常熟井點降水（常熟基坑、排污水池降水施工工程）。
1、工程簡介
著中重說明基礎(chǔ)工程中的地質(zhì)概況、地下水概況以及與降水有關(guān)的情況，即為什么要降水？
2、降水方式方法及采取的措施
現(xiàn)場井點布置，采用的設(shè)備型號，技術(shù)參數(shù)等。
3、降水工作中應(yīng)注意的事項
在降水施工過程中，技術(shù)、質(zhì)量、安全、環(huán)保應(yīng)注意的事項
4、計算書（附后）
本節(jié)主要討論輕型井點降水有關(guān)計算
輕型井點降水計算
一、 總涌水量計算
1.基坑總涌水量Q（m3/d），即環(huán)形井點系統(tǒng)用水量，常按無壓完整井井群，
用下式計算公式：
Q＝1.366K （2H―s）s/ lgR―lgx0
2.單井井點涌水量q（m3/d）常按無壓完整井，按下計算公式：
q＝1.366K（2H―s）s/lgR―lgr
式中：K—土的滲透系數(shù)（m/d）；
H—含水層厚度（m）；
s—水的降低值（m）；
R—抽水影響半徑（m），由現(xiàn)場抽水試驗確定，也可用下式計算：R＝1.95 s√H K
r—井點的半徑（m）；
x0—基坑的假想半徑（m，當(dāng)矩形基坑長寬比小于5時，可化成假想半徑x0的圓形井，按下式計算：x0＝√F/π
F—基坑井點管所包圍的平面面積（m2）；
π—圓周率，取3.1416；
二、井點管需要根數(shù)
井點管需要根數(shù)n可按下式計算：
n＝m Q/ q
式中 q＝65πdl 3√ K
式中：
n—井點管根數(shù)；
m—考慮堵塞等因素的井點備用系數(shù)，一般取m＝1.1；
q—單根井點管的出水量（m3/d）；
d—濾管直徑（m）；
l—濾管長度（m）；
三、井點管平均間距
井點管平均間距D（m），可按下式計算：
D＝ 2（L＋B）/n－1
求出的D應(yīng)大于15d，并應(yīng)符合總管接頭的間距（一般為80、120、160mm）要求。
式中：L—矩形井點系統(tǒng)的長度（m）；
B—矩形井點系統(tǒng)的寬度（m）；
四、例題
某工程基坑平面尺寸見圖，基坑寬10m，長19m，深4.1m，挖土邊坡1：0.5。地下水位－0.6m。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，該處地面下0.7m，為雜填土，此層下面有6.6m的細(xì)砂層，土的滲透系數(shù)K＝5m/d，再往下為不透水的粘土層?，F(xiàn)采用輕型井點設(shè)備進(jìn)行人工降低地下水位，機(jī)械開挖土方，試對該輕型井點系統(tǒng)進(jìn)行計算。
解：（1）井點系統(tǒng)布置
該基坑頂部平面尺寸為14m×23m，布置環(huán)狀井點，井點管離邊坡為0.8m。要求降水深度s＝4.10－0.6＋0.5＝4.0m，因此，用一級輕型井點系統(tǒng)即可滿足要求，總管和井點布置在同一水平面上。由井點系統(tǒng)布置處至下面一層不透水粘土層的深度為0.7＋6.6＝7.3m，設(shè)井點管長度為7.2m（井管長6m，濾管1.2m，直徑0.05m），因此，濾管底距離不透水粘土層只差0.1m，可按無壓完整井進(jìn)行設(shè)計和計算。
（2）基坑總涌水量計算
含水層厚度：H＝7.3－0.6＝6.7 m
降水深度：s＝4.1－0.6＋0.5＝4.0m
基坑假想半徑：由于該基坑長寬比不大于5，所以可化簡為一個假想半徑為x0的圓井進(jìn)行計算：
x0＝√F/π ＝√（14＋0.8×2）（23＋0.8×2）／3.14 ＝11m
抽水影響半徑：R＝1.95 s√H K ＝1.95×4√6.7×5 ＝45.1m
基坑總涌水量：
Q＝1.366K （2H―s）s /lgR―lgx0
＝1.366×5（2×6.7―4）×4/lg45.1―lg11
＝419 m3/d
（3）計算井點管數(shù)量和間距
單井出水量：
q＝65πdl3√ K
＝65 ×3.14 ×0.05×1.23 √ 5
＝20.9 m3/d
井點管數(shù)量：
n＝m Q/ q＝1.1×419 / 20.9 ＝22根
在基坑四角處井點管應(yīng)加密，如考慮每個角加2根井管，采用的井點管數(shù)量為22＋8＝30根。
井點管間距平均為：
D＝ 2×（24.6＋15.6）/30―1＝2.77 m 取2.4m
井點管布置時，為讓開機(jī)械挖土開行路線，宜布置成端部開口（即留3根井管數(shù)量距離），因此，實際需要井點管數(shù)量為：
D＝2×（24.6＋15.6）/2.4 ―2≈31.5根 用32根。
在土方開挖過程中，地下水滲入坑內(nèi)，不但會使施工條件惡化，而更嚴(yán)重的是會造成邊坡塌方和地基承載能力下降。因此，在基坑土方開挖前和開挖過程中，必須采取措施降低地下水位。降低地下水位的方法有集水坑降水法和井點降水法。
（一）集水坑降水法
1．集水坑設(shè)置
集水坑應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)范圍以外，地下水走向的上游。根據(jù)地下水量大小、基坑平面形狀及水泵能力，集水坑每隔20～40m設(shè)置一個。
集水坑的直徑或?qū)挾?，一般?.6～0.8m。其深度，隨著挖土的加深而加深，要經(jīng)常低于挖土面0.7～1.0m。井壁可用竹、木或鋼筋籠等簡易加固。當(dāng)基坑挖至設(shè)計標(biāo)高后，井底應(yīng)低于坑底1～2m，并鋪設(shè)碎石濾水層，以免在抽水時將泥砂抽出，并防止井底的土被攪動。
2．水泵性能與選用
在建筑工地上，排水用的水泵主要有：離心泵、潛水泵和軟軸水泵等。
（1）離心泵：
由泵殼、泵軸及葉輪等主要部件組成，其管路系統(tǒng)包括濾網(wǎng)與底閥、吸水管及出水管等。
離心泵的抽水原理：是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力，將輪心部分的水甩往輪邊，沿出水管壓向高處。此時葉輪中心形成部分真空，這樣，水在大氣壓力作用下，就能源源不斷地從吸水管自動上升進(jìn)入水泵。
水泵的主要性能：包括流量、總揚(yáng)程、吸水揚(yáng)程和功率等。
流量是指水泵單位時間內(nèi)的出水量。
吸水揚(yáng)程表示水泵能吸水的最大高度，是確定水泵安裝高度的一個重要數(shù)據(jù)。（從理論上說，水泵能將水吸上10.3m，但水泵限于構(gòu)造關(guān)系，其最大吸水揚(yáng)程只有3.5～8.5m。實際吸水高度（揚(yáng)程）還要扣除吸水管路阻力損失和水泵進(jìn)口處的流速水頭損失。在水泵口徑不大、吸水管不長時，實際吸水高度可按性能表上的最大吸水揚(yáng)程減去1.2m（有底閥）～0.6m（無底閥）估算。
總揚(yáng)程(H)包括吸水揚(yáng)程和出水揚(yáng)程兩部分。
常用離心泵性能(見表)。
常用離心泵性能
型 號 流 量 總揚(yáng)程 最大吸水揚(yáng)程 電動機(jī)功率
? (m3/h) (m) (m) (kW)
B17 6~14 20.3~14 6.6~6.0 1.7
2B19 11~15 21~16 8.0~6.0 2.8
2B31 10~30 34.5~24 8.7~5.7 4.5
3B19 32.4~52.2 21.5~15.6 6.5~5.0 4.5
3B33 30~55 35.5~28.8 7.0~3.0 7.0
4B20 65~110 22.6~17.1 5 10.0
注：2B19表示進(jìn)水口直徑為2英寸，總揚(yáng)程為19m(最佳工作時)的單級離心泵。
離心泵的選擇：主要根據(jù)需要的流量與揚(yáng)程而定。對基坑來說，離心泵的流量應(yīng)大于基坑的涌水量，一般選用吸水口徑2～4英寸的離心泵；離心泵的揚(yáng)程在滿足總揚(yáng)程的前提下，主要是考慮吸水揚(yáng)程是否能滿足降水深度要求，如果不夠，則可另選水泵或?qū)⑺媒档椭量颖谂_階或坑底上。離心泵的抽水能力大，宜用于地下水量較大的基坑。離心泵的安裝，要特別注意吸水管接頭不漏氣及吸水至少應(yīng)在水面以下0.5m，以免吸入空氣，影響水泵正常進(jìn)行。
離心泵的使用：要先向泵體與吸水管內(nèi)灌滿水，排除空氣，然后開泵抽水。為了防止所灌的水漏掉。在底閥內(nèi)裝有單向閥門。離心泵在使用中要防止漏氣與臟物堵塞等。
（2）潛水泵
是由立式水泵與電動機(jī)組合而成，工作時完全浸在水中。 水泵裝在電動機(jī)上端，葉輪可制成離心式或螺旋槳式；電動機(jī)設(shè)有密封裝置。
潛水泵的出水口徑，常用的有：40、50、100、125mm，其流量相應(yīng)為：15、25、65、100 m/h
，揚(yáng)程相應(yīng)為25、15、7、3.5m。這種泵具有體積小、重量輕、移動方便、安裝簡單和開泵時不需引水等優(yōu)點，因此在基坑排水中采用較廣。
使用潛水泵時，為了防止電機(jī)燒壞，不得脫水運(yùn)轉(zhuǎn)，或陷入泥 中，也不得排灌含泥量較高的水質(zhì)或泥漿水，以免泵葉輪被雜物堵塞。
(二）井點降水法
井點降水法就是在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四周設(shè)一定數(shù)量的濾水管（井），利用抽水設(shè)備從中抽水，使地下水位降落到坑底以下；同時在基坑開挖過程中仍不斷抽水。這樣，可使開挖的土始終保持干燥狀態(tài)，從根本上防止流砂發(fā)生，避免了地基隆起，改善了工作條件；同時土內(nèi)水分排除后，邊坡可以陡一些，以減少挖土量。此外，還可以加速地基土的固結(jié)，保證地基土的承載力，以利用提高工程質(zhì)量。
井點降水法有：輕型井點、噴射井點、管井井點、深井井點及電滲井點等，可根據(jù)土的滲透系數(shù)、降低水位的深度、工程特點及設(shè)備條件等選用。(見表)
各種井點的適用范圍
項次 井點類別 土的滲透系數(shù)（m/d） 降低水位深度（m）
1 單級輕型井點 0.1～50 3～6
2 多級輕型井點 0.1～50 6～12
3 電滲井點 <0.1 根據(jù)選用的井點確定
4 管井井點 20～200 3～5
5 噴射井點 0.1～2 8～20
6 深井井點 10～250 >15
1.輕型井點
輕型井點就是沿基坑的四周將許多井點管埋入地下蓄水層內(nèi)，井點管的上端通過彎聯(lián)管與總管相連接，利用抽水設(shè)備將地下水從井點管內(nèi)不斷抽出，這樣便可將原有地下水位降至坑底以下。
（1）輕型井點設(shè)備
輕型井點設(shè)備是由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成。
管路系統(tǒng)包括：濾管、井點管、彎聯(lián)管及總管等。（圖示）
1—井點管；2—濾管；3—總管；4—彎聯(lián)管 1—鋼管；2—小孔；3—塑料管
5—水泵房；6—原地下水位 ； 4—細(xì)濾網(wǎng)；5—粗濾網(wǎng)；6—粗鐵絲
7—降水后地下水位 保護(hù)網(wǎng)；7—井點管；8—鑄鐵頭
輕型井點全貌圖 濾管構(gòu)造
濾管是井點設(shè)備的一個重要部分，其構(gòu)造是否合理，對抽水效果影響較大。
濾管的直徑為38或50mm，長度為1.0～1.5m，管壁上鉆有直徑為13～19mm的按梅花狀排列的濾孔，濾孔面積為濾管表面積的20～25%，濾管外包以兩層濾網(wǎng)。
內(nèi)層細(xì)濾網(wǎng)采用每厘米30～40眼的銅絲布或尼龍絲布，外層粗濾網(wǎng)采用每厘米5～10眼塑料紗布。為使水流暢通，避免濾孔淤塞時影響水流進(jìn)入濾管，在管壁與濾網(wǎng)間用小塑料管（或鐵絲）饒成螺旋形隔開。濾網(wǎng)的外邊用帶眼的薄鐵管，或粗鐵絲網(wǎng)保護(hù)。濾管的下端為一鑄鐵頭，濾管的上端與井點管連接。
井點管直徑與濾管同，其長度為5～7m，可整根或分節(jié)組成。井點管的上端用彎聯(lián)管與總管相連。
彎聯(lián)管裝有閥門，以便檢修井點。彎聯(lián)管宜用透明塑料管能隨時看到井點管的工作情況。
總管宜采用直徑為100～127mm的鋼管，其上每隔0.8m或1.2m設(shè)有一個與井點管連接的短接頭?？偣苊抗?jié)長度為4m，其間用橡皮套管連接，并用鋼箍拉緊，以防漏水。
抽水設(shè)備是由真空泵、離心泵和水氣分離等組成。其工作原理(圖示)。
抽水時先開動真空泵13，使土中的水分和空氣受真空吸力形成產(chǎn)水氣混合液，經(jīng)管路系統(tǒng)向上流到水氣分離器6中，然后開動離心泵14。在水氣分離器內(nèi)水氣分離，水經(jīng)離心泵由出水管16排出；空氣則由真空泵排出。如水多，來不及排出時，水分分離器內(nèi)浮筒7上浮，由閥門9將通向真空泵的通路關(guān)住，保護(hù)真空泵不使水進(jìn)入缸體。副水氣分離器12的作用是濾清從空氣中帶來的少量水分使其落入該器下層放出，以保證水不致吸入真空泵內(nèi)。壓力箱15除調(diào)節(jié)出水量外，并阻止空氣由水泵部分竄入水氣分離器，影響真空度。過濾箱4是用以防止由水流帶來的部分細(xì)砂磨損機(jī)械。此外，在水氣分離器上還裝有真空調(diào)節(jié)閥21。當(dāng)抽水設(shè)備所負(fù)擔(dān)的管路較短，管路漏氣輕微時，可將調(diào)節(jié)閥打開，讓少量空氣進(jìn)入水氣分離器內(nèi)，使真空度能適應(yīng)水泵的要求。當(dāng)水位降低較深需要較高的真空度時，則將調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。為對真空泵進(jìn)行冷卻，設(shè)有一個冷循環(huán)水泵17。
（2）輕型井點布置
1）平面布置(圖示)
當(dāng)基坑或溝槽寬度小于6m，且降水深度不超過5m時，一般可采用單排井點，布置在地下水流的上游一側(cè)（上圖），其兩端的延伸長度不小于基坑（槽）寬度為宜。如基坑寬度小于6m或土質(zhì)不良，則宜采用雙排井點。當(dāng)基坑面積較大時，宜采用環(huán)形井點（下圖）；有時為了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封閉。井點管距離基坑壁一般不宜小于0.7～1.0m，以防局部發(fā)生漏氣。井點管間距應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、降水深度、工程性質(zhì)等按計算或經(jīng)驗確定，一般采用0.8或1.6m?？拷恿魈幣c總管四角部位，井點應(yīng)適當(dāng)加密。
一套抽水設(shè)備能帶動的總管長度，一般為100～200m。采用多套抽水設(shè)備時，井點系統(tǒng)要分段，各段長度應(yīng)大致相等，其分段地點宜選擇在基坑拐彎處，以減少總管彎頭數(shù)量，提高水泵抽吸能力，泵宜設(shè)置在各段總管的中部，使泵兩邊水流平衡。采用環(huán)形井點時，宜在泵的對面（即環(huán)圈的一半處）的總管上裝設(shè)閥門或?qū)⒖偣軘嚅_，以控制總管內(nèi)水流方向，改善總管內(nèi)的水流狀態(tài)，提高抽水效果。采用多套井點設(shè)備時，各套總管之間應(yīng)裝設(shè)閥門隔開，這樣，當(dāng)其中一套泵組發(fā)生故障時，可開啟相鄰閥門，借助鄰近的泵組來維持抽水。同時，裝設(shè)閥門也可以避免總管內(nèi)水流紊亂。
2）高程布置輕型井點的降水深度，從理論上說，利用真空泵抽吸地下水可達(dá)10.3m，但考慮抽水設(shè)備的水頭損失后，一般不超過6m。
井點管的埋置深度HA（不包括濾管），可按下式計算：
式中：H1——總管平臺面至基坑底面的距離（m）；
h——基坑底面至降低后的地下水位線的距離，一般取0.5～1.0m；
i——水力坡度，根據(jù)實測：環(huán)形井點為1/10，單排線狀井點為1/4；
L——井點管至基坑中心的水平距離（m）。
HA值如大于降水深度6m，則應(yīng)降低總管平臺面標(biāo)高以滿足降水深度要求。此外在確定井點管埋置深度時，還要考慮到井點管的長度一般為6m，且井點管通常露出地面為0.2～0.3m。在任何情況下，濾管必須埋在含水層內(nèi)。
當(dāng)一級輕型井點達(dá)不到降水深度要求時，可視土質(zhì)情況，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后將總管安裝在原有地下水位線以下，以增加降水深度；或采用二級輕型井點，即先挖去第一層井點所疏干的土，然后再在其底部裝設(shè)在第二層井點。
3）輕型井點計算
輕型井點的計算內(nèi)容包括：涌水量計算、井點管數(shù)量與井距的確定，以及抽水設(shè)備選用等。
井點計算受水文地質(zhì)和井點設(shè)備等許多因素影響，算出的數(shù)值只是近似值。
輕型井點涌水量計算之前，先要確定井點系統(tǒng)布置方式和基坑計算圖形面積。如矩形基坑的長寬比大于5或基坑寬度大于抽水影響半徑的兩倍時，需將基坑分塊，使其符合計算公式的適用條件；然后分塊計算涌水量，將其相加即為總涌水量。
1）涌水量計算
無壓完整井抽水時，水位的變化如圖所示。當(dāng)抽水一段時間后，井周圍的水面最后將會降落成漸趨穩(wěn)定的漏斗狀曲面，稱之為降落漏斗。水井軸至漏斗外緣（該處原有水位不變）的水平距離稱為抽水影響半徑R。
根據(jù)達(dá)西定律以及群井的相互干擾作用，可推導(dǎo)出無壓完整井,群井涌水量如下：
式中：K——滲透系數(shù)（m/d），由實驗測定；
H——含水層厚度（m）；
S——水位降低值（m）；
R——抽水影響半徑（m）；
x0——環(huán)形井點的假想半徑（m）；
F——環(huán)形井點所包圍的面積（m2）。
井點系統(tǒng)涌水量計算是按水井理論進(jìn)行的。當(dāng)濾管底達(dá)到不透水層頂面時，稱為完整井，否則稱為非完整井。根據(jù)地下水有無壓力，又分為無壓井與承壓井（即水井布置在承壓水埋藏區(qū)）。各類井的涌水量計算方法都不同，其中以無壓完整井的理論較為完善。
滲透系數(shù)K值，確定得是否準(zhǔn)確，對計算結(jié)果影響較大。
滲透系數(shù)的測定方法有：現(xiàn)場抽水試驗與實驗室測定兩種。對重大的工程，宜采用現(xiàn)場抽水試驗，以獲得較為準(zhǔn)確的滲透系數(shù)值，其方法是在現(xiàn)場設(shè)置抽水孔，并距抽水孔為x1與x2處設(shè)兩個觀測井（三者在同一直線上），根據(jù)抽水穩(wěn)定后，觀測井的水深y1和y2及抽水孔相應(yīng)的抽水量Q，按下式計算K值。
在實際工程中往往會遇到無壓非完整井點系統(tǒng)，其涌水量精確計算較為復(fù)雜，可近似按下式計算。
其中有效帶的深度H0值系經(jīng)驗數(shù)值，可查下表得到。
有效帶的深度H0值
S’/(S’+l) 0.2 0.3 0.5 0.8
H0 1.3(S’+l) 1.3(S’+l) 1.7(S’+l) 1.85(S’+l)
當(dāng)查表得到的H0值大于實際含水層厚度H時，則取H0=H
同理，也可推導(dǎo)出承壓完整井環(huán)形井點涌水量計算公式為：
式中：M——承壓含水層厚度（m）；
K、R、x0、S同前。
2）井點管數(shù)量與井距的確定
單根井點管的最大出水量q，按下式確定：
式中：d——濾管直徑（m）；
l——濾管長度（m）；
K——滲透系數(shù)（m/d）。
井點管的最少根數(shù)n，按下式確定：
（根）
井點管數(shù)量算出后，便可根據(jù)井點系統(tǒng)布置方式，求出井點管間距D。
式中：L——總管長度（m）；
n——井點管根數(shù)（m）。
井距應(yīng)與總管上的接頭間距（0.8m）相配合?？拷恿魈?，井管宜適當(dāng)加密。
根據(jù)實際采用的井點管間距，最后確定所需的井點管根數(shù)。
3）抽水設(shè)備選用
干式真空泵的型號常用的有W3、W4、W5、W6型泵，可根據(jù)所帶的總管長度、井點管根數(shù)及降水深度選用。采用W5型泵時，總管長度一般不大于100m；采用W6型泵時，總管長度一般不大于120m。
真空泵的真空度，根據(jù)機(jī)械性能，最達(dá)可達(dá)100kPa。真空泵在抽水過程中所需的最低真空度（hk），根據(jù)降水深度及各項水頭損失，可按下式計算：
式中：h——降水深度（m）；
Δh——水頭損失，包括進(jìn)入濾管的水頭損失、管路阻力損失及漏氣損失等，可近似地按1.0～1.5m計算。
水泵的類型，在輕型井點中宜選用單級離心泵（見表）。其型號應(yīng)根據(jù)流量、吸水揚(yáng)程及總揚(yáng)程而定。
水泵的流量（3m/h），應(yīng)比基坑涌水量增大10～20%，因為最初的涌水量較穩(wěn)定的涌水量大。如采用多套抽水設(shè)備共同工作時，則涌水量要除以套數(shù)。
水泵的吸水揚(yáng)程，要克服水氣分離器上的真空吸力，也就是要大于或等于降水深度加各項水頭損失，參見上式。因此，必須選擇吸水揚(yáng)程較大的水泵，以免水泵排不出水。
水泵的總揚(yáng)程，應(yīng)滿足吸水揚(yáng)程與出水揚(yáng)程之和。出水揚(yáng)程系包括實際出水高度及出水水頭損失。在輕型井點中，出水水頭損失可按實際出水高度的15～25%估算。多級井點系統(tǒng)中第二級井點以下的水泵，應(yīng)選用總揚(yáng)程較大者，以免需要中途接力。
（4）輕型井點施工
輕型井點系統(tǒng)的施工，主要包括施工準(zhǔn)備、井點系統(tǒng)安裝與使用。
井點系統(tǒng)的安裝順序是：挖井點溝槽、鋪設(shè)集水總管；沖孔，沉設(shè)井點管，灌填砂濾料；彎聯(lián)管將井點管與集水總管連接；安裝抽水設(shè)備；試抽。
井點系統(tǒng)施工時，各工序間應(yīng)緊密銜接，以保證施工質(zhì)量。各部件連接頭均應(yīng)安裝嚴(yán)密，以防止接頭漏氣，影響降水效果。
井點管沉設(shè)可按現(xiàn)場條件及土層情況選用下列方法：
1）用沖水管沖孔后，沉設(shè)井點管；
2）直接利用井點管水沖下沉；
3）套管式?jīng)_qiang水沖法或振動水沖法成孔后沉設(shè)井點管。
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