土层地下设计与施工课程设计.docx
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土层地下设计与施工课程设计
《土层地下设计与施工》课程设计
题目：
人工降低地下水位
学院名称：
核资源工程学院
指导教师：
招国栋
班级：
学号：
学生某某：
2016年6月
土层地下建筑设计与施工课程设计任务书
一、设计的目的与要求
《土层地下建筑设计与施工》是城市地下工程专业的一门重要的专业主干课程，本课程设计是在学生完成该门课程之后进展的。
该课程设计主要针对工程实际，考查学生运用所学知识加深对本课程的理解与应用的能力，着重掌握根本的设计理论、方法，为学生的毕业设计奠定坚实的根底，同时也是为了城市地下工程专业的学生适应工作的需要，所以有必要进展该门课程的课程设计。
二、设计题目
人工降低地下水位
三、课程设计资料
某工程开挖一底面积为30m×50m的矩形基坑，坑深4.0m，地下水位在自然地面一下1.0m处，土质为含粘土的细砂，不透水层在地面以下20m处，土的渗透系数k=5m/d,基坑边坡采用1：
0.5的坡度。
四、课程设计要求
1、人工降低地下水位简介；
2、基坑降水设计参数计算；
3、方案确实定；
4、施工准备；
5、操作工艺和顺序；
6、施工要点；
7、质量标准；
8、成品保护；
9、安全措施；
10、安全标准。
五、课程设计时间安排
课程设计时间：
2016.5.24~2016.6.20
人工降低地下水位
一、工程概况
某工程开挖一底面积为30m×，
地下水位在自然地面一下1.0m处，土质为含粘土的细砂，不透水层在地面以下20m处，土的渗透系数k=5m/d,基坑边坡采用1：
0.5的坡度。
二、人工降低地下水位简介
人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管〔井〕，用抽水设备抽水，使地下水位降低到坑底以下，同时在基坑开挖时仍不断抽水。
这种方法可使开挖的土始终保持枯燥状态，从根本上防止流砂现象的发生，改善了工作条件，同时由于土中水被排走后，动水压力减少或消除，边坡可以放陡，减少挖土量。
此外，由于渗流向下，动水压力作用加强重力，增加土颗粒间的压力，使坑底土层更为密实。
因此这种方法在地下工程中广泛使用。
人工降低地下水位方法有：
轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点与深井泵等，可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度、工程特点与设备条件等，参照下表1选择。
各种井点的适用X围
井点类型
土层渗透系数〔m/d〕
降低水位深度〔m〕
土的类别
单层轻型井点
0.1~50
3~6
轻亚粘土、细砂、中砂、粗砂
多层轻型井点
0.1~50
6~12由井点层数而定
轻亚粘土、粉砂、细砂、中砂、粗砂
电渗井点
根据选择的井点而定
粘土、亚粘土
管井井点
20~200
＞10
粗砂、砾石、卵石
喷射井点
0.1~50
8~30
轻亚粘土、细砂、中砂、粗砂
深井泵井点
10~250
＞6
砾石、中砂、粗砂
三、基坑降水设计参数计算
1、井点降水类型的选择
根据表1由土的渗透系数k=5m/d和要求降水的深度3.5m选择单层轻型井点。
轻型井点主要由井点管〔包括过滤器〕、集水总管、抽水泵、真空泵等组成。
轻型井点降低地下水位，是按设计沿基坑周围埋设井点管，一般距基坑边0.8m～1.0m，在地面上铺设集水总管〔并有一定坡度〕，将各井点管与总管用软管〔或钢管〕连接，在总管中段适当位置安装抽水水泵或抽水装置。
井点系统装置组装完成之后，经检查合格后即可启动抽水装置。
这时，井点管、总管与储水箱内空气被吸走，形成一定的真空度〔即负压〕。
由于管路系统外部地下水承受大气压力的作用，为了保持平衡状态，由高压区向低压区方向流动。
所以，地下水被压入至井点管内，经总管至储水箱，然后用水泵抽走〔或自流〕。
这现象称为抽水〔即吸水〕。
2、基坑降水系统的布置形式
对于井点的布置形式，一般分为两种形式。
当基坑为块状时，宜采用封闭式布置；当基坑为条形状时，宜采用线性井点布置。
3、基坑图形面积的计算
长边=50+2×4×0.5＋2×1.5＝57m；
短边=30+2×4×0.5＋2×1.5＝37;
基坑假想圆半径
4、基坑总涌水量的计算
〔1〕基坑中心处要求降低的水位深度S’
〔2〕地下水位以下井管长度S
〔3〕有效带深度H
；其中L为滤管长度
〔4〕影响半径R
基坑总涌水量：
5、单井点抽水量确实定
；
其中d为滤管外径，取d=50mm
6、井点管根数与间距确实定
考虑备用增加井点约15%，取106根。
井点管间距
7、验算基坑中心降水深度S’
8、抽水设备的选择
由于基坑尺寸较大，选用两套抽水设备，每套带总管长度94m.
涌水量Q=m3/d=m3/h=l/s
允许吸上的真空高度HS
水泵功率计算：
选用3BA-9A型泵两台，轴功率为2×3.35=6.7kw>kw，其流量为2×35=70m3/h>m3/h，考虑备用水泵两台共四台。
四、方案确实定
根据以上设计参数计算，采用轻型井点4型，井点管106根，直径50mm，沿基坑封闭型分布间距为1.77m；滤管长度为1.5m,外径为50mm；总管直径为150mm,抽水设备四台高压离心泵〔两台备用〕。
井点管的埋设方法有自射式水冲法、导杆水冲法、套管水冲法与钻孔法。
自射式水冲法：
该方法施工简单、速度快，但只适用于渗透性良好的砂土。
对于软弱土层或其它弱透水性土层与粘土、砂互层的情况下，严禁使用该施工方法，否如此造成井点过滤器的堵塞，会导致井点降水失败。
导杆水冲法：
施工速度快，在软弱土层施工时，一班作业可完成轻型井点埋设20~30根。
但是在软弱的土层中采用时，当冲枪成孔时，水力冲破土，空内地基土成流塑状态，当导杆拔出后，孔洞易缩颈和塌孔，此时必须立即将井点管插入孔洞内，由于在放入的工程中，过滤器直接与土壤接触，并左右摇摆，这会造成过滤器大局部被泥土封住。
套管水冲法：
次方法解决了过滤器被堵塞的难题，提高了井点管的出水率和持久性，但是该方法下沉速度慢，有时一班作业仅完成2~3根井点。
钻孔法：
用回转式钻井机钻孔埋管，钻机在钻孔时钻杆中不断通入压力水，由钻头两侧射出，被破碎的泥土变成泥浆浮升到地面，泥浆有护壁作用。
钻孔深度要比设计深度增加1.0m。
根据地质条件和现有设备选择套管水冲法埋设井点管。
五、施工准备
1、主要使用材料与要求
〔1〕井点管：
用直径50mmmm的同直径钻有φ10mm梅花形孔〔6排〕的滤管，外缠8号铁丝、间距20mm，外包尼龙窗纱二层，棕皮三层，缠10号铁丝，间距40mm。
〔2〕连接收：
用直径50mm的胶皮管、塑料透明管或钢管，每个管上宜装设阀门，以便检查井点。
〔3〕集水总管：
用直径150mm的钢管分节连接，每节长4mm设一个连接井点管的接头。
〔4〕滤料：
中、粒砂，含泥量小于3%。
2、主要工机具
〔1〕高压水泵：
用3BA-9A型高压水泵4台，每台可带动226根轻型井点管。
〔2〕循环水箱：
钢板制，尺寸为2500×1450×1200。
3、管路系统：
包括进水、排水总管〔直径150mm，每套长90m〕、接头、阀门、水表、溢流管、调压管等管件、零件与仪表。
4、轻型井点管的组装，必须满足设计长度和过滤器质量要求，组装前应检查
井管、连接件、支座环和滤网等，组装后应做泵水试验和真空度测试，其真空度应保持在55.3~66.7kPa,按增加2%的数量备用。
5、去除现场的障碍物，按井点平面布置图挖井点位置坑和排泥沟。
6、现场内道路、水源、电源均满足施工需要。
7、编制井点施工作业计划，其中包括工序安排、施工日期、抽水时间与劳动力安排。
8、井点施工劳动力组成，一般为起重工2名、管工2名、运转工2名、钳工2名、电工2名与力工假如干名组成。
9、编制作业技术操作规程，印制各类管理记录表格，并详细进展技术交底。
六、操作工艺与顺序
施工顺序：
测量放线布置井点总管安装喷射井点管接通总管接通水泵接通井点管与排水管、并通循环水箱
启动高压水泵排除水箱余水测量地下水位喷射井点拆除
操作工艺：
1、井点布置
井点间距为2m,井点管距坑壁m。
沿基坑环形封闭布置。
2、井点管埋设
〔1〕成孔方法：
宜采用套管冲枪冲孔，加水与压缩空气排泥，当套管内含泥量测定小于3%时，才下井管与灌砂，然后再将套管拔起。
〔2〕冲孔直径为400~600mm，深度应比滤管底深1m以上。
〔3〕下管时，水泵应先开始运转，以便每下好一根井管，立即与总管接通〔不接回水管〕后与时进展单根试抽排泥，并测定真空度，待井管出水变清后为止，地面测定真空度。
〔4〕全部井点管沉设完毕后，再接通回水总管，全面试抽，然后让工作水循环进展正式工作。
3、井点运行
〔1〕各套进水总管均应用阀门隔开，各套回水管应分开。
（2）开泵时压力要小于0.16MPa，然后逐步开足压力。
如发现井点管周围有翻砂、冒水现象，应立即关闭井管检修。
（3）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，以便减轻工作水对喷嘴与水泵叶轮等的磨损。
4、井点拆除
〔1〕地下建筑物竣工并进展回填、夯实至地下水位线以上时，方可拆除井点系统。
〔2〕拔出井点管可借助于倒链或杠杆式起重机。
所留孔洞，下部用砂，上部1~2m用粘土填实。
七、施工要点
施工要点、关键控制点等的控制方法
序号
特殊或关键点
主要控制方法
1
冲孔深度
宜采用套管冲枪冲孔，冲孔深度比滤管底深1m以上；用水准仪测量
2
井点管上水正常
真空度；堵塞井点管周围翻砂、冒水、漏气的现象
3
工作水清洁
减轻工作水对喷嘴、水泵叶轮的磨损；试抽两天后更换清水；此后视水的污浊程度定期更换清水
4
附近建筑物标高观测
保证建筑物附近水位差在以内；定期进展标高测量、比拟，必要时采用“回罐〞技术
5
设备连续运转
不得因停电使渗水冲坏边坡，甚至淤积基坑〔槽〕；采用双路供电系统，或采用用发电机组
6
水位控制
水位要降低到基底以下，方能进展地下施工；从观测井测量水位，必要时采取增加水泵来增加抽吸能力
7
井点拆除
隐蔽工程施工到地下水位线以上；水准仪测量控制
八、质量标准
1、一般规定
〔1〕排水沟坡度:
检查要求：
允许值为0.1~0.2%。
检查方法：
目测，沟内不积水，沟内排水畅通。
（2）井管〔点〕垂直度：
检查要求：
允许值为1%以内。
检查方法：
插管时目测。
（3）井管〔总〕间距：
检查要求：
与设计相比小于等于150%。
检查方法：
用钢尺量。
（4）井管〔点〕插入深度:
检查要求：
与设计相比小于等于200mm。
检查方法：
现场测量〔水准仪〕。
井点拆除。
2、质量记录
〔1〕降、排水施工方案和技术交底；
（2）施工日志和每天观测井中水位记录；
（3）机械台班运转记录；
（4）降水与排水工程检验批质量验收记录表。
3、应注意的质量问题
（1）降水深度不足：
轻型井点降水施工前，要查明地质、水文情况，编制详细的降水施工方案，提出购置、加工配套数量，进展必要的试验、试运转，确保各项指标符合设计降低水位的要求。
（2）回水倒灌：
进水、回水总管与每根井点管的连接收均需安装阀门，以便调节使用和防止不抽水时，发生回水倒灌。
井点管路接头应安装严密，不得漏气。
（3）组装偏差：
井点管组装时，必须保证喷嘴与混合室中心线一致；组装后，每根井点管应在地面作泵水试验和真空度测定。
4、质量保证措施
（1）井点管间距、埋设深度应符合设计，一组井点管和接头中心，应保持在一条直线上。
（2）井点埋设应无严重漏气、淤塞、出水不畅或死井等情况。
（3）
〔4〕在安装前应将井点系统全部管路的管内铁锈、淤泥等杂；物除净并加保护下井点管前必须严格检查滤网，发现破损或包扎不严密应与时修补。
〔5〕井点冲孔深度应比滤管底端深0.5m以上，冲孔直径应不小于200mm。
单根井点埋设后要检查它的渗水能力，一套井点埋设后要与时试抽，全面检查管路接头安装质量、井点出水情况和抽水机组运转情况，发现问题应与时处理。
对始终抽出浑浊水的井点必须停止使用
九、成品保护
〔1〕井点成孔后，应立即下井点管并填入豆石滤料，以防塌孔。
不能与时下井点管时，孔口应盖盖板，防止物件掉入井孔内堵孔。
〔2〕井点管埋设后，管口要用木塞堵住，以防异物掉入管内堵塞。
〔3〕井点使用应保持连续抽水，并确保设备用电，以防止泥渣沉淀淤管。
〔4〕冬季施工，井点联结总管上要覆盖保温材料，或回填30cm厚以上干松土，以防冻坏管道。
十、安全措施
（1）冲、钻孔机操作时应安放平稳，防止机具突然倾倒或钻具下落，造成人员伤亡或设备损坏。
（2）已成孔尚未下井点前，井孔应用盖板封严，以免掉土或发生人员安全事故。
（3）各机电设备应由专人看管，电器必须一机一闸，严格接地、接零和安装漏电保护器，水泵和部件检修时必须切断电源，严禁带电作业。
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