施工降水排水的编制

为了保持基坑干燥,防止由于水的浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降,必须做好基坑的排水、降水工作,常采用的措施是集水井降水法和井点降水法。

1.集水井降水

集水井降水是指开挖基坑或沟槽的过程中,遇到地下水或地表水时,在基础范围以外地下水流的上游,沿坑底的周围开挖排水沟,设置集水井,使水经排水沟流入井内,然后用水泵抽出坑外,如图1-10所示。

图1-10 集水井降水

1—排水沟;2—集水坑;3—水泵

(1)集水井降水的施工要求.排水沟和集水井设置基础范围以外,一般排水沟的横断面不小于0.5m×0.5m,纵向坡度宜为1％~2％;集水井每隔20~40m设置一个,其直径或宽度一般为0.6~0.8m,其深度随着挖土的加深而加深,但始终要低于挖土面0.5m。

当基坑挖到设计标高时,应保证地下水位低于基坑底0.5m,集水井底应低于基坑底1~2m,并铺设0.3m厚的碎石滤水层,以免抽水时将泥沙抽走,并防止集水井底的土被扰动。

(2)流砂的产生与防治。

1)流砂的产生.当基坑(槽)挖土至地下水位以下时,土质为细砂或粉砂,若采用集水坑降水,坑底的土就受到动水压力的作用;如果动水压力大于或等于土的浸水重度时,土颗粒就会失去自重而处于悬浮状态,土的抗剪强度等于零,细砂或粉砂就会随着渗流的水一起流动起来,这就是流砂现象。

2)流砂的治理办法.流砂治理的主要途径是消除、减少或平衡动水压力.具体措施:如条件许可,尽量安排在枯水期施工,使地下水位最高不高于坑底0.5m;水中挖土时,不抽水或减少抽水,保持坑内水压与地下水压基本平衡;具体方法:采用井点降水法、打板桩法、地下连续墙法防止流砂产生。

2.井点降水

(1)井点降水的概念.基坑开挖前,在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井),在基坑开挖前和开挖过程中,利用抽水设备不断抽出地下水,使地下水位降到坑底以下,直至土方和基础工程施工结束.这样可使所挖的土始终保持干燥状态,改善干燥条件,同时,还使动水压力方向向下,从根本上防止流砂发生,并增加土中有效应力,提高土的强度或密实度。

(2)井点降水的分类.井点有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井点以及小沉井井点等.各种降水方法的选用,可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点、设备及经济技术比较等.具体条件参照表1-5选用。

表1-5 各类井点的适用范围

(3)轻型井点降水。

1)轻型井点降水设备.设备由井点管、弯联管、集水总管、滤管和抽水设备组成.滤管为进水设备,长度一般为1.0~1.5m,直径常与井点管相同;管壁上钻有直径为10~18mm的呈梅花形状的滤孔,管壁外包两层滤网,内层为细滤网,采用网眼为30~50孔/cm2的黄铜丝布、生丝布、尼龙丝布;外层为粗滤网,采用网眼为3~10孔/cm2的铁丝布或尼龙丝布或棕树皮.为避免滤孔淤塞,在管壁与滤网之间用铁丝绕成螺旋状隔开,滤网外面再围一层8号粗铁丝保护层.滤管下端放一个锥形的铸铁头.井点管为直径38~55mm的钢管(或镀锌钢管),长5~7m,井点管上端用弯联管与总管相连.弯联管宜用透明塑料管或橡胶软管。

集水总管一般用直径为75~100mm的钢管分节连接,每节长4m,每间隔0.8~1.6m设一个连接井点管的接头.抽水设备有两种类型,一种是真空泵轻型井点设备,由真空泵、离心泵和汽水分离器组成,这种设备国内已有定型产品供应,设备形成的真空度高(67~80kPa),带井点管数多(60~70根),降水深度较大(5.5~6.0m);但该设备较复杂,易出故障,维修管理困难,耗电量大,适用于重要的较大规模的工程降水.另一种是射流泵轻型井点设备,它由离心泵、射流泵(射流器)、水箱等组成.射流泵抽水是由高压水泵供给工作水,经射流泵后产生真空,引射地下水流;该设备构造简单,制造容易,降水深度较大(可达9m),成本低,操作维修方便,耗电少,但其所带的井点管一般只有25~40根,总管长度为30~50m.若采用两台离心泵和两个射流器联合工作,能带动井点管70根,总管长100m.这种形式目前应用较广,是一种有发展前景的抽水设备。

2)轻型井点的布置.轻型井点的布置应根据基坑的形状与大小、地质和水文情况、工程性质、降水深度等来确定。

①平面布置.当基坑(槽)宽小于6m且降水深度不超过6m时,可采用单排井点,布置在地下水上游一侧,两端延伸长度以不小于槽宽为宜,如图1-11(a)所示.如宽度大于6m或土质不良、渗透系数较大时,宜采用双排井点,布置在基坑(槽)的两侧.当基坑面积较大时宜采用环形井点,非环形井点考虑运输设备入道,一般在地下水下游方向布置成不封闭状态.井点管距离基坑壁一般可取0.7~1.0m,以防局部发生漏气.井点管间距为0.8m、1.2m或1.6m,由计算或经验确定.井点管在总管四角部分应适当加密。

图1-11 单排井点布置简图

(a)平面布置;(b)高程布置

1—总管;2—井点管;3—抽水设备

②高程布置.轻型井点的降水深度,从理论上讲可达10.3m,但由于管路系统的水头损失,其实际的降水深度一般不宜超过6m.井点管的埋置深度H可按下式计算,如图1-11(b)所示。

式中 H1——井点管埋设面至基坑底面的距离(m);

h——降低后的地下水位至基坑中心底面的距离(m),一般为0.5~1.0m,人工开挖取下限,机械开挖取上限;

i——降水曲线坡度,对环状或双排井点取1/15~1/10,对单排井点取1/4;

L——井点管中心至基坑中心的短边距离(m)。

如H值小于降水深度6m,可用一级井点;H值稍大于6m且地下水位离地面较深,可采用降低总管埋设面的方法,仍可采用一级井点;当一级井点达不到降水深度要求时,则可采用二级井点或喷射井点,如图1-12所示。

3)施工工艺流程.轻型井点的施工工艺流程为:放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管、填砂砾滤料、上部填黏土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备→开动设备试抽水→测量观测井中地下水位变化的情况。

4)井点管埋设.井点管的埋设一般采用水冲法进行,借助于高压水冲刷土体,用冲管扰动土体助冲,将土层冲成圆孔后埋设井点管.整个过程可分冲孔与埋管两个阶段,如图1-13所示.冲孔的直径一般为300mm,以保证井管四周有一定厚度的砂滤层;冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右,以防冲管拔出时部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。

图1G12 二级轻型井点降水示意图

1—第一级轻型井点;2—第二级轻型井点;3—集水总管;4—连接管;5—水泵;6—基坑;7—原地面线;8—原地下水位线;9—降低后地下水位线

图1G13 井点管的埋设(a)冲孔;(b)埋管

1—冲管;2—冲嘴;3—胶皮管;4—高压水泵;5—压力表;6—起重机吊钩;7—井点管;8—滤管;9—填砂;10—黏土封口

井孔冲成后,立即拔出冲管,插入井点管,并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层,以防孔壁塌土.砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键.一般宜选用干净粗砂,填灌要均匀,并填至滤管顶上1~1.5m,以保证水流畅通.井点填砂后,需用黏土封口,以防漏气。

井点管埋设完毕后,需进行试抽,以检查有无漏气、淤塞现象,出水是否正常,如有异常情况,应检修好后方可使用。

(4)喷射井点降水.当基坑开挖较深或降水深度大于8m时,必须使用多级轻型井点才可达到预期效果.但需要增大基坑土方开挖量,延长工期并增加设备数量,因此不够经济.此时宜采用喷射井点降水,它在渗透系数3~50m/d的砂土中应用最为有效,在渗透系数为0.1~2m/d的粉质砂土、粉砂、淤泥质土中效果也比较显著,其降水深度可达8~20m。

1)喷射井点设备.喷射井点根据其工作时所使用液体或气体的不同,分为喷水井点和喷气井点两种.其设备主要由喷射井管、高压水泵(或空气压缩机)和管路系统组成,如图1-14(a)所示.喷射井管1由内管8和外管9组成,在内管下端装有升水装置喷射扬水器与滤管2相连,如图1-14(b)所示.在高压水泵的5作用下,具有一定压力水头(0.7~0.8MPa)的高压水经进水总管3进入井管的内外管之间的环形空间,并经扬水器的侧孔流向喷嘴10.由于喷嘴截面突然缩小,流速急剧增加,压力水由喷嘴以很高流速喷入混合室11,将喷嘴口周围空气吸入,被急速水流带走,致使该室压力下降而造成一定真空度.此时,地下水被吸入喷嘴上面的混合室,与高压水汇合,流经扩散管12时,由于截面扩大,流速降低而转化为高压,沿内管上升经排水总管排于集水池6内,此池内的水,一部分用水泵7排走,另一部分供高压水泵压入井管使用.如此循环不断,将地下水逐步抽出,降低了地下水位.高压水泵宜采用流量为50~80m3/h的多级高压水泵,每套能带动20~30根井管。

图1-14 喷射井点设备及平面布置简图

(a)喷射井点设备简图;(b)喷射扬水器简图;(c)喷射井点平面布置

1—喷射井管;2—滤管;3—进水总管;4—排水总管;5—高压水泵;6—集水池;7—水泵;8—内管;9—外管;10—喷嘴;11—混合室;12—扩散管;13—压力表

2)喷射井点的布置与使用.喷射井点的管路布置、井管埋设方法及要求与轻型井点相同.喷射井管间距一般为2~3m,冲孔直径为400~600mm,深度应比滤管深1m以上,如图1G14(c)所示.使用时,为防止喷射器损坏,需先对喷射井管逐根冲洗,开泵时压力要小一些(小于0.3MPa),以后再逐渐开足,如发现井管周围有翻砂、冒水现象,应立即关闭井管检修.工作水应保持清洁,试抽两天后应更换清水,此后视水质污浊程度定期更换清水,以减轻工作水对喷射嘴及水泵叶轮等的磨损。

(5)管井井点降水.管井井点又称大口径井点,适用于渗透系数大(20~200m/d)、地下水丰富的土层和砂层;或用集水井法易造成土粒大量流失,引起边坡塌方及用轻型井点难以满足要求的情况下使用.其具有排水量大、降水深、排水效果好、可代替多组轻型井点作用等特点。

1)管井井点系统主要设备.设备由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成,如图1-15所示.滤水井管的过滤部分,可采用钢筋焊接骨架外包孔眼为1~2mm、长2~3m的滤网,井管部分宜用直径为200mm以上的钢管或竹木、混凝土等其他管材.吸水管宜用直径为50~100mm的胶皮管或钢管,插入滤水管井内,其底端应插到管井抽吸时的最低水位以下,必要时装设逆止阀,上端装设一节带法兰盘的短钢管.抽水机械常用100~200mm的离心式水泵。

图1-15 管井井点

1—滤水井管;2—ϕ14钢筋焊接骨架;3—6×30铁环＠250;4—10号铁丝垫筋＠25焊于管架上;5—孔眼为1~2mm铁丝网点焊于垫筋上;6—沉砂管;7—木塞;8—ϕ150~ϕ250钢管;9—吸水管;10—钻孔;11—填充砂砾;12—黏土;13—水泵

2)管井布置.沿基坑外圈四周呈环形或沿基坑(或沟槽)两侧或单侧呈直线布置.井中心距基坑(或沟槽)边缘的距离,根据所用钻机的钻孔方法而定,当用冲击式钻机用泥浆护壁时为0.5~1.5m,当用套管法时不小于3m.管井的埋设深度和间距根据所需降水面积和深度以及含水层的渗透系数与因素而定,埋深5~10m,间距10~50m,降水深度为3~5m。