精品轻型井点的设计.docx
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精品轻型井点的设计
轻型井点的设计
平面布置
高程布置
涌水量计算
1)设计的基础资料
轻型井点布置和计算
井点系统布置应根据水文地质资料、工程要求和设备条件等确定.一般要求掌握的水文地质资料有:
地下水含水层厚度、承压或非承压水及地下水变化情况、土质、土的渗透系数、不透水层的位置等。
要求了解的工程性质主要有:
基坑(槽)形状、大小及深度,此外尚应了解设备条件,如井管长度、泵的抽吸能力等.
2)平面布置
根据基坑(槽)形状,轻型井点可采用单排布置(图a)、双排布置(图b)、环形布置(图c),当土方施工机械需进出基坑时,也可采用U形布置(图d)。
单排布置适用于基坑、槽宽度小于6m,且降水深度不超过5m的情况,井点管应布置在地下水的上游一侧,两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度。
轻型井点的设备
1)组成
轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成(图)
。
管路系统包括:
滤管、井点管、弯联管及总管。
滤管(图)为进水设备,通常采用长1.0~1.5m、直径38mm或51mm的无缝钢管,管壁钻有直径为12~19mm的滤孔。
骨架管外面包以两层孔径不同的生丝布或塑料布滤网.为使流水畅通,在骨架管与滤网之间用塑料管或梯形铅丝隔开,塑料管沿骨架绕成螺旋形。
滤网外面在绕一层粗铁丝保护网、滤管下端为一铸铁塞头。
滤管上端与井点管连接。
井点管为直径38mm和51mm、长5~7m的钢管.井点管的上端用弯联管与总管相连.
集水总管为直径100~127mm的无缝钢管,每段长4m,其上端有井点管联结的短接头,间距0。
8m或1.2m.
2)抽水设备
抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器(又叫集水箱)等组成,其工作原理如图所示。
抽水时先开动真空泵10,将水气分离器6内部抽成一定程度的真空,使土中的水分和空气受真空吸力作用而吸出,进入水气分离器6。
当进入水气分离器内的水达一定高度,即可开动离心泵13。
在水气分离器内水和空气向两个方向流去:
水经离心泵排出;空气集中在上部由真空泵排出,少量从空气中带来的水从放水12,9放出。
一套抽水设备的负荷长度(即集水总管长度)为100~120m。
常用的W5,W6型干式真空泵,其最大负荷长度分别为100m和
120m。
(请点击右图观看“干式泵抽水原理"动画)
双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良的情况。
环形布置适用于大面积基坑,如采用U形布置,则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向.
3)高程布置
高程布置系确定井点管埋深,即滤管上口至总管埋设面的距离,可按下式计算(图):
式中:
h—-井点管埋深(m);
h1—-总管埋设面至基底的距离(m);
Δh-—基底至降低后的地下水位线的距离(m);
i——水力坡度;
L——井点管至水井中心的水平距离,当井点管为单排布置时,L为井点管至对边坡角的水平距离(m).
4)涌水量计算
(1)水井分类
确定井点管数量时,需要知道井点管系统的涌水量。
井点管系统的涌水量根据水井理论进行计算。
根据地下水有无压力,水井分为无压井和承压井。
当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时(即地下水面为自由面),称为无压井;当水井布置在承压含水层中时(含水层中的水充满在两层不透水层间,含水层中的地下水水面具有一定水压),称为承压井.当水井底部达到不透水层时称为完整井,否则称为非完整井,各类井的涌水量计算方法都不同.
(2)无压完整井涌水量计算
目前采用的计算方法都是以法国水力学家裘布依(Dupuit)的水井理论为基础的。
裘布依理论的基本假定是:
抽水影响半径内,从含水层的顶面到底部任意点的水力坡度是一个恒值。
并等于该点水面处的斜率;抽水前地下水是静止的,即天然水力坡度为零;对于承压水,顶、底板是隔水的;对于潜水适用于井边水力坡度不大于1/4,底板是隔水的,含水层是均质水平的;地下水为稳定流(不随时间变化).
当均匀地在井内抽水时,井内水位开始下降。
经过一定时间的抽水,井周围的水面就由水平的变成降低后的弯曲水面,最后该曲线渐趋稳定,成为向井边倾斜的水位降落漏斗。
图1-42所示为无压完整井抽水时的水位变化情况.在纵剖面上流线是一系列曲线,在横剖面上水流的过水断面与流线垂直。
由此可导出单井涌水量的裘布依微分方程,设不透水层基底为x轴,取井中心轴为y轴,对于距井轴x处水流的过水断面近似的看作为一垂直的圆柱面,其面积为
(1)
式中
x——井中心至过水断面处的距离;
y——距井中心x处水位降落曲线的高度(即此处过水断面的高).
根据裘布依理论的基本假定,这一过水断面水流的水力坡度是一个恒值,并等于该水面处的斜率,则该过水断面的水力坡度
。
由达西定律水在土中的渗透速度为
(2)
由式
(1)和式
(2)及裘布依假定
可得到单井的涌水量(m3/d);
将上式分离变量:
水位降落曲线在x=r时,y=l’;在x=R时,y=H,l'与H分别表示水井中的水深和含水层的深度.对式(1-44)两边积分:
于是
设水井中水位降落值为S,l'=H—S则
或
式中
R——为单井的降水影响半径(m);
r——为单井的半径(m)。
裘布依公式的计算与实际有一定出入,这是由于在过水断面处的水力坡度并非恒值,在靠近井的四周误差较大。
但对于离井外有相当距离处,其误差是很小的(图)。
公式(1-45)是无压完整单井的涌水量计算公式。
但在井点系统中,各井点管是布置在基坑周围,许多井点同时抽水,。
即群井共同工作,其涌水量不能用各井点管内涌水量简单相加求得。
群井涌水量的计算,可把由各井点管组成的群井系统,视为一口大的单井,设该井为圆形的,在上述单井的推导过程中积分的上下限成为:
x由x0→R’,y由l'→H.于是由式(1—44)积分可得群井的涌水量计算公式(图1—43);
或
(m3/d)
式中
R'——群井降水影响半径(m);
x0——由井点管围成的大圆井的半径(m);
l'——井点管中的水深(m)。
假设在群井抽水时,每一井点管(视为单井)在大圆井外侧的影响范围不变,仍为R,则有R’=R+x0。
设S=H-l,由此,(1-46)成为如下的形式:
或
(m3/d)(3)
式(3)即为实际应用的群井系统涌水量的计算公式.
在实际工程中往往会遇到无压完整井的井点系统(图b),这时地下水不仅从井的面流入,还从井底渗入.因此涌水量要比完整井大。
为了简化计算,仍可采用公式(3)。
此时式中H换成有效含水深度H0,即
或
(m3/d)
H0可查表1—15。
当算得的H0大于实际含水层的厚度H时,取H0=H.
有效深度H0值表1—15
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。
84(S+l)
注:
S/(S+l)的中间值可采用插入法求H0。
上表中,S为井点管内水位降落值(m),参阅图;l为滤管长度(m)。
有效含水深度H0的意义是,抽水是在H0范围内受到抽水影响,而假定在H0以下的水不受抽水影响,因而也可将H0视为抽水影响深度。
应用上述公式时,先要确定x0,R,K。
由于基坑大多不是圆形,因而不能直接得到x0。
。
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,并用面积相等原则确定,此时将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径:
式中
x0—-环形井点系统的假想半径(m);
F-—环形井点所包围的面积(m2).
抽水影响半径,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。
在抽水2~5d后,水位降落漏斗基本稳定,此时抽水影响半径可近似地按下式计算:
(m)
式中,S,H的单位为m;K的单位为m/d。
渗透系数K值对计算结果影响较大.K值的确定可用现场抽水试验或实验室测定。
对重大工程,宜采用现场抽水试验以获得较准确的值。
(3)井点管数量计算
井点管最少数量由下式确定:
(根)
式中,q为单根井管的最大出水量,由下式确定:
(m3/d)
式中,d——为滤管直径(m);
其它符号同前。
井点管最大间距便可求得
(m)
式中:
L——总管长度(m);
n’——井点管最少根数.
实际采用的井点管间距D应当与总管上接头尺寸相适应。
即尽可能采用0.8,1.2,1。
6或2.0m且D〈D’,这样实际采用的井点数n〉n’,一般n应当超过1.1n',以防井点管堵塞等影响抽水效果。
一.概况
大庆市国际奥林公寓二期工程施工现场,基坑周长335米,地面标高为—0。
9米,基坑大部深—4。
75米,承台底标高分为—5。
35米和-5.65米两种,局部深—6.0米,基坑四周为深层搅拌桩止水,南侧,西侧为钻孔灌注桩+深层搅拌桩+压密注浆,
二.基坑范围内地质情况
层高标准(m)垂直渗透系数(cm/s)水平渗透系数(cm/s)
1.素填层:
0.6—1。
32。
22E-065。
57E-06
2.粘土:
0。
3-0。
72.92E—082.54E—07
3A.淤泥质粉质粘土:
—1.39--0。
971.96E—051。
42E-06
3B。
砂质粉土:
—2。
89-—2。
371。
65E—055。
05E-04
3C。
淤泥质粉质粘土:
—8.18--7。
592.10E-073。
25E-06
4.粉质粘土:
—10。
18——9。
627。
77E—085.56-07
三.水文地质情况
该工程场地地下水主要为空隙潜水,主要分布于4层粉质粘土之上,其主要补给来源为大气降水及地表水,对基坑开挖有影响的主要市3B,3C层,尤其市3C层,渗透系数较大,方便于基坑开挖,确保开挖面以上无水,结合该工程实际情况和我公司多年的降水经验,拟采用轻型井点降水法降低地下水位。
四.轻型井点设计
1.井点系统的
布置
根据本工程地质情况和平面形状,轻型井点选用环形布置。
为是总管接近地下水位,表层土挖去0。
5m,则基坑上口平面尺寸为70m×100m,布置环形井点。
总管距基坑边缘1m,总管长度L=[(70+2)+(100+2)]×2=348(m)坑内采用二级井点降水,根据挖深及开挖范围采用环形井点布置,其平面尺寸约为50m×60m(具体尺寸以设计图纸为准,现场调整)。
总管距基坑边缘1m,总管长度L=[(50+2)+(60+2)]×2=228(m)。
水位降低值S1=5。
35—0。
7+0.5=5.15(m),S2=5.65—0。
7+0.5=5.45(m),S3=6。
5-0。
7+0。
5=6。
30(m).采用一级轻型井点,井点管的埋设深度(总管平台面至井点管下口,不包括滤管).HA1≥H1+h+IL=5。
15+0.5+10%×7=6.4(m),HA1≥H1+h+IL=5。
45+0。
5+10%×7=6。
7(m)。
HA1≥H1+h+IL=6.30+0。
5+10%×7=7。
7(m).分别采用7。
4m,7.7m,8。
7m长的井管,直径50mm,滤管长1。
0m.井点管外露地面0。
2m,埋入土中6.6m,6.9m,7.9m(不包括旅馆)大于7。
4m,7.7m,8.7m,符合埋深要求。
2.基坑涌水量计算
井点管及滤管分别长7。
4m,7。
7m,8.7m,滤管长宽比小于5,可按无压非完整井环形井点系统计算。
按无压非完整井环点系统涌水量计算公式进行计算。
Q=1336K×(2Ho-S)S/LgR—Lgx0Ho取:
10。
20(m).K:
渗透系数取平均值K=2.54×10-4cm/s。
R抽水影响半径:
R=1.95×S(HoK)=1.95×5。
15×10。
2×2。
19=150m,基坑假象半径,Xo=F/3.14=47。
21(m),以上数据代入公式,得基坑涌水量Q:
Q=464.30(m3/d)。
3.单根井点管出水量:
Q=65Πdl=13.25(m3/d)。
井点管数量n=1。
1Q/q=45(根/套),井距:
实际总根数350根,需要7套。
坑内需要220根,约5套,具体数量根据实际工程情况确定。
4。
抽水设备选用
抽水设备所带动的总管长度为50m/套,选用W5型干式真空泵。
五:
井点降水方案
井点降水管间距采用1米左右,每套设备降水周长不超过40米为宜。
5。
1.施工准备
5。
11.检查所有电力控制柜是否完好,漏电保护是否有效,连接电缆是否有破损。
5.12.检查电动机、离心泵是否能够正常运转,易破坏物件是否需要更换。
5.13.检查降水主管、降水支管是否符合要求,破损、漏气的地方及时维修。
5
5.14.检查高压冲管设备是否达到压力要求,水枪头是否达到冲孔要求.
5。
15.检查备用易损件和备用设备是否齐全.
5。
2.安装井点降水设备
5。
21.按甲方要求放出降水边线,要离开土建基坑施工边线5—8米。
5。
22.在施工场地先形成100M2的蓄水池,将高压冲管设备放入蓄水池,连接好水枪头。
5.23.在安置降水支管的地方先刨出记号坑,然后按顺序进行冲孔,孔径应在20-30CM之间,如降水区土质为淤泥质或其他非砂质土,应尽量扩大冲孔直径。
5.24.冲孔后,应立即安装降水支管,降水支管应轻放止孔底,不可让其自然沉入孔底,应人工扶住支管,漫漫沉入孔底,到达孔底后,立即在管周围,填满中粗砂。
每孔砂应达到100KG左右,以将降水滤管以上1M埋设为宜。
5.25.填砂后,应将降水支管向上提30—50CM,并上下来回活动支管,让砂充分黏附管壁周围。
5。
26.支管安装完毕后,连接降水主管。
主管间连接应连接牢固,不漏气.
5.27.主管与支管连接要确保不漏气,并要将支管扎于主管上。
5。
28.离心泵安装要注意正向与反向,并要添加润滑才能开机.
5。
29.水箱中水要加满才能使压力达到最佳状况。
5。
2.10.查气时,应先堵漏气大的。
再堵漏气小的,漏气的地方要用专用黄油封堵,不可用其他代替。
5。
3.设备运行维护
5.31.设备开机后,不能停机,要24小时运行。
5.32.将备用泵和电机调试好,发现运行设备有故障时,应及时替换,并将替换设备维修好。
5。
33.晚上应形成值班制度,工作人员要不间断的检查设备运行情况。
5。
34.发现降水管漏气时,尽可能不关机进行封堵。
六.设备拆除
6。
1.轻型井点降水设备的拆除应有图纸设计人员的同意。
6.2.在地下室后浇带未施工前,后浇带设备不可以拆除。
6。
3,拆除地下室室外围降水管时,应同时进行土方回填,防止地下室上浮。
备注
施工布置
1:
甲方在用挖掘机挖槽时
(1)首先要挖至水位界面层上,且在槽边缘设点留有积水坑以备降水打眼做循环水之用;
(2)再考虑基础施工工作面,降水工作面留有足够空间,设点积水坑中心向周边半径30m-40m范围延展皆可;(3)开槽的槽底与槽口放坡程度根据具体深度而定,不同的深度放坡程度各异,一般槽口壁与槽口放坡向外延展部位120度角呈阶梯状为宜,为了缓解槽边压力将开方土不要堆放槽口近处,(2米以外)以免塌方。
2:
甲方布好总排水通道时,再在槽边设好一个带水泵的蓄水池,待槽基下的水降出地面后,统一汇集至蓄水池中,一并通过总排水通道排送至指定地点.
3:
每台机组15千瓦电机组,离心泵2.2千瓦,污水2.2—3千瓦,扬程25m,流量30吨/小时,根据所带机组台数配置总电缆及配电箱。
一般配置16—30m2,3—4股铜芯电缆至槽边附近即可。
4:
甲方配适量中粒工程砂置槽边,以灌注井外壁眼之用,利于水的渗透.
5:
乙方需施工前3天进场,搭建暂舍,存放设施整齐有序,相应设施及材料进场,检测电机性能,井管花眼部位缠100目纱布,做施工前的一切准备工作。
主要施工机械设备配置
1:
1。
5千瓦电机组,2.2千瓦离心泵,1m×0。
5m×0。
8m循环水箱台数若干
2:
3千瓦污水泵,扬程25m,流量30吨/小时,配置设施台数若干
3:
4m 5m 6mΦ1.5寸井管 根据需要数量若干
4:
Φ2.5寸 6m的6个出水接口出水杠 数量若干
5:
配套分机配电箱数量若干
6:
2寸,3寸PVC连接胶管 数量若干
7:
配套蓄水槽每机组一个 数量若干
8:
相关材料配备齐全
轻型井点降水
1:
插管深度:
插管深度取决于施工需要深度,根据当地状况所处的地质情况因地而异,一般情况,井管根部插至含沙量较高沙质土层为宜,此种土质水的渗透系数大,质地张力大,土质松弛结构密度小,淋水快,若中间有断层情况,则多选择花眼部位插至断层中间,则上下可兼顾,在正常情况下,开槽底部深度多在水位线上,一般井点管插至基底1.5m深度为宜,选择井管长度,要根据开槽深度和自然地面降水深度综合因素而定。
2:
每机组所带井管的数量,则取决于降水深度及井点管的长度而定,一般情况下,降水深度自然地面向下返2.5m—3。
0m之间,开槽至1。
5m-2m之间深度,则采用4m井管,15千瓦电机组可带管80-90根井管,降水深度自然地面下返4.0m-4.5m深度,开槽在2m—2.5m之间的,则用4m或5m井管,采用15千瓦的电机组可带井管60—70根左右。
3:
井点管间距,根据出水杠的接口设1—2m之间。
4:
下管用中粒工程沙,沿水枪打眼处及井管处壁注满,以此增加水的渗透力。
5:
大杠与井管之间采用2寸PVC胶管连接,电机水箱与排水杠连接用3寸PVC胶管连接,然后采用胶带密封固牢。