埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备抽水，使地下水位降低到沟槽以下，并在沟槽开挖过程中不断抽水，使所挖的土始终保持干燥状态。人工降低地下水改善了工作条件，防止了流砂发生，土方边坡也可陡些，从而减少了挖方量。

人工降低地下水位的方法根据土层性质和允许降低的不同，分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。上述各种井点所对应的渗透系数和降低水位的深度,参照表2-2所示.3～66～128～20根据选用的井点确定3～5>150.1～50O．1～50O．1～2<O．120～20010～250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0.1~50m/d，要求降低地下水位深度3~6m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1~1.5m，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30~50眼的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用每厘米5~10眼的塑料纱布。轻型井点施工图2-3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30~50眼/cm的铜丝布或尼龙丝布，负层粗滤网采用5~10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5~7m。上端用弯联管与总管连接。

弯联管通常采用橡胶管，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4~6m。

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2~5m。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），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=α(S0+L)，其中L为滤管长度，当时，α=1.3；当时，α=1.5；当时，α=1.7；当

时，α=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帝)式中q——单根井点莲管的最大俊出水量（m3/d）；d——滤管直径夫（m）；L——滤管长度她（m）；K——渗透系粉数（m3/d）。井点管根旬数n按下式计杆算：(2-5田)式中1.1——备用系数讯，考虑井氏点管堵塞剃等因素；Q——涌水量袍（m3/d）。井点管描间距l按下式央计算：(2-6美)式中L0——集水总栽管长度(m)；N——井点管婆根数。在确定井令点管间距颗时，应注厨意以下几浅点：1)井距不伏能过小秋，否则达彼此干今扰大，顷影响出彩水量，稻因此井犁距必须抱大于5πd；2)在总管县拐弯处低及靠近主河流处醒，井点乳管宜适双当加密抗；3)在渗透栋系数小市的土中村，考虑猫到抽水篮使水位御降落的竿时间比瘦较长，善宜使井殖距靠近今；4)间距应与蕉总管上的轻接口间距注相配合。(4)轻型井阴点布置湖轻叛型井点白的布置随要根据宽沟槽或巷基坑的杠平面形始状及尺返寸、沟温槽或基互坑的深盒度、土维质、地滤下水位撞高低及乳流向、渔降水深岩度要求葛等因素杆确定。1)平面布慰置。沟良槽降水喊，可采嫂用单排墙或双排曲布置。参一般情漠况下，死槽宽小兼于2.5m，要求句降低地穗下水位鸦深度不柴大于4.5梦m时，可汉采用单骨排井点骡平面布斗置，并崭布置在疲地下水炕流上游酷一侧。井点管谷应布置概在沟槽海或基坑能上口边互缘外1~1.券5m处。布置混过近，不初利于施工袭，而且可冤能使井点凉露出而与脚大气连通村，破坏井谜点真空系姿统。2)高程布或置。轻蛇型井点扛的降深固一般不默超过6m。井点戏管上端乒的埋设灿高程由购下式确自定（图2-7）：H=H1+h1+h2+s(2-7题)式中H——井点管上晒端埋设高软程(m)；H1——槽底高音程(m)；h1——降水后氧地下水让位与槽挽底的最纤小距离像，根据楼施工要指求h1≥0.5驼m；h2——水力坡偷降，h2=Il1,I为水力梯扑度，在细哈砂、粉砂皂层取1/8~并1/10，l1为井点纹管距对斧面槽底星边缘距带离(m)；s——井点管壁享局部损失(m),取0.5慨m。图2-7沟槽双排工井点系统1-砂圈过章滤层2-粘土密封D-地面至滤服管顶标高钞的距离D1-地面至槽连底的距离为了提高害降水深度以，总管埋厌设高程应岸接近原地菠下水位。肃一般情况眨下，总管哀位于原地衫下水位以您上0.2两~0.脚3m。因此，怕总管和井疑点管通常使是开挖小界沟进行埋窗设或设置判在基坑分塔层开挖的面平台上。默总管布置展以1/1柱000萍~2/雨100海0的坡度坟坡向水厦泵。抽水设备悼常设置在誉总管中部妖或一端,水泵进变水管轴狂线尽量砌与地下歉水位接脉近，常资与总管读在同一粉标高，采或高出0.5阴m左右，但腾水泵轴线核不宜低于岩原地下水暑位以上0.5~阅0.8m。(5)轻型井点强的施工顺蕉序：开挖迷井点沟槽似，敷设集拜水总管；牛冲孔，沉摇设井点管曲，灌填砂仅滤料；弯毕联管与集政水总管连努接；安装涌抽水设备军；试抽。井点管的三埋设方法旬有射水法闭、冲孔（慰或钻孔）拿法及套管帝法，根据呀设备条件托及土质情泻况选用。射水法是喝在井点管草的底端装脆上冲水装题置来冲孔很下沉井点由管，见图2-8。冲孔氏装置内核装有球走阀和环塔阀，用湾高压水雷冲孔时英，球阀邪下落，摄高压水叮流在井降点管底伐部喷出那使土层鸣形成孔匠洞，井季点管依读靠自重唤下沉，桌泥砂从去井点管融和土壁服之间的罢孔隙内游随水流慰排出，诱较粗的捉砂粒随仓井点下经沉，形绵成滤层射的一部退分。当窄井点管密达到设单计标高仍后，冲粒水停止竟，球阀足上浮，尼可防止粱土进入忠井点管到内，然戴后立即差填砂滤言层。冲唉孔直径企应不小召于300开mm，冲孔倦深度应咏比滤管示深0.5m左右，瞧以利沉育泥砂。屑井点管语要位于靠砂滤层葡中层。图2-8直井用井攀点管水冲a)水向下姜冲射b)抽水时冲孔法是售用直径为50~滑70m搬m的冲水管斜冲孔后，滤再沉放井邻点管，见僚图2-9。图2-9冲管冲孔寄法l一冲管2一冲嘴3一胶皮持管4一高压谷水泵5一压力表6一起重秩吊钩7一井点铲管8一滤管9一填砂10一粘土达封口冲水管长弓度一般比泼井点管约伶长1.5m，下端装脱有圆锥形奥冲嘴，在不冲嘴的圆坦锥面上钻称有3个喷水灾小孔，惑各孔之耻间焊有极三角形误立翼，腿以辅助怕冲水时路扰动土肉层，便隔于冲管程更快下南沉。冲天管上端铃用橡胶乞管与高谎压水泵童连接。逝加快冲肾孔速度总，减少生用水量丑，有时中还在冲际管两旁该加装压晋缩空气粥管。冲孔前先窄在井点管闭位置开挖功小坑，并蚀用小沟渠贝将小坑连喉接起来，脏以便排水南。冲孔时效，先将冲山管吊起并兔插在井点姜坑内，然皆后开动高顿压水泵将少土冲松，怜冲管边冲晌边沉，冲脑孔时应使霞孔洞保持誉垂直，上病下孔径一踏致。冲孔讽直径一般宇为300m左m，以保证躁管壁有一霉定厚度的洒砂滤层；英冲孔深度前一般比滤括管底深0.5膝mm左右。井孔冲驶成后，爽拔出冲酿管，立区即插入蜂井点管冬，并在缺井点管汉与孔壁骄之间填壳灌砂滤叹层。砂战滤层所叫用的砂狡一般为专粗砂，火滤层厚60~池100谜mm，填充恩高度至训少要到倒滤管顶絮以上1~1.立5m，也可扰填到原鹿地下水婆位线，屠以保证因水流畅吃通。土质密实设坚硬，可肉采用套管浮辅助切土腹。若土质纪十分松软,可用套仓管在冲涨土时支陈撑孔壁算。套管煌法冲沉略井点管种如图2-1勇0所示。冷套管直产径为350济~40疏0mm，长6~8m，底部呈盘锯齿形。析水枪放在蝇套管内。躬冲孔时，倡套管由起圈重机吊起艰并作上下纽奉移动，切演入土中。拐冲至要求适深度，放恋入井点管侄，并在套钢管内填入辆砂滤层，该同时慢慢吸拔出套管应。图2-10套管冲餐沉井点徒管每根井点朵管沉设后孔应检验渗轻水性能。赴井点管与凉孔壁之间巨填砂滤料抹时，管口还应有泥浆棚水冒出，课或向管内谈灌水时，礼能很快下狭渗，方为败合格。井点管沉清设完毕，哑即可接通呢总管和抽夸水设备，揪然后进行点试抽。要匆全面检查死管路接头偏质量，井可点出水状众况和抽水赢设备运行矿情况等。捧如发现漏抵气和死井锅（井点管约淤塞）要诞及时处理狡，检查合智格后，井梨点孔口到锤地面距离情范围内，科应用粘土呜填塞，以逗防漏气，糖填深不小片于1m。轻型井点傍使用时，怖应连续抽有水（特别长是开始阶温段）。时趣抽时停，巨易使滤管疯堵塞，也合易抽出土亲粒，使出效水混浊，递并可能造元成附近建吴筑物下土去粒流失而多使地面沉扔降。抽水红过程中应拼调节离心经泵的出水冲阀以控制饱水量，使览抽水保持课均匀。井点系统著的拆除，误应从水泵左停止抽水流后进行。匹用起重机累拔起井点阅管，若井庆点管难拔译时，可用焦高压水自匀直管冲下联后再拔。巡寿拔出后的裹井点管和感直管应检闻修保养。闷井点管埋朴设孔一般谜用砂土回芬填。2.喷射井骑点当沟槽汇或基坑船开挖较寄深，降借水深度企要求大邀于6m时，宜约采用喷萍射井点沉降水，战降深可谈达8~2偿0m。在渗透沃系数为3~5孝0m/滑d的砂土劲中应用煎此法最训为有效饺，在对咏渗透系奇数为0.1疫~3m泪/d的粉砂、季淤泥质土渣中效果也举较显著。寄根据工作宵介质不同屡，喷射井狐点分为喷水井恢点和喷气井点两种。国板内目前采闻用较多的遥为喷水井怕点。(1)喷射井点碗设备与布宴置访喷射井杰点设备由问喷射井管啊、高压水佛泵及进水惩排水管路茅组成，见评图(2-彩11a损)。喷射海井管有克内管和抗外管，礼在内管防下端设摘有喷射闭器与滤胳管相连归，见(图2-1染0b)。高压水(07~拆0.8M亿Pa)经外管己与内管体之间的版环形空攻间，并误经喷射兽器侧孔锯流向喷挑嘴，由嫁于喷嘴掘处截面棋突然缩吩小，压乏力水经闯喷嘴以些很高的骆流速喷演入混合辣室，使蒜该室压额力下降啄，造成蒙一定的干真空度飘，此时纺，地下歼水被吸挖入混合拢室与高殿压水汇餐合，流牧经扩散票管，由产于截面早扩大，疯水流速别度相应颈减小，导使水的城压力逐伟渐升高蛙，沿内颤管上升怜经排水野总管排考出。图2-1鸦1喷射井点箱设备及布哥置a)井点设辣备组成b)井管断疗面图c)井点平面态面布置图1一喷射井惧管2一滤管3一进水逐总管4一排水总午管5一高压泽水泵6一集水池7一水泵8-内管9一外管10一喷嘴11一混锄合室12一扩散哨管13一压力表高压水号泵宜采版用流量捐为50~馅80m3/d的多级熄高压水地泵，每牙套约能税带动20~3加0根井管宽。喷射井点四的平面布咐置，当基蒙坑宽小于10m时，井度点可作目单排布床置；当鸟大于10m时，可作捐双排布置野；当基坑敬面积较大钩时，宜采寨用环形布赛置，见(图2-11雄c)。井点回间距一圈般采用2~3m。(2)喷射井点雁的施工与杀使用窜施工顺厕序为：安称装水泵及秧进出水管禽路；敷设逮进水总管段和回水总局管；沉设奏井点管并娱灌填砂滤晋料，接通毛进水总管当及时进行秧单根井点凝试抽，检载验；全部筒井点管沉普设完毕后投，接通回走水总管，妖全面试抽长，检查整膜个降水系而统的运转美状况及降趋水效果。甚然后让工混作水循环谢进行正式毛工作。为防止杏喷射器希磨损，创宜采用栽套管法技成孔，剃加水及遇压缩空狠气排泥杆，当套宿管内含伏泥量小宝于5%时才下胳井管及洋灌填滤县水层，撇然后再跟将套管叛拔起。狮冲孔直否径400~透600m遥m，深度龄应比滤测管底深1m以上。进水、辫回水总绕管与每弊根井点额管的连鹿接均需把设置阀任们，以插便调节年使用和馒防止不看抽水时搞发生回辉水倒灌担。井点只管路接狼口应严考密，以滥防漏气担。开泵初笔期，压圈力要小雄于0.3M堂Pa，以后再慕逐渐正常议。抽水时微若发现井离管周围有酒泛砂冒水蹦现象，应阵立即关闭熊井点管进笼行检修。足工作水应槽保持清洁炉，试抽两团天后应更赴换清水，粮以减轻工月作水对喷雷嘴及水泵隶叶轮的磨真损。(3)喷射井点溪计算犹喷射生井点的涌旱水量计算岂及确定井赌点管数量嗽与间距、雁抽水设备抚等均与轻熄型井点计逼算相同。在土的