土木工程师手册

第一章 土方工程 内容简介 土木工程中，常见的土石方工程有： 场地平整、基坑(槽)与管沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土、路基填筑以及基坑回填等。 土石方工程施工具有以下特点： (1)面广量大、劳动繁重。 (2)施工条件复杂。 组织土石方工程施工，尽可能采用机械化施工，在条不够或机械设备不足时，则应创造条件，采取半机械化和革新工具相结合的方法，以代替或减轻繁重的体力劳动。另一方面，要合理安排施工计划，尽可能不安排在雨季施工，否则，应作好防洪排水等准备。此外，为了降低土石方工程施工费用，贯彻不占或少占农田和可耕地并有利于改地造田的原则，要作出土石方的合理调配方案，统筹安排。第一节 土的工程分类及性质一、 土的工程分类 土方工程施工和工程预算定额中，土是按其开挖难易程度 分类的。一般工程土类分-级: 土类级别土质名称自然湿密度 （kg/m3)外形特征开挖方法1.砂土2.种植土16501750疏松、粘着力差或易透水，略有粘性用锹或略加脚踩开挖1.壤土2.淤泥 3.含壤种植土17501850开挖时能成块并易打碎用锹需要用脚踩开挖1.黏土 2.干燥黄土 3.干淤泥 4.含少量砾石粘土18001950粘手，看不见砂粒，或干硬用镐、三齿耙开挖或用锹需用力加脚踩开挖1.坚硬黏土 2.砾质黏土 3.含卵石黏土19002400土壤结构坚硬、将土分裂后成块状，或含粘粒砾石较多用镐、三齿耙等工具开挖二、土的性质1土的含水量土的含水量是指土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示。 G1：含水状态时土的质量。G2：土烘干后的质量。 2. 土的渗透性土的渗透性是指土体被水透过的性能，它与土的密实程度有关，土的空隙比越大，则土的渗透系数越大。(计算)2、土的渗透性 法国学者达西根据砂土渗透实验，发现如下关系（达西定律）： 式中：V渗透水流的速度，m/d； K渗透系数，m/d； i水力坡度。 当i=1时， 3.动水压力和流砂 动水压力： 式中：GD动水压力（又称为渗透力）kN/m3； i水力坡度（等于水位差除以渗流路线长度）； w水的容重kN/m3。 当水流在水位差作用下对土颗粒产生向上的压力时，动水压力使土颗粒受到向上的压力，当动水压力等于或大于土的浸水重度时，即 时，土颗粒则失去自重，处于悬浮状态，土颗粒能随着渗流的水一起流动，这种现象称“流砂”。3动水压力和流砂2、土的渗透性 在一定动水压力作用下，松散而饱和的细砂和粉砂容易产生流砂现象，降低地下水位，改变水流方向，消除动水压力，是防治流砂现象的重要途径。其具体措施有： （1）枯水期施工 地下水位低，坑内外水位差小，动水压力减小，不易产生流砂。（2）抛大石块法 基坑开挖中出现流砂现象，枪挖至标高后，立 即铺设芦席并抛大石块，增加土的压重，以平衡动水压力。此法解决解决局 部或轻微流砂现象是有效的。 （3）打钢板桩法 将钢板桩打入坑底一定深度，增加地下水由坑 外流入坑内的渗流路线，减小水力坡度，从而减小动水压力。浇筑地下连续 墙可起到同样的效果。 （4）井点降水法 采用井点降水法可使地下水渗流方向朝下，向下 的动水压力增大了土粒间的压力，从而有效地制止了流砂现象。 4.土的可松性 自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，称为土的最初可松性，以后虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，称为土的最终可松性。(见表) 最初可松性系数用K1表示，最终可松性系数用K2表示，即： ； ； 式中：V1土在自然状态下的体积； V2土挖出后的松散体积； V3土经回填压实后的体积。 土的可松性系数可参考表。 土的可松性系表土的名称可松性系数K1K2砂土、轻亚粘土、种值土、淤泥土 1.081.17 1.011.03 亚粘土、潮湿黄土、砂土混碎（卵）石、填筑土1.141.281.021.05重亚粘土、干黄土、含碎（卵）石的亚黏土1.241.301.041.07重粘土、含碎（卵）石的黏土、粗卵石、密实黄土1.261.321.061.09中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土、软石灰岩11.301.451.101.20 第二节 场地平整 场地平整前，必须先确定场地平整的施工方案，其中包括：确定场地的设计标高（一般均在设计文件上规定）、计算挖方和填方的工程量、确定挖方填方的平衡调配，并选择土方机械，拟定施工方法。 一、土方量计算（一）场地设计标高的确定设计标高选择，需考虑以下因素：（1）满足生产工艺和运输的要求；（2）尽量利用地形，以减少挖方数量；（3）尽量使场地内的挖方量与填方量达到平衡，以降低土方运输费用；（4）需有一定的泄水坡度（20），使能满足排水要求；（5）考虑最高洪水位的要求。 场地的设计标高，可根据挖填平衡的原则照下述方法确定。 1.初步计算场地设计标高将地形图划分方格。每个方格的角点标高，一般根据地形图上相邻两等高线的标高，用插入法求得；在无地形图情况下，也可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。一般说来，理想的设计标高，应该使场地的土方在平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡（图示） 场地设计标高计算简图 a）地形图上划分方格； b）设计标高示意图 1等高线；2自然地面；3设计标高平面； 4自然地面与设计标高平面的交线（零线）场地设计标高计算: 因为场地平整前后，土方量相等， 所以： 式中：H0场地设计标高的初步计算值（m）； a方格边长（m）； N方格个数； H11H22任一方格的四个角点的标高。从图中可看出，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系两个方格公共的角点标高，H22则系四个方格公共的角点标高。如果将所有方格的四个角点标高相加，那么，类似H11这样的角点标高加到一次，类似H12和H21的标高加到两次，而类似H22的标高则要加到四次。因此，上式可改写成下列的形式 式中：H1一个方格的仅有角点标高（m）； H2二个方格的共有角点标高（m）； H3三个方格的共有角点标高（m）； H4四个方格的共有角点标高（m）。 2.计算设计标高的调整值 所计算的标高，纯系初步计算值，实际上，还需考虑以下因素进一步进行调整。 （1）由于土具有可松性，必要时应相应地提高设计标高；（2）由于设计标高以上的各种填方(挖方)工程而影响设计标高的降低(提高)；（3）由于边坡填挖土方量不等（特别是坡度变化大时）而影响设计标高的增减；（4）根据经济比较结果，而将部分挖方就近弃土于场外，或将部分填方就近取土于场外而引起挖填土的变化后需增减设计标高。 3.考虑泄水坡度对设计标高的影响 如果按照公式计算出的设计标高进行场地平整，那么，整个场地表面将处于同一个水平面；但实际上由于排水要求，场地表面场有一定的泄水坡度。因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单面泄水或双面泄水），计算出场地内各方格角点实际施工时所采用的设计标高。（1）单向泄水时，场地各点设计标高的求法.当考虑场地内挖填平衡的情况下，用前式计算出的设计标高H0，作为场地中心线的标高，场地内任意一点的设计标高则为： 式中：场内任意一点的设计标高（m）； l该点至H0的距离（m）； i场地泄水坡度（不小于2）； 该点比H0高则取“+”，反之取“”号。（2）双向泄水时，场地各点设计标高的求法.其原理与前相同，如图所示。Ho为场地中心点标高，场地内任意一点的设计标高为： 式中：lx、ly该点在xx、yy方向距场地中心线的距离； ix、iy该点于xx、yy方向的泄水坡度。其余符号表示的内容同前。（二）场地平整土方量计算 场地平整土方量的计算方法，通常有方格网法和断面法两种。方格网法适用于地形较为平坦的地区，断面法则多用于地形起伏变化较大的地区。通常用方格网控制整个场地。 方格边长主要取决于地形变化的复杂程度，一般10m、20m、30m或40m等，通常多采用20m。根据每个方格角点的自然地面标高和实际采用的设计标高，算出相应的角点填挖高度，然后计算每一个方格的土方量，再将场地上所有方格的土方量求和，并算出场地边坡的土方量，这样即可以得到整个场地的挖、填土总方量。 场地诸方格的土方量的计算方法如下：（1）计算零点位置将方格角点的自然地面标高与设计地面标高的差值，即各角点的施工高度（挖或填），标在方格角点。挖方为（）填方为（+）。在一个方格网内同时有填方和挖方时，方格网边上的零点位置常采用图解法求出，如图。方法是用尺在方格角上按挖填施工高度标出相应比例，用尺相连划线，与方格的边相交点即为零点位置。十分方便，且不易出错。（2）计算土方工程量 按下列方法计算每个方格的挖方或填方量： 1）一个角点填（挖）三个角点挖（填）方 2）两个角点填方，另外两个角点挖方 3）四个角点挖（填）方（三）土方调配土方工程量计算完成后，即可着手土方的调配。土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得。1.土方调配原则（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。（4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑的施工相结合。（5）选择恰当地调配方向、运输路线，使土方机械和运输车辆的功效能得到充分发挥。2土方调配图表的编制（1）划分调配区 在场地平面图上先划出挖、填区的分界线（即前述的零线），根据地形及地理等条件，可在挖方区和填方区适当地分别划分出若干调配区（其大小应满足土方机械的操作要求），并计算出各调配区的土方量，图示。图是土方调配的一个例子。图上注明了挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖、填区之间的平均运距。图上共四个挖方区，三个填方区，总挖方和和总填方相等。土方的调配，仅考虑场地内的挖填平衡即可解决（这种条件的土方调配可采用线性规划的方法计算确定）。（2）求出每对调配区之间的平均运距 平均运距是挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。因此，求平均运距，需先求每个调配区的重心。其方法如下： 取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即： 式中： 、 挖方调配区或填方调配区的重心坐标； v 每个方格的土方量； x、y 各方格的重心坐标，（通常近似的取方格的形心）； 重心求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。（3）列出土方调配方案表3 用“表上作业法”求解土方调配方案我们的目的是求土方总运输量最小，根据挖填平衡的原则，该问题可列出如下数学模型。 目标方程 ： 约束条件： i= 1,2,m； j = 1,2,n； 式中：Xij 从第i挖方区运土至第j填方区的土方量（ ） Sij 从第i挖方区运土至第j填方区的平均运距（km) 第i 挖方区的挖方量（ ） 第j填方区的填方量（ ） 如果是大型的复杂的土方工程，可以利用计算机求解该线性规划问题。如果是中小工程，可采用如下的“表上作业法”求解土方调配问题。其求解步骤如下所述： （1）列运距表 根据前述的图的题意可列成如下表格： 土方平衡运距表 T1T2T3挖方量W150-70-120- 500W2 80-40-90-500W360130-70500W4100120-40600填方量8006007002100图中方格的左下角的方框内的数据就是运距，如表中的第一个数据 50 就表示由W1 至 T1的运距。 （2）作初始方案 作初始方案采用“最小元素”法，即在运算过程中对运距最小者首先满足土方调配要求。如从表中可知道 W2至 T2 运距最短，为 40 ，我们首先满足它的要求。由题意我们知道W2的挖方量为500，而T2所需填方量为 600 ，所以，最多W2 只能给T2 运送500 。我们把500 填入表14 中。W2的挖方量已全部用完，可将这一行划掉，以简化以后的运算。按照运距由小到大的顺序，我们将W4 给T3 运送 600、W1给T1 运送 500、W3给T1 运送 300 、W3给T3 运送100、W3给T2 运送100，依次将这些数据下表中。至此，土方调配初始方案完成。其结果如下表所示。土方平衡运距表 T1T2T3挖方量W1500-500W2-500-500W300 100100500W4-600600填方量8006007002100从表中可以看出初始方案满足挖填平衡的原则。 这里需要补充说明的是，根据“线性规划”的原理，表中所填的数据的个数应该为(m+n-1)个。从表中可以看出，该初始方案满足(m+n-1)=(4+3-1)=6 这个要求。如果初始方案作下来 ，不满足(m+n-1) 的要求，则应补足到(m+n-1)个。补充的办法，就是在表中剩余的空格中，选择运距较短的空格，填上 0 ，以使表中所填的数据凑足(m+n-1)个。 （3）判断是否最优方案 初始方案不一定是最优方案，最优调配方案的判断条件是“全部检验数 ”求检验数和判断的步骤如下。 1）作位势表 位势表有m 行n 列，如下表所示。首先在表中填入在初始方案中已确定有调配关系的“运距值”，也就是在运距表中有运输量的“运距值”填入相应的位置。如下表所示：50-40-6013070-40其余空格里的数据用“矩形法”来求得。所谓矩形法就是“构成任意矩形的四个角点的数据，其对角线上的两个数据之和必定等于另外一个对角线上两个数据之和”。如表15中右下角的四个格中有三个数据，另外一个未知数据可用“矩形法”来求得。已知对角线上的数据之和为（13040)170，则另外一个对角线上的数据之和（70x也必定等于170。所以 x 17070100（这里需要提醒的是，初始方案的数据不要构成矩形）。根据同样道理可以填出表15中的所有空格。结果如下表所示。 5012060-3040-20601307030100402） 作检验表检验表的作法也很简单，就是用运距值减位势表上对应的值。得出如下表（实际操作中，可直接填写得数）。50-50=070-120=-50120-60=6080-(-30)=11040-40=090-(-20)=11060-60=0130-130=070-7070=0100-30=70120-100=2040-40=0 我们在前面已经谈到判断最优方案的标准就是 “全部检验数 ”。我们看到有一个“50”，所以，初始方案不是最优方案。还得进一步调整。 （4）调整 继续调整的方法：从负值的方格开始做直角闭合回路。遇填有“运输量”的方格方做90度的转弯。 T1T2T3挖方量W150070-500W24090-500-500W300 12013010070100500W4-600600填方量8006007002100 以起始点为0，顺序给各角点编号。从奇数角点选一最小“运输量”作为“调整量”(第一角点的“100”) 所有奇数角点均减去该“调整量”， 所有偶数角点均加上该“调整量”如下表所示。土方平衡运距表 T1T2T3挖方量W150500-100700+100 -500W2904080-500-500W3120300+100130100-100120100500W4-600600填方量8006007002100 至此，便得到一个“调整方案”。该调整方案是否最优方案，仍需用“检验表”来判断，下面是判断调整方案的位势表和检验表。位势表 507060204030608070305040 检验表50-50=070-70=0120-60=6080-20=6040-40=090-30=6060-60=0130-80=5070-70=0100-30=70120-50=7040-40=0全部检验数 ，所以该调整方案为最优方案。场地平整土方调配表编制方法演示（见软件）（4）画出土方调配图依据土方调配方案表在图上标出调配方向、土方数量以及平均运距。二、场地平整施工（一）施工准备工作1场地清理2修筑临时道路、水电线路3机具进场、临时停机棚与修理间搭设等。（二）场地平整施工方法 场地平整系综合施工过程，它由土方的开挖、运输、填筑、压实等施工过程组成，其中土方开挖是主导施工过程。 土方开挖，通常有人工、半机械化、机械化和爆破等数种方法。 大面积的场地平整，适宜采用大型土方机械，如推土机、铲运机或单斗挖土机等施工。1推土机施工(图示） 推土机的特点是操作灵活，运输方便，所需工作面较小，行驶速度较快，易于转移。部分国产推土机的工作性能(见表)。 使用推土机推土的施工方法使用推土机推土的几种施工方法（1）下坡推土法（2）分批集中，一次推送法（3）并列推土法（4）沟槽推土法（5）斜角推土法推土机顺地面坡势进行下坡推土，可以借机械本身的重力作用，增加铲刀的切土力量，因而可增大推土机铲土深度和运土数量，提高生产效率。在较硬的土中，推土机的切土深度较小，一次铲土不多，可分批集中，再整批地推送到卸土区。在较大面积的平整场地施工中，采用两台或三台推土机并列推土，能减少的散失。并列推土时，铲刀间距1530cm。并列台数不宜超过四台，否则互相影响。就是沿第一次推过的原槽推土，前次推土所形成的土埂能阻止土的散失，从而增加推运量。将铲刀斜装在支架上，与推土机横轴在水平方向形成一定角度进行推土。一般在管沟回填且无倒车余地时，可采用这种方法。2.铲运机施工 铲运机是一种能独立完成挖土、运土、卸土、填筑、压实等工作的土方机械。适宜在松土、普通土中工作。场地地形起伏不大（坡度在20度以内）的大面积场地上施工。部分国产铲运机工作性能 （1）铲运机的开行路线由于挖填区的分布不同，根据具体条件，选择合理的铲运路线，对生产率影响很大。 1）环形路线 施工地段较短、地形起伏不大的挖、填工程，适宜采用环形路线，当挖土和填土交替，而挖填之间距离又较短时，则可采用大环形线（图示）。大环形路线的优点是一个循环能完成多次铲土和卸土，从而减少了铲运机的转弯次数，提高了工作效率。 2）8字形路线 对于挖、填相邻。地形起伏较大，且工作地段较长的情况，可采用8字路线。其特点是铲运机行驶一个循环能完成两次作业，而每次铲土只需转弯一次，比环形路线可缩短运行时间，提高生产效率。同时，一个循环中两次转弯方向不同机械磨损较均匀。（2）铲运机铲土的施工方法 1）下坡铲法土 应尽量利用有利地形进行下坡铲土。这样，可以利用铲运机的重力来增大牵引力，使铲斗切土加深，缩短装土时间。一般地面坡度以5度7度为宜。 2）跨铲法 预留土埂，间隔铲土的方法。可使铲运机在挖两边土槽时减少向外撒土量，挖土埂时增加了两个自由面，阻力减小，铲土容易，土埂高度应不大于300mm，宽度以不大于拖拉机两履带间净距为宜。 3）助铲法 在地势平坦、土质较坚硬时，可采用推土机助铲，以缩短铲土时间。3挖土机施工 当场地为IIII类土的丘陵地带、挖土高度一般在3m以上、运输距离超过一公里，且工程量大而集中时，可采用挖土机挖土，配合自卸汽车运土，并在卸土区配备推土机平整土堆。第三节 土方开挖 一、降低地下水位 在土方开挖过程中，地下水渗入坑内，不但会使施工条件恶化，而更严重的是会造成边坡塌方和地基承载能力下降。因此，在基坑土方开挖前和开挖过程中，必须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点降水法。（一）集水坑降水法 1集水坑设置 集水坑应设置在基础范围以外，地下水走向的上游。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水坑每隔2040m设置一个。 集水坑的直径或宽度，一般为0.60.8m。其深度，随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面0.71.0m。井壁可用竹、木或钢筋笼等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底12m，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。2水泵性能与选用 在建筑工地上，排水用的水泵主要有：离心泵、潜水泵和软轴水泵等。（1）离心泵： 由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成，其管路系统包括滤网与底阀、吸水管及出水管等。 离心泵的抽水原理：是利用叶轮高速旋转时所产生的离心力，将轮心部分的水甩往轮边，沿出水管压向高处。此时叶轮中心形成部分真空，这样，水在大气压力作用下，就能源源不断地从吸水管自动上升进入水泵。 水泵的主要性能：包括流量、总扬程、吸水扬程和功率等。 流量是指水泵单位时间内的出水量。 吸水扬程表示水泵能吸水的最大高度，是确定水泵安装高度的一个重要数据。（从理论上说，水泵能将水吸上10.3m，但水泵限于构造关系，其最大吸水扬程只有3.58.5m。实际吸水高度（扬程）还要扣除吸水管路阻力损失和水泵进口处的流速水头损失。在水泵口径不大、吸水管不长时，实际吸水高度可按性能表上的最大吸水扬程减去1.2m（有底阀）0.6m（无底阀）估算。 总扬程(H)包括吸水扬程和出水扬程两部分。 常用离心泵性能(见表)。常用离心泵性能 型 号流 量总扬程最大吸水扬程电动机功率 (m3/h)(m)(m)(kW)B1761420.3146.66.01.72B19111521168.06.02.82B31103034.5248.75.74.53B1932.452.221.515.66.55.04.53B33305535.528.87.03.07.04B206511022.617.1510.0注：2B19表示进水口直径为2英寸，总扬程为19m(最佳工作时)的单级离心泵。 离心泵的选择：主要根据需要的流量与扬程而定。对基坑来说，离心泵的流量应大于基坑的涌水量，一般选用吸水口径24英寸的离心泵；离心泵的扬程在满足总扬程的前提下，主要是考虑吸水扬程是否能满足降水深度要求，如果不够，则可另选水泵或将水泵降低至坑壁台阶或坑底上。离心泵的抽水能力大，宜用于地下水量较大的基坑。离心泵的安装，要特别注意吸水管接头不漏气及吸水至少应在水面以下0.5m，以免吸入空气，影响水泵正常进行。 离心泵的使用：要先向泵体与吸水管内灌满水，排除空气，然后开泵抽水。为了防止所灌的水漏掉。在底阀内装有单向阀门。离心泵在使用中要防止漏气与脏物堵塞等。 （2）潜水泵 是由立式水泵与电动机组合而成，工作时完全浸在水中。 水泵装在电动机上端，叶轮可制成离心式或螺旋桨式；电动机设有密封装置。 潜水泵的出水口径，常用的有：40、50、100、125mm，其流量相应为：15、25、65、100 m/h ，扬程相应为25、15、7、3.5m。这种泵具有体积小、重量轻、移动方便、安装简单和开泵时不需引水等优点，因此在基坑排水中采用较广。 使用潜水泵时，为了防止电机烧坏，不得脱水运转，或陷入泥 中，也不得排灌含泥量较高的水质或泥浆水，以免泵叶轮被杂物堵塞。 (二）井点降水法 井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底以下；同时在基坑开挖过程中仍不断抽水。这样，可使开挖的土始终保持干燥状态，从根本上防止流砂发生，避免了地基隆起，改善了工作条件；同时土内水分排除后，边坡可以陡一些，以减少挖土量。此外，还可以加速地基土的固结，保证地基土的承载力，以利用提高工程质量。 井点降水法有：轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点及电渗井点等，可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件等选用。(见表)各种井点的适用范围 项次井点类别土的渗透系数（m/d）降低水位深度（m）1单级轻型井点0.150362多级轻型井点0.1506123电渗井点15 1.轻型井点 轻型井点就是沿基坑的四周将许多井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，这样便可将原有地下水位降至坑底以下。（1）轻型井点设备 轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成。 管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管等。（图示） 1井点管；2滤管；3总管；4弯联管 1钢管；2小孔；3塑料管5水泵房；6原地下水位 ； 4细滤网；5粗滤网；6粗铁丝7降水后地下水位 保护网；7井点管；8铸铁头 轻型井点全貌图 滤管构造 滤管是井点设备的一个重要部分，其构造是否合理，对抽水效果影响较大。滤管的直径为38或50mm，长度为1.01.5m，管壁上钻有直径为1319mm的按梅花状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的2025%，滤管外包以两层滤网。内层细滤网采用每厘米3040眼的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用每厘米510眼塑料纱布。为使水流畅通，避免滤孔淤塞时影响水流进入滤管，在管壁与滤网间用小塑料管（或铁丝）饶成螺旋形隔开。滤网的外边用带眼的薄铁管，或粗铁丝网保护。滤管的下端为一铸铁头，滤管的上端与井点管连接。 井点管直径与滤管同，其长度为57m，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。 弯联管装有阀门，以便检修井点。弯联管宜用透明塑料管能随时看到井点管的工作情况。 总管宜采用直径为100127mm的钢管，其上每隔0.8m或1.2m设有一个与井点管连接的短接头。总管每节长度为4m，其间用橡皮套管连接，并用钢箍拉紧，以防漏水。 抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离等组成。其工作原理(图示)。抽水时先开动真空泵13，使土中的水分和空气受真空吸力形成产水气混合液，经管路系统向上流到水气分离器6中，然后开动离心泵14。在水气分离器内水气分离，水经离心泵由出水管16排出；空气则由真空泵排出。如水多，来不及排出时，水分分离器内浮筒7上浮，由阀门9将通向真空泵的通路关住，保护真空泵不使水进入缸体。副水气分离器12的作用是滤清从空气中带来的少量水分使其落入该器下层放出，以保证水不致吸入真空泵内。压力箱15除调节出水量外，并阻止空气由水泵部分窜入水气分离器，影响真空度。过滤箱4是用以防止由水流带来的部分细砂磨损机械。此外，在水气分离器上还装有真空调节阀21。当抽水设备所负担的管路较短，管路漏气轻微时，可将调节阀打开，让少量空气进入水气分离器内，使真空度能适应水泵的要求。当水位降低较深需要较高的真空度时，则将调节阀关闭。为对真空泵进行冷却，设有一个冷循环水泵17。（2）轻型井点布置1）平面布置(图示)当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，一般可采用单排井点，布置在地下水流的上游一侧（上图），其两端的延伸长度不小于基坑（槽）宽度为宜。如基坑宽度小于6m或土质不良，则宜采用双排井点。当基坑面积较大时，宜采用环形井点（下图）；有时为了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封闭。井点管距离基坑壁一般不宜小于0.71.0m，以防局部发生漏气。井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等按计算或经验确定，一般采用0.8或1.6m。靠近河流处与总管四角部位，井点应适当加密。一套抽水设备能带动的总管长度，一般为100200m。采用多套抽水设备时，井点系统要分段，各段长度应大致相等，其分段地点宜选择在基坑拐弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力，泵宜设置在各段总管的中部，使泵两边水流平衡。采用环形井点时，宜在泵的对面（即环圈的一半处）的总管上装设阀门或将总管断开，以控制总管内水流方向，改善总管内的水流状态，提高抽水效果。采用多套井点设备时，各套总管之间应装设阀门隔开，这样，当其中一套泵组发生故障时，可开启相邻阀门，借助邻近的泵组来维持抽水。同时，装设阀门也可以避免总管内水流紊乱。2）高程布置轻型井点的降水深度，从理论上说，利用真空泵抽吸地下水可达10.3m，但考虑抽水设备的水头损失后，一般不超过6m。井点管的埋置深度HA（不包括滤管），可按下式计算： 式中：H1总管平台面至基坑底面的距离（m）；h基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.51.0m；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（m）。HA值如大于降水深度6m，则应降低总管平台面标高以满足降水深度要求。此外在确定井点管埋置深度时，还要考虑到井点管的长度一般为6m，且井点管通常露出地面为0.20.3m。在任何情况下，滤管必须埋在含水层内。当一级轻型井点达不到降水深度要求时，可视土质情况，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后将总管安装在原有地下水位线以下，以增加降水深度；或采用二级轻型井点，即先挖去第一层井点所疏干的土，然后再在其底部装设在第二层井点。3）轻型井点计算轻型井点的计算内容包括：涌水量计算、井点管数量与井距的确定，以及抽水设备选用等。井点计算受水文地质和井点设备等许多因素影响，算出的数值只是近似值。轻型井点涌水量计算之前，先要确定井点系统布置方式和基坑计算图形面积。如矩形基坑的长宽比大于5或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时，需将基坑分块，使其符合计算公式的适用条件；然后分块计算涌水量，将其相加即为总涌水量。1）涌水量计算无压完整井抽水时，水位的变化如图所示。当抽水一段时间后，井周围的水面最后将会降落成渐趋稳定的漏斗状曲面，称之为降落漏斗。水井轴至漏斗外缘（该处原有水位不变）的水平距离称为抽水影响半径R。根据达西定律以及群井的相互干扰作用，可推导出无压完整井,群井涌水量如下： 式中：K渗透系数（m/d），由实验测定；H含水层厚度（m）；S水位降低值（m）；R抽水影响半径（m）；x0环形井点的假想半径（m）；F环形井点所包围的面积（m2）。井点系统涌水量计算是按水井理论进行的。当滤管底达到不透水层顶面时，称为完整井，否则称为非完整井。根据地下水有无压力，又分为无压井与承压井（即水井布置在承压水埋藏区）。各类井的涌水量计算方法都不同，其中以无压完整井的理论较为完善。渗透系数K值，确定得是否准确，对计算结果影响较大。 渗透系数的测定方法有：现场抽水试验与实验室测定两种。对重大的工程，宜采用现场抽水试验，以获得较为准确的渗透系数值，其方法是在现场设置抽水孔，并距抽水孔为x1与x2处设两个观测井（三者在同一直线上），根据抽水稳定后，观测井的水深y1和y2及抽水孔相应的抽水量Q，按下式计算K值。 在实际工程中往往会遇到无压非完整井点系统，其涌水量精确计算较为复杂，可近似按下式计算。 其中有效带的深度H0值系经验数值，可查下表得到。有效带的深度H0值 S/(S+l)0.20.30.50.8H01.3(S+l)1.3(S+l)1.7(S+l)1.85(S+l)当查表得到的H0值大于实际含水层厚度H时，则取H0=H 同理，也可推导出承压完整井环形井点涌水量计算公式为： 式中：M承压含水层厚度（m）；K、R、x0、S同前。2）井点管数量与井距的确定单根井点管的最大出水量q，按下式确定： 式中：d滤管直径（m）；l滤管长度（m）；K渗透系数（m/d）。井点管的最少根数n，按下式确定：（根） 井点管数量算出后，便可根据井点系统布置方式，求出井点管间距D。 式中：L总管长度（m）；n井点管根数（m）。井距应与总管上的接头间距（0.8m）相配合。靠近河流处，井管宜适当加密。根据实际采用的井点管间距，最后确定所需的井点管根数。3）抽水设备选用干式真空泵的型号常用的有W3、W4、W5、W6型泵，可根据所带的总管长度、井点管根数及降水深度选用。采用W5型泵时，总管长度一般不大于100m；采用W6型泵时，总管长度一般不大于120m。真空泵的真空度，根据机械性能，最达可达100kPa。真空泵在抽水过程中所需的最低真空度（hk），根据降水深度及各项水头损失，可按下式计算： 式中：h降水深度（m）；h水头损失，包括进入滤管的水头损失、管路阻力损失及漏气损失等，可近似地按1.01.5m计算。水泵的类型，在轻型井点中宜选用单级离心泵（见表）。其型号应根据流量、吸水扬程及总扬程而定。水泵的流量（3m/h），应比基坑涌水量增大1020%，因为最初的涌水量较稳定的涌水量大。如采用多套抽水设备共同工作时，则涌水量要除以套数。水泵的吸水扬程，要克服水气分离器上的真空吸力，也就是要大于或等于降水深度加各项水头损失，参见上式。因此，必须选择吸水扬程较大的水泵，以免水泵排不出水。水泵的总扬程，应满足吸水扬程与出水扬程之和。出水扬程系包括实际出水高度及出水水头损失。在轻型井点中，出水水头损失可按实际出水高度的1525%估算。多级井点系统中第二级井点以下的水泵，应选用总扬程较大者，以免需要中途接力。（4）轻型井点施工轻型井点系统的施工，主要包括施工准备、井点系统安装与使用。井点系统的安装顺序是：挖井点沟槽、铺设集水总管；冲孔，沉设井点管，灌填砂滤料；弯联管将井点管与集水总管连接；安装抽水设备；试抽。井点系统施工时，各工序间应紧密衔接，以保证施工质量。各部件连接头均应安装严密，以防止接头漏气，影响降水效果。井点管沉设可按现场条件及土层情况选用下列方法：1）用冲水管冲孔后，沉设井点管；2）直接利用井点管水冲下沉；3）套管式冲枪水冲法或振动水冲法成孔后沉设井点管。常用离心泵性能 型 号流 量总扬程最大吸水扬程电动机功率 (m3/h)(m)(m)(kW)B1761420.3146.66.01.72B19111521168.06.02.82B31103034.5248.75.74.53B1932.452.221.515.66.55.04.53B33305535.528.87.03.07.04B206511022.617.1510.0注：2B19表示进水口直径为2英寸，总扬程为19m(最佳工作时)的单级离心泵。 轻型井点系统安装完毕后，应立即进行抽水试验，如发现漏气、漏水现象，应及时处理。若发现滤管被泥砂堵塞，则属于“死井”，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重新沉设。经抽水试验合格后，井点孔到地面以下0.51.0m的深度范围内，应用粘土填塞孔，以防止漏气和地表水下渗。（5）轻型井点的使用1）轻型井点使用时，一般应连续抽水，（特别是开始阶段）。时抽时停，滤网易堵塞，也容易抽出土粒，使出水混浊，并会引起附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂；同时由于中途停抽，地下水回升，也会引起土方边坡坍塌等事故。 2）轻型井点的正常出水规律是“先大后小，先混后清”，否则应立即检查纠正。必须经常观测真空度，如发现不足，则应立即检查井点系统有无漏气并采取相应的措施。3）采用井点降水时，应对附近的建筑物进行沉降观测，以便采取防护措施。4）在抽水过程中，应调节离心泵的出水阀以控制出水量，使抽吸排水保持均匀，达到细水长流。在抽水过程中，还应检查有无“死井”（即井点管淤塞）。如死井太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水反向冲洗或拔出重埋。(6) 射流泵井点（简易轻型井点）设备(图示)射流泵的工作原理是：利用离心泵将循环水箱中的水压入射流器内由嘴出时，由于喷嘴处断面收缩而使流水速度骤增，压力骤降，使射流器空腔内产生部分真空，把井点管内的气、水吸上来进入水箱，待水箱内的水位超过泄水口时即自动溢出，排至指定地点。射流泵井点设备的降水深度能达到6m，但其所带的井点管一般只有2540根。总管长度3050m，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100m。这种设备，与原有轻型井点比较，具有结构简单、制造容易、成本低、耗电少、使用维修方便等优点，便于推广。随着井点设备的改进和发展，射流泵井点已在一些地区推广使用多年。射流泵井点设备是由离心泵、射流器、循环水箱等组成。它是在原有轻型井点系统的基础上，保持管路系统，采用射流泵代替真空泵，使抽水设备大大简化，施工费用大大降低（一般可降低60左右）。2喷射井点 当基坑开挖要求降水深度大于6m时，如用轻型井点就必须用多级井点。这会增加井点设备数量和基坑挖土量，延长工期等，往往不是经济的。因此，当降水深度超过6m，土层为渗透系数为0.12.0m/d的弱透水层时，以采用喷射井点为宜，其降水深度可达20m。喷射井点的设备，主要是由喷射井管、高压水泵和管路系统组成。喷射井点的平面布置(图示)（图a）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（图b）。在高压水泵5作用下，具有一定压力水头（0.70.8MPa）的高压水经进水总管3进入井管的外管与内管之间的环形空间，并经扬水器的侧孔流向喷嘴10。由于喷嘴截面的突然缩小，流速急剧增加，压力水由喷嘴以很高流速喷入混合室11（该室与滤管相