水工程施工教案之施工排水

施工排水

含水土层内的水分以水气、结合水和自由水3种状态存在。结合水没有出水性。土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动，土体被水透过的性质称为渗透性，通常以渗透系数K来表示。水在土中渗流属于“层流”。法国人达西通过渗流实验得出水在土中的渗流规律，即达西线形渗透定律：V=KI

(2-1)式中V

——渗透速度(m/d,m/h或m/s)；I——水力坡度,I=;L——水的渗流线长度(m);H——在渗流线长度L内的水头差(m);K——渗透系数(m/d,m/h或m/s)。

当渗水通过土体的断面积（也称过水断面）为W时，其渗透流量为：Q=KIW

(2-2)

土的渗透系数大小决定于土的结构、土颗粒大小及粒径级配、土的密实度等。同一种土的渗透系数是随土的密度程度而变化的。表2-1给出的渗透系数值供参考。在施工中为了获得可靠的渗透系数值，应进行实测求得。0.5~11~55~2020~5050~150粉砂细砂中砂粗砂砾石<0.0010.001~0.050.05~0.10.1~0.50.25~0.5粘土重砂粘土轻砂粘土粘砂土黄土K/(m/d)

土的类别

K/(m/d)土的类别表2-1渗透系数K值

当沟槽开挖到地下水位以下时，有时会出现土粒随地下水一起流动，涌入沟槽，称之为“流砂”。沟槽开挖发生流砂，使得沟底土丧失承载力，恶化了施工条件，严重时引起塌方、滑坡，甚至危及临近建筑物或人身安全。

流砂现象一般发生在细砂、粉砂等不良土层中。而在粘性土中，由于土粒间内聚力较大，不会发生流砂现象，但有时在承压水作用下出现整体隆起现象。因此，施工时必须消除地下水的影响，当然也必须消除地表水和雨水的影响。

施工排水的目的是将水降至基坑、槽底以下一定的深度，从而改善施工条件，稳定边坡，防止地基承载力下降。

施工排水分集水井排水和人工降低地下水位两种。前者是将流入沟槽或基坑内的地下水、地表水、雨水汇集到集水井，然后用水泵抽走。后者是在沟槽或基坑开挖前，把地下水水位降低到工作面标高以下。2.1集水井排水

集水井排水系统如图2-1所示。从槽底、槽壁渗出的地下水，经排水沟汇集到集水井，然后用水泵排出槽外。图2-1集水井排水系统

沟槽开挖到接近地下水位时，修建集水井并安装水泵，然后继续开挖沟槽至地下水位时，先在槽底中线处开挖排水沟，使水流向集水井。当挖至接近槽底设计标高时，排水沟改挖在槽底两侧或一侧。1.排水沟

排水沟断面尺寸，由地下水量而定，通常为300mm×300mm。排水沟底一般低于槽底300mm，并以3%~5%的坡度坡向集水井。2.集水井

为了防止槽底土结构遭到破坏，集水坑应设置在沟槽范围以外，地下水走向的上游。为了防止地下水对槽底和集水井的冲刷，进水口两侧采用密撑或板桩加固，如图2-1所示。

当槽底为粘土或亚粘土时，通常开挖土井，或井壁用竹、木等材料加固，或设置直径不小于0.6m的混凝土管集水井。井底低于槽底0.8~1.0m，并能保证排水泵的正常运行。

土质为砂土、粉土或不稳定的亚粘土，一般采用混凝土管集水井。管径不小于1500mm，采用沉井法或水射振动法下管，井底标高在槽底以下1.5~2.0m处。

混凝土管集水井井底铺设碎石滤水层，以免在抽水时间较长时将泥砂抽出，并防止井底土被搅动。集水井的数量和间距根据地下水量、井的尺寸大小，以及水泵抽水能力而定，一般每50~150m设置一个。3.水泵的选用(1)离心泵离心泵的选择，主要根据流量和扬程。离心泵的安装，应注意吸水管接头不漏气及吸水头至少沉入水面以下0.5m，以免吸入空气，影响水泵的正常使用。(2)潜水泵这种泵具有整体性好、体积小、重量轻、移动方便及开泵时不需灌水等优点，在施工排水中广泛应用。潜水泵使用时，应注意不得脱水空转，也不得抽升含泥砂量过大的泥浆水，以免烧坏电机。离心泵工作原理潜水泵泥浆泵(3)泥浆泵泥浆泵是泵与与电动机连成成一体潜入水水中工作，由由水泵、三相相异步电动机机、以及橡胶胶圈密封、电电器保护装置置等4部分组成。该该型泵的叶轮轮前部装一搅搅拌叶轮，它它可将作业面面下的泥沙等等杂质搅起抽抽吸，非常适适宜抽升含泥泥砂量大的泥泥浆水。集水井排水是是一种常用的的简易的降水水方法，适用用于少量地下下水的排除，，以及槽内的的地表水和雨雨水的排除。。对软土或土土层中含有细细砂、粉砂或或淤泥层时，，不宜采用这这种方法。2.2人工降低地下下水位在沟槽或基坑坑开挖前，在在沟槽一侧或或两侧埋设一一定数量的滤滤水管（井）），利用抽水水设备抽水，，使地下水位位降低到沟槽槽以下，并在在沟槽开挖过过程中不断抽抽水，使所挖挖的土始终保保持干燥状态态。人工降低低地下水改善善了工作条件件，防止了流流砂发生，土土方边坡也可可陡些，从而而减少了挖方方量。人工降低地下下水位的方法法根据土层性性质和允许降降低的不同，，分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。上述各种种井点所对应应的渗透系数数和降低水位位的深度,参照表2-2所示.3～66～128～20根据选用的井点确定3～5>150.1～50O．1～50O．1～2<O．120～20010～250单层轻型井点多层轻型井点喷射扑点电渗井点管井井点深井井点降低水位深度/m渗透系数/(m/d)井点类别表2-2各种井点的适适用范围在给排水管道道工程施工中中，一般采用用轻型井点法法就能满足需需要，而在给给排水构筑物物基础施工中中，常采用管管井井点和深深井井点降低低地下水。轻型井点适用用于粉砂、细细砂、中砂、、粗砂等渗透透系数0.1~50m/d，要求降低地地下水位深度度3~6m的场合。1.轻型井点(1)轻型井点系统统的组成轻轻型井点系系统由滤管、直管、弯联管、总管和抽水设备组成（图2-2）。滤管设在含水水层内，地下下水经滤管、、直管、弯联联管、总管，，由抽水设备备排除，如图图2-3。滤管是井井点设备的重重要组成部分分，其构造是是否合理，对对抽水效果影影响较大。滤管（图2-4）由镀锌钢管管制作，公称称通径一般取取50mm，长1~1.5m，管壁钻呈三三角形分布的的滤孔。滤管管的下端用管管堵封闭；也也可安装沉砂砂管，使地下下水中夹带的的砂粒沉积在在管内。滤管外壁包扎扎滤网，防止止砂粒进入。。滤网一般分分为两层，内内层的滤网采采用每厘米30~50眼的铜丝布或或尼龙丝布，，外层粗滤网网采用每厘米米5~10眼的塑料纱布布。轻型井点施工工图2-3沟槽双排井点点系统图2-2轻型井点系统统管路l一滤管2一直管3一橡胶弯联管管4一总管5一地下水降落落曲线6一沟槽图2-4滤管构造图a)井点滤管构造造；b)井点管壁孔眼眼布置1一井点滤管2一滤孔3一塑料绳骨架架4一铜丝或尼龙龙布5一塑料纱布滤管外避包扎扎滤网，防止止砂粒进入。。滤网材料和和网孔规格根根据土颗粒粒粒径和地下水水水质而定。。滤网一般分分为两层，内内层的滤网采采用30~50眼/cm的铜丝布或尼尼龙丝布，负负层粗滤网采采用5~10眼/cm的塑料纱布。。管壁与滤网网之间用塑料料绳骨架绕成成螺旋形隔开开，滤网外面面用粗铁丝网网保护。滤管管上端与直管管连接。直管与滤管管管径相同，其其长度5~7m。上端用弯联联管与总管连连接。弯联管通常采采用橡胶管，，直径与直管管相同。每个个弯联管均应应安装阀门，，以便井点检检修。集水总管一般般用直径150mm的钢管，总管管分节，常采采用法兰连接接，每节长4~6m。轻型井点系统统采用真空式式或射流式抽抽水设备。降降水深度较小小时，也可采采用自引式抽抽水设备。自自引式抽水设设备是用离心心水泵直接从从总管抽水，，地下水位降降落深度仅为为2~5m。真空空式抽抽水设设备除除真空空泵、、离心心水泵泵外，，还需需要沉沉砂罐罐、稳稳压罐罐、冷冷却循循环水水系统统，设设备复复杂、、操作作不便便。射射流式式抽水水设备备简单单，工工作可可靠，，操作作方便便，是是一种种广泛泛应用用的抽抽水设设备。。其工工作原原理如如图2-5所示。。图2-5射流泵泵离心水水泵从从水箱箱内抽抽水，，泵压压高压压水在在射流流器的的喷口口出流流形成成射流流，产产生真真空度度，将将地下下水由由滤管管、直直管、、弯联联管、、总管管吸入入水箱箱内，，水箱箱内的的水经经滤清清后一一部分分参入入循环环，多多余部部分由由水箱箱上部部的出出水口口排除除。采用射射流式式抽水水设备备降低低地下下水位位时，，要特特别注注意管管路、、水箱箱的密密封，，否则则会影影响降降水效效果。。(2)轻型井井点系系统的的计算算轻轻型型井点点系统统的计计算，，是确确定在在降低低地下下水位位的范范围内内，井井点系系统总总涌水水量计计算需需埋设设的井井点管管数目目、埋埋深、、水泵泵的抽抽水能能力等等。计算井井点系系统时时，应应具备备地质质剖面面图（（包括括含水水层厚厚度、、不透透水层层厚度度、地地下水水位线线）、、土的的物理理力学学性质质（包包括含含水土土层颗颗粒组组成、、饱和和含水水量、、土的的渗透透系数数等））、抽抽水实实验报报告（（包括括井位位、井井径、、滤管管所在在土层层等））和井井点系系统设设备性性能等等资料料。1)涌水量量计算算。一一般地地，施施工中中遇到到的大大多为为潜水水不完完整井井（图图2-6），其其涌水水量可可由下下式决决定(2-3)式中Q———涌水量量（（m3/d）；K———渗透系系数（（m3/d）；S0——降水深深度（（m）；R———影响半半径(m)；X0——设计沟沟槽或或基坑坑半径径(m)；H0——含水层层有效效带厚厚度(m)。图2-6潜水不不完整整井的的有效效带计计算图图H0=α(S0+L)，其中L为滤管长度，当时，α=1.3；当时，α=1.5；当时，α=1.7；当

时，α=1.85。2)渗透系系数K和影响响半径径R的确定定。渗渗透系系数K值和影影响半半径R值是涌涌水量量计算算的重重要参参数，，取值值是否否正确确，直直接影影响计计算结结果的的准确确性，，尽管管K和R值的计计算方方法有有很多多种，，但为为了提提高涌涌水量量计算算的精精度，，一般般应进进行现现场抽抽水试试验确确定。。(3)井点管管数量量及井井距计计算井井点管管的数数量取取决于于井点点系统统涌水水量的的多少少和单单根井井点管管的最最大出出水量量，单单根井井点管管最大大出水水量与与滤管管的构构造、、尺寸寸、土土的渗渗透系系数有有关，，按下下式计计算：：(2-4)式中q——单根井井点管管的最最大出出水量量（m3/d）；d——滤管直直径（（m）；L——滤管长长度（（m）；K——渗透系系数（（m3/d）。井点管管根数数n按下式式计算算：(2-5)式中1.1——备用系系数，，考虑虑井点点管堵堵塞等等因素素；Q———涌水量量（m3/d）。井点管管间距距l按下式式计算算：(2-6)式中L0——集水总总管长长度(m)；N———井点管管根数数。在确定定井点点管间间距时时，应应注意意以下下几点点：1)井距不不能过过小，，否则则彼此此干扰扰大，，影响响出水水量，，因此此井距距必须须大于于5πd；2)在总管管拐弯弯处及及靠近近河流流处，，井点点管宜宜适当当加密密；3)在渗透透系数数小的的土中中，考考虑到到抽水水使水水位降降落的的时间间比较较长，，宜使使井距距靠近近；4)间距应应与总总管上上的接接口间间距相相配合合。(4)轻型井井点布布置轻轻型井井点的的布置置要根根据沟沟槽或或基坑坑的平平面形形状及及尺寸寸、沟沟槽或或基坑坑的深深度、、土质质、地地下水水位高高低及及流向向、降降水深深度要要求等等因素素确定定。1)平面布布置。。沟槽槽降水水，可可采用用单排排或双双排布布置。。一般般情况况下，，槽宽宽小于于2.5m，要求求降低低地下下水位位深度度不大大于4.5m时，可可采用用单排排井点点平面面布置置，并并布置置在地地下水水流上上游一一侧。。井点管管应布布置在在沟槽槽或基基坑上上口边边缘外外1~1.5m处。布布置过过近，，不利利于施施工，，而且且可能能使井井点露露出而而与大大气连连通，，破坏坏井点点真空空系统统。2)高程布布置。。轻型型井点点的降降深一一般不不超过过6m。井井点点管管上上端端的的埋埋设设高高程程由由下下式式确确定定（（图图2-7）：：H=H1+h1+h2+s(2-7)式中中H———井点点管管上上端端埋埋设设高高程程(m)；H1———槽底底高高程程(m)；h1———降水水后后地地下下水水位位与与槽槽底底的的最最小小距距离离，，根根据据施施工工要要求求h1≥0.5m；h2———水力力坡坡降降，，h2=Il1,I为水水力力梯梯度度，，在在细细砂砂、、粉粉砂砂层层取取1/8~1/10，l1为井井点点管管距距对对面面槽槽底底边边缘缘距距离离(m)；s———井点点管管壁壁局局部部损损失失(m),取0.5m。图2-7沟槽槽双双排排井井点点系系统统1-砂圈圈过过滤滤层层2-粘土土密密封封D-地面面至至滤滤管管顶顶标标高高的的距距离离D1-地面面至至槽槽底底的的距距离离为了了提提高高降降水水深深度度，，总总管管埋埋设设高高程程应应接接近近原原地地下下水水位位。。一一般般情情况况下下，，总总管管位位于于原原地地下下水水位位以以上上0.2~0.3m。因因此此，，总总管管和和井井点点管管通通常常是是开开挖挖小小沟沟进进行行埋埋设设或或设设置置在在基基坑坑分分层层开开挖挖的的平平台台上上。。总总管管布布置置以以1/1000~2/1000的坡坡度度坡坡向向水水泵泵。。抽水水设设备备常常设设置置在在总总管管中中部部或或一一端端,水泵泵进进水水管管轴轴线线尽尽量量与与地地下下水水位位接接近近，，常常与与总总管管在在同同一一标标高高，，或或高高出出0.5m左右右，，但但水水泵泵轴轴线线不不宜宜低低于于原原地地下下水水位位以以上上0.5~0.8m。(5)轻型型井井点点的的施施工工顺顺序序：：开开挖挖井井点点沟沟槽槽，，敷敷设设集集水水总总管管；；冲冲孔孔，，沉沉设设井井点点管管，，灌灌填填砂砂滤滤料料；；弯弯联联管管与与集集水水总总管管连连接接；；安安装装抽抽水水设设备备；；试试抽抽。。井点点管管的的埋埋设设方方法法有有射射水水法法、、冲冲孔孔（（或或钻钻孔孔））法法及及套套管管法法，，根根据据设设备备条条件件及及土土质质情情况况选选用用。。射水水法法是是在在井井点点管管的的底底端端装装上上冲冲水水装装置置来来冲冲孔孔下下沉沉井井点点管管，，见见图图2-8。冲冲孔孔装装置置内内装装有有球球阀阀和和环环阀阀，，用用高高压压水水冲冲孔孔时时，，球球阀阀下下落落，，高高压压水水流流在在井井点点管管底底部部喷喷出出使使土土层层形形成成孔孔洞洞，，井井点点管管依依靠靠自自重重下下沉沉，，泥泥砂砂从从井井点点管管和和土土壁壁之之间间的的孔孔隙隙内内随随水水流流排排出出，，较较粗粗的的砂砂粒粒随随井井点点下下沉沉，，形形成成滤滤层层的的一一部部分分。。当当井井点点管管达达到到设设计计标标高高后后，，冲冲水水停停止止，，球球阀阀上上浮浮，，可可防防止止土土进进入入井井点点管管内内，，然然后后立立即即填填砂砂滤滤层层。。冲冲孔孔直直径径应应不不小小于于300mm，冲孔深深度应比比滤管深深0.5m左右，以以利沉泥泥砂。井井点管要要位于砂砂滤层中中层。图2-8直井用井井点管水水冲a)水向下冲冲射b)抽水时冲孔法是是用直径径为50~70mm的冲水管管冲孔后后，再沉沉放井点点管，见见图2-9。图2-9冲管冲孔孔法l一冲管2一冲嘴3一胶皮管管4一高压水水泵5一压力表表6一起重吊吊钩7一井点管管8一滤管9一填砂10一粘土封封口冲水管长长度一般般比井点点管约长长1.5m，下端装装有圆锥锥形冲嘴嘴，在冲冲嘴的圆圆锥面上上钻有3个喷水小小孔，各各孔之间间焊有三三角形立立翼，以以辅助冲冲水时扰扰动土层层，便于于冲管更更快下沉沉。冲管管上端用用橡胶管管与高压压水泵连连接。加加快冲孔孔速度，，减少用用水量，，有时还还在冲管管两旁加加装压缩缩空气管管。冲孔前先先在井点点管位置置开挖小小坑，并并用小沟沟渠将小小坑连接接起来，，以便排排水。冲冲孔时，，先将冲冲管吊起起并插在在井点坑坑内，然然后开动动高压水水泵将土土冲松，，冲管边边冲边沉沉，冲孔孔时应使使孔洞保保持垂直直，上下下孔径一一致。冲冲孔直径径一般为为300mm，以保证证管壁有有一定厚厚度的砂砂滤层；；冲孔深深度一般般比滤管管底深0.5mm左右。井孔冲成成后，拔拔出冲管管，立即即插入井井点管，，并在井井点管与与孔壁之之间填灌灌砂滤层层。砂滤滤层所用用的砂一一般为粗粗砂，滤滤层厚60~100mm，填充高高度至少少要到滤滤管顶以以上1~1.5m，也可填填到原地地下水位位线，以以保证水水流畅通通。土质密实实坚硬，，可采用用套管辅辅助切土土。若土土质十分分松软,可用套管管在冲土土时支撑撑孔壁。。套管法法冲沉井井点管如如图2-10所示。套套管直径径为350~400mm，长6~8m，底部呈呈锯齿形形。水枪枪放在套套管内。。冲孔时时，套管管由起重重机吊起起并作上上下移动动，切入入土中。。冲至要要求深度度，放入入井点管管，并在在套管内内填入砂砂滤层，，同时慢慢慢拔出出套管。。图2-10套管冲沉沉井点管管每根井点点管沉设设后应检检验渗水水性能。。井点管管与孔壁壁之间填填砂滤料料时，管管口应有有泥浆水水冒出，，或向管管内灌水水时，能能很快下下渗，方方为合格格。井点管沉沉设完毕毕，即可可接通总总管和抽抽水设备备，然后后进行试试抽。要要全面检检查管路路接头质质量，井井点出水水状况和和抽水设设备运行行情况等等。如发发现漏气气和死井井（井点点管淤塞塞）要及及时处理理，检查查合格后后，井点点孔口到到地面距距离范围围内，应应用粘土土填塞，，以防漏漏气，填填深不小小于1m。轻型井点点使用时时，应连连续抽水水（特别别是开始始阶段））。时抽抽时停，，易使滤滤管堵塞塞，也易易抽出土土粒，使使出水混混浊，并并可能造造成附近近建筑物物下土粒粒流失而而使地面面沉降。。抽水过过程中应应调节离离心泵的的出水阀阀以控制制水量，，使抽水水保持均均匀。井点系统统的拆除除，应从从水泵停停止抽水水后进行行。用起起重机拔拔起井点点管，若若井点管管难拔时时，可用用高压水水自直管管冲下后后再拔。。拔出后后的井点点管和直直管应检检修保养养。井点点管埋设设孔一般般用砂土土回填。。2.喷射井点点当沟槽或或基坑开开挖较深深，降水水深度要要求大于于6m时，宜采采用喷射射井点降降水，降降深可达达8~20m。在渗透透系数为为3~50m/d的砂土中中应用此此法最为为有效，，在对渗渗透系数数为0.1~3m/d的粉砂、、淤泥质质土中效效果也较较显著。。根据工工作介质质不同，，喷射井井点分为为喷水井点点和喷气井点点两种。国国内目前前采用较较多的为为喷水井井点。(1)喷射井点点设备与与布置喷喷射井井点设备备由喷射射井管、、高压水水泵及进进水排水水管路组组成，见见图(2-11a)。喷射井井管有内内管和外外管，在在内管下下端设有有喷射器器与滤管管相连，，见(图2-10b)。高压压水(07~0.8MPa)经外管管与内内管之之间的的环形形空间间，并并经喷喷射器器侧孔孔流向向喷嘴嘴，由由于喷喷嘴处处截面面突然然缩小小，压压力水水经喷喷嘴以以很高高的流流速喷喷入混混合室室，使使该室室压力力下降降，造造成一一定的的真空空度，，此时时，地地下水水被吸吸入混混合室室与高高压水水汇合合，流流经扩扩散管管，由由于截截面扩扩大，，水流流速度度相应应减小小，使使水的的压力力逐渐渐升高高，沿沿内管管上升升经排排水总总管排排出。。图2-11喷射井井点设设备及及布置置a)井点设设备组组成b)井管断断面图图c)井点平平面面面布置置图1一喷射射井管管2一滤管管3一进水水总管管4一排水水总管管5一高压压水泵泵6一集水水池7一水泵泵8-内管9一外管管10一喷嘴嘴11一混混合室室12一扩散散管13一压力力表高压水水泵宜宜采用用流量量为50~80m3/d的多级级高压压水泵泵，每每套约约能带带动20~30根井管管。喷射井井点的的平面面布置置，当当基坑坑宽小小于10m时，井井点可可作单单排布布置；；当大大于10m时，可可作双双排布布置；；当基基坑面面积较较大时时，宜宜采用用环形形布置置，见见(图2-11c)。井点点间距距一般般采用用2~3m。(2)喷射井井点的的施工工与使使用施施工工顺序序为：：安装装水泵泵及进进出水水管路路；敷敷设进进水总总管和和回水水总管管；沉沉设井井点管管并灌灌填砂砂滤料料，接接通进进水总总管及及时进进行单单根井井点试试抽，，检验验；全全部井井点管管沉设设完毕毕后，，接通通回水水总管管，全全面试试抽，，检查查整个个降水水系统统的运运转状状况及及降水水效果果。然然后让让工作作水循循环进进行正正式工工作。。为防止止喷射射器磨磨损，，宜采采用套套管法法成孔孔，加加水及及压缩缩空气气排泥泥，当当套管管内含含泥量量小于于5%时才下下井管管及灌灌填滤滤水层层，然然后再再将套套管拔拔起。。冲孔孔直径径400~600mm，深度度应比比滤管管底深深1m以上。。进水、、回水水总管管与每每根井井点管管的连连接均均需设设置阀阀们，，以便便调节节使用用和防防止不不抽水水时发发生回回水倒倒灌。。井点点管路路接口口应严严密，，以防防漏气气。开泵初初期，，压力力要小小于0.3MPa，以后后再逐逐渐正正常。。抽水水时若若发现现井管管周围围有泛泛砂冒冒水现现象，，应立立即关关闭井井点管管进行行检修修。工工作水水应保保持清清洁，，试抽抽两天天后应应更换换清水水，以以减轻轻工作作水对对喷嘴嘴及水水泵叶叶轮的的磨损损。(3)喷射井井点计计算喷喷射井井点的的涌水水量计计算及及确定定井点点管数数量