轻型井点降水法施工工艺.docx
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轻型井点降水法施工工艺
轻型井点降水法施工工艺
在基坑开挖深度较大，地下水位较高，而土质较差（如粉砂、细砂等）的情况下，用集水坑降水法施工往往容易出现坑内涌水、斜坡失稳塌方、坑底上冒（即管涌）、流砂等现象。
不但使基坑无法开挖，还会造成大量水土流失，影响邻近建筑物的安全，为此一般采用人工井点降水。
井点降水法就是在基坑开挖之前，在基坑四周埋设一定数量的滤水管，挖方前或挖方过程中利用抽水设备，通过井点管不断抽水，使地下水位逐渐降落至基坑底以下，形成较为稳定的水位曲线。
由于在基坑开挖过程中仍不断抽水，这样可使所挖土体始终保持干燥状态，从根本上防止了地下水涌入坑内，也防止了流砂的发生，既改善了工作环境，也利于提高工程质量。
若井点降水影响邻近建筑物的沉降与安全，应采取措施，用回灌法，旋喷加固土壤等法解决。
各类井点降水参考适用范围
项次
井点类别
土层渗透系数/（m/d）
降低水位深度/m
1
单层轻型井点
0.1～50
3～6
2
多层轻型井点
0.1～50
6～12
3
喷射井点
0.1～2
8～20
4
电渗井点
<0.1
根据选用的井点确定
5
管井井点
20～200
3～5
6
深井井点
10～250
>15
井点降水有两类：
一类为真空抽水，有轻型井点（单级或多极）、电渗井点和喷射井点；另一类为非真空抽水，有管井井点和深井泵等。
施工时应根据含水层分布及类别、渗透系数、降水深度、工程特点及设备条件等，通过技术经济比较，选择适当的井点降水方法。
各类井点降水方法的参考适用范围可参照上表选择。
以轻型井点降水法采用较广。
轻型井点降水施工工艺：
轻型井点法降水就是沿基坑的一侧、二侧或四周将多根较细的井点管埋入地下蓄水层内，井点管的下端装有滤管，井点管的上端通过弯管与总管连接形成管路系统，利用装在管路系统上的抽水设备将地下水通过井点管不断抽出，这样便可将原有地下水位降至坑底以下需要的高度。
轻型井点降水布置示意图
1、井点管，直径与滤管相同，长度5～7m。
2、滤管，直径f38～f50mm，长度1.0～1.5m。
3、总管：
直径f100～f127mm。
4、弯联管，一般为透明塑料管或橡皮管。
5、抽水设备，包括真空泵、离心水泵和水气分离器等组成。
一、轻型井点降水设备：
轻型井点降水设备由管路系统与抽水设备两大部分组成。
甲、管路系统：
包括滤管、井点管、弯联管及总管等。
1、滤管：
滤管是进水渗透管，其构造是否合理对抽水
效果影响很大。
滤管的直径多为38～50mm，长
度为1.0～1.5m，管壁呈梅花形，钻有直径为13
～19mm的圆孔，管壁外包两层滤网，内层为细
滤网，采用网眼30～50孔/cm黄铜丝布或尼龙丝
布；外层为粗滤网，采用网眼5～10孔/cm的铁
丝布、尼龙丝布或棕皮。
为避免滤孔淤塞影响流
水畅通，滤网与管壁之间用小塑料管或梯形铁丝
绕成螺旋状隔开。
滤网外面再围一层8号粗铁丝
保护网。
滤管下端为一锥形的铸铁头子，上端与
井点管连接。
2、井点管与弯联管：
井点管的直径与滤管相同，其长度为5～7m，可整根或分节组成。
井点管的上端用联管与总管相连。
弯联管可用透明塑料管、胶皮管或钢管，上均装有阀门，用于检修井点。
3、总管：
总管一般用直径为100～127mm的钢管。
每节长度为4m，其上每隔0.8m或1.2m设一个与井点管连接的短接头。
乙、抽水设备及工作原理：
抽水设备由真空泵、离心泵和水气分离器等组成。
其工作原理如下图所示。
轻型井点降水是利用真空原理提升地下水。
抽水时首先开动真空泵，由于真空泵不断抽吸，将集水箱内部抽成一定程度的真空，井点管内也产生真空（负压），地下水在大气压力的作用下从土壤孔隙内向压力较低的孔隙内流动，经过滤管，一直流到压力很低的井点管，经弯管和阀门进入集水总管，通过过滤箱，分离出水中泥砂，再被提升到集水箱中进行气水分离，地下水由水泵抽走，空气集中在上部由真空泵排出。
如水过多来不及排出时，集水箱内的浮筒靠水的浮力托举向上，将通过真空泵的通道关闭，防止水进入真空泵。
为对真空泵进行冷却，要另设一个冷却水循环系统对真空泵进行冷却。
集水箱与总管连接的管口应高于其底部0.3～0.5m，使集水箱内保持一定水位，不致被水泵抽空，并使真空泵停止工作时集水箱中的水不致倒流回基坑内。
二、轻型井点系统布置：
根据基坑平面形状及尺寸，基坑挖深，土质情况，地下水位高低与流向，降水深度等而确定。
甲、平面布置：
有单排线状井点、双排线状井点或环形井点，如下图所示。
当基坑或沟槽宽度小于8m，且降水深度不超过5m时，可用单排线状井点，且应布置在地下水流的上游一侧，其两端的延伸长度以不小于沟槽宽为宜（图（a））。
宽度大于6m或土质不良时，宜采用双排线状井点（图（b））。
当基坑面积较大时，可采用环形井点（图（c）），其总管也应在泵的对面断开。
有时为了有利于挖运土机械车辆出入，可留出一段不封闭。
对设有多套抽水设备的环形井点，井点系统应分段，并装设分段阀门，以免管内水流紊乱。
无论采用何种平面布置形式，井点管距基坑壁的距离不应小于0.7～1m，以防局部漏气。
井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等经计算或经验确定，一般采用0.8～1.6m。
靠近河流处与总管四角处，井点管应适当加密。
乙、高程布置：
轻型井点降水深度，在管壁处一般不宜超过6m为宜。
井点管埋置深度H（不包括滤管）可按下式计算：
H³H1+h+IL（m）
式中，H1——井点管埋设面至坑底面的距离（m）。
h——基坑底面至降水后的地下水位线的距离，一般取
0.5～1.0m。
I——水力坡度，根据实测：
环形井点为1/10，单排线状
井点为1/4。
L——井点管至基坑中心的水平距离。
轻型井点每一级的降水深度宜不超过6m。
根据上式求出的H值如大于6m时，则适当降低井点管和抽水设备的埋置面，如仍达不到降水深度的要求，可采用二级井点或多级井点。
此外在确定井点管埋置深度时，井点管应露出地面0.2～0.3m。
但滤管必须埋在含水层内。
丙、轻型井点设计与计算：
轻型井点设计计算包括：
涌水量计算，井点管数量及井点管间距的确定，以及抽水设备的选用等。
目前用于轻型井点降水计算的公式由于受水文地质和井点设备等许多因素的影响，算出的数值只是近似值。
1、涌水量计算：
井点系统涌水量是以水井理论为依据的。
其井类分为四种：
完整井与非完整井；有压力井与无压井。
如水井的井底达到不透水层时为完整井，井底达不到不透水层的为非完整井。
根据地下水有无压力又分为承压井和无压井。
如水井井底布置在两层不透水层之间的含水层内，地下水受到一定的压力称为承压井；水井布置在无压力的潜水层内称为无压井。
井类不同，其涌水计算方法不同，其中以无压完整井的理论较为完善，无压完整井又分为单井与群井，也称环状井点系统。
无压完整井（单井）抽水前，水是静止的水力坡度为零。
开始抽水时，井内水位下降，当抽到一定时间后，井周围的水面降落逐渐稳定形成一漏斗状曲面，称之为降落漏斗。
水井抽至漏斗曲线最外缘至水位不变处的水平距离称为抽水影响半径R（如下图）。
H2-h2（2H-s）
Q=1.366K=1.366K（m3/d）
RlgR-lgr
lg
r
式中，H——含水层厚度（m）；
h——井内水深（m）；
R——抽水影响半径（m）；
r——水井半径（m）；
s——井中水位降落深度（m）。
对环状井点系统是由许多单井组成，各井点同时抽水时，由于各个单井相互距离都小于抽水影响半径，其水位降落漏斗相互干扰，涌水量计算复杂。
可把环状井点系统看成一个假想半径为c0的大圆形井简化计算。
公式为：
（2H-s）s
Q=1.366K（m3/d）
lgR-lgc0
式中，c0——环形井点的假想半径（m）。
在应用上面公式计算时，应先确定c0，R，K。
当矩形基坑的长度比不大于5时，环形井点可视为一圆形井，其假半径c0可按下式计算：
F
c0=
p
式中，F——基坑环形井点管所包围的面积（㎡）。
抽水影响半径R，与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关，一般由现场抽水试验确定。
当水位降落漏斗稳定后，亦可按下式计算：
R=1.95SHK
K——渗透系数（m/d）。
渗透系数K值确定是否准确，对抽水方案与计算结果影响很大，可通过现场抽水测定和实验室渗透试验。
对重大工程，宜采用现场抽水试验，以获得较为准确的渗透系数值。
由于目前用于轻型井点降水的计算公式都是近似的，使用时要注意其适用条件，即要求矩形基坑的长度比小于5，且基坑开挖宽度小于2倍的抽水影响半径。
若不符合此条件，则需把基坑进行分块使其符合适用条件。
然后分块计算涌水量，最后相加即为总涌水量。
在实际工程中常常会遇到无压非完整井的井点系数。
如下图所示：
为简化计算，一般仍用于无压完整井群井井点涌水量公式计算，但式中H换成为有效带深度H0。
H0值为经验数值，可查下表确定。
当算得H0大于实际含水层厚度H时，则仍取H值。
（2H0-S）S
Q=1.366K（m3/d）
lgR-lgc0
H0值
S/（S’+L）
0.2
0.3
0.5
0.8
H0
1.3（s’+l）
1.5（s’+l）
1.7（s’+l）
1.85（s’+l）
2、确定井点管数量与间距：
井点管根数n根据井点系统涌水量Q和单根井点管最大出水量q，按下式计算：
Q
Q=1.1（根）
q
式中，1.1——备用系数，考虑井点管堵塞等因素；
q——单管井点管最大出水量（m3/d）。
按下式求得：
q=65pdl2K（m3/d）
式中，d——滤管直径（m）；
l——滤管长度（m）；
K——渗透系数（m/d）。
井点管间距按下式求得：
l
D=（m）
n
式中，D——井点管间距（m）；
l——总管长度（m）；
n——井点管根数。
井点管D值求出后还要根据实际情况进行调整：
井距不能过小，以免管井太密彼此干扰，造成出水量减少，要求井距大于5pd。
同时应符合总管接头的间距（0.8,1.2,1.6m）。
3、确定抽水设备：
常用抽水设备有离心泵、真空泵等，一般可按涌水量、渗透系数、井点管数量与间距来确定。
有关设备技术性能可在有关手册中查得。
4、轻型井点施工：
主要包括准备工作、井点系统的安装、使用及拆除等几个阶段。
准备工作包括井点设备、施工机具、水源、动力及必要材料的检查准备等。
并做好水位观测孔位置的设置选择。
井点系统的安装顺序为：
放线、挖井点沟槽、埋设总管、冲孔、下井点管、填砂滤层、联接井点管与总管、安装抽水设备。
井点管的埋设一般用水冲法冲孔。
利用起重设备将冲管吊起并插在井点的位置，利用高压水将土冲松，冲管边冲边沉。
直至冲孔深度比滤管深度低0.5m左右时为止，关闭水枪后拔出冲管。
冲孔成后，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。
砂滤料的填灌质量是保证井点管施工质量的关键。
滤砂要干净粗砂，滤层厚度均匀一致，然后用至少1.0m厚的粘土封顶，以防漏气。
井点管系统全部安装完毕后，应立即进行抽水试验，以检查有无漏水、漏气现象。
轻型井点使用时，一般应连续抽水，不要停机，以防滤网堵塞。
中途停抽，会造成地下水回升，引起土方边坡坍塌等事故。
采用井点降水时，应对附近建筑物进行沉降观测。
三、轻型井点降水系统设计与计算示例：
某建筑地下室平面如图所示。
基础底面标高为-4.50m，电梯井部分标高为-5.30m。
自然地面标高为-0.40m。
地质勘测资料提供：
标高-1.40m以上，土层为亚粘土，以下土层为粉砂土。
地下静水位-1.80m，土的渗透系数K=5m/d。
为施工操作需要，坑底开挖平面尺寸比设计平面尺寸每边加宽0.5m。
基坑边坡采用1:
0.5。
1、方案布置：
根据提供资料，决定采用轻型井点降水环形布置，并在凹字形中间插入一排井点，布置见图。
井点管直径选用50mm，距坑壁取1.0m处布置。
埋置深度决定：
从地面（-0.40m）到滤管顶部根据公式计算，至少埋深为（4.5-0.4）+0.5+17.4×0.1=6.34（m）。
考虑井点管每级降水深度及井点管标准长度以6m为宜，因此可将土层先推掉0.6m厚，然后将总管埋于地面以下0.6m处。
井点管所需长度为：
6.34-0.6+0.20（井点管露出地面高度）=5.94m<6.0m，满足要求。
电梯井部分的基坑局部加深0.8m，可采用7m长的井点管。
滤管长均为1.0m。
井点管的间距，考虑到粉砂土的渗透系数不大，初步选用1.6m。
总管的直径选用127mm，长度根据平面布置图计算得：
2（67.6+2×1.0）+2（46.4+2×1.0）+（46.4-11.0-2×1.8）+（14.0-2
×1.8-2×1.0）=276.2（m）
抽水设备根据总管长度选三套，其布置范围如图所示。
2、设计计算：
（1）、涌水量计算：
按无压非完整井计算。
并考虑中间插有一排井点管，分为两块计算。
含水层有效高度H0按表求得：
S3.2
==0.54
S’+l4.94+1.0
H0=1.7（4.94+1.00）=10.0（m）
基坑中心降水深度：
S=4.5-1.8+0.5=3.2（m）
抽水影响半径为：
R=1.95×3.210×5
=44.1（m）
假想半径，由于基坑长宽比小于5，故
34.8×48.4
c0==23（m）
3.1416
涌水量为：
（2×10-3.2）×3.2
Q=1.366×5×=1299（m3/d）
lg44.1-lg23
整个基坑总渗水量按总管周长比例计算为：
276.2
Q坑=1299×=2156（m3/d）
2（34.8+48.4）
（2）、井点管数量与间距计算：
单根井点管出水量按公式求出：
q=65×3.1416×0.05×1.035=17.4（m3/d）
井点管数量按公式求出：
1299
n=1.1×=82（根）
17.4
井点管间距按公式求出：
2（34.8+48.4）
D==2.08（m）取1.6m
82
因此，整个基坑井点管数量为276.2/1.6=172（根）
（3）、抽水设备选用真空泵，所需最低真空度：
hk=10（6.0+1.0）=70（Pa）
水泵所需流量：
1299
Q=1.1×=476.3（m3/d）=20（m3/h）
3
水泵扬程（只有吸水扬程）
Hs=真空度+阻力»井管长+1m=6.0+1.0=7.0（m）
根据有关手册选用Ws型干式真空泵和3B33型离心泵。
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