施工与机械教案

扬州工业职业技术学院教案序号5周次3授课形式讲授授课章节名称第五节人工降低地下水位教学目的使学生熟悉地下水降水办法；掌握轻型井点降水方法和降水计算，了解轻型井点施工要求；熟悉发生流砂的原因和条件及流砂防治方法。教学重点地下水降水办法；发生流砂的原因和条件及流砂防治方法教学难点轻型井点降水方法和降水计算使用教具粉笔课外作业对本次课所学内容进行复习，下次课提问。P55页思考题12、14。课后体会授课主要内容复习上次课的内容；提问1、影响填土压实质量的因素有哪些？回答。讲授新课第五节人工降低地下水位土方开挖过程中，当基坑底面标高低于地下水位时，地下水会不断渗入坑内，雨季施工时，地面水也会流入坑内。这种情况下，如果没有采用降水和排水措施把流入坑内的水及时排走或降低地下水位，不仅会使施工条件恶化，还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，必须采取相应措施做好降水和排水工作，降低基坑内的水位。方法：集水坑降水法、井点降水法。一、集水坑降水法集水坑降水法是在基坑开挖过程中，在坑底设置集水坑，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽水。1．集水坑设置集水坑应设置在基础范围以外，地下水流的上游。集水坑的直径或宽度一般为0．6～0．8m，深度要保持低于挖土面0．7～1．0m，井壁可用竹、木等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底应保持低于坑底1～2m，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时间较长时将泥砂抽出，同时防止井底的土被搅动。2．水泵选用建筑工程中用于排水的水泵主要有离心泵、潜水泵和软轴水泵等。(1)离心泵。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内自动上升进人水泵。选择离心泵主要的依据是需要的流量与扬程。流量是指水泵单位时间内的出水量。扬程是指水泵能扬水的高度，也称水头。总扬程(H)包括吸水扬程和出水扬程两部分。对基坑排水来说，离心泵的流量应大于基坑的涌水量；吸水扬程和出水扬程亦应大于基坑所需的扬程。离心泵的抽水能力大，适用于地下水量较大的基坑。离心泵在使用中要防止漏气与脏物堵塞等。(2)潜水泵。潜水泵由立式水泵和电动机组合而成，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。潜水泵工作时是全浸入水中。这种泵具有体积小、质量轻、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或泥浆水，以免泵叶轮被杂物堵塞。集水坑降水法由于设备简单和排水方便，采用较为普遍，宜用于粗粒土层(因为土粒不致被水流带走)和渗水量小的粘性土。当土为细砂和粉砂时，地下水渗出会带走细粒，发生流砂现象，导致边坡坍塌、坑底凸起、给施工造成困难，此时应采用井点降水法。3．流砂及其防治当基坑挖到地下水位以下，又采用坑内抽水时，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水一起涌进基坑内，这种现象称为流砂。流砂的产生与动水压力的大小和方向有关，因此在基坑开挖过程中，防治流砂的途径有三种，一是减小或平衡动水压力，二是设法使动水压力方向向下，三是截断地下水流。防治流砂有如下具体措施：(1)枯水期施工。(2)抛大石块法。(3)打钢板桩法。(4)水下挖土法。(5)人工降低地下水位法。(6)地下连续墙。二、井点降水井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降到坑底以下；在基坑开挖过程中仍不断抽水，使所挖的土始终保持干燥状态，从根本上防止流砂发生。通过井点降水，土内水分排除，可改变边坡坡度，减少挖土量。此外，还可以防止基底隆起和加速地基固结，有利于提高工程质量。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综合选用。各井点降水法的适用范围见下表：降水方案基坑开挖深度（m）土类粘土、淤泥质土、淤泥粉质粘土、粉砂细砂、中砂、粗砂、砾砂≤6单层井点、电渗法单层井点、电渗法单层井点、表面排水6～12多层井点、喷射井点多层井点、喷射井点多层井点、管井12～20喷射井点、深井泵喷射井点、深井泵喷射井点、深井泵＞20喷射井点、深井泵喷射井点、深井泵深井泵1．轻型井点轻型井点法就是沿基坑的四周将许多直径较细的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，可将原有地下水位降至坑底以下。2．喷射井点喷射井点降水是在井点管内部装设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机通过井点管中的内管喷射器输入高压水(喷水井点)或压缩空气(喷气井点)，形成水气射流，将地下水经井点外管与内管的间隙抽出排走。这种方法设备较简单，排水深度大，比多层轻型井点降水设备少，基坑土方开挖量小，施工快，费用低。3．电渗井点电渗井点降水是利用井点管本身作阴极，沿基坑(槽)外围布置，用钢管(直径50～70mm)或钢筋(直径25mm以上)作阳极，埋设在井点管环圈内侧0.8～1.25m处，外露在地面上约200～400mm，其入土深度应比井点管深500对阴阳极通以直流电，应用电压比降使带负电荷的土粒向阳极方阿移动(即电泳作用)，带正电荷的孔隙水则向阴极方向集中，产生电渗现象，在电渗与真空的双重作用下，强制粘土中的水从内向外流入井点管附近，由井点管快速排除，使井点管能保持连续抽水，地下水位逐渐下降，而电极间的土层则形成电圈幕，由于电场作用阻止地下水从四周流入坑内。电渗井点因耗电较多，只能在特殊情况下使用。4．管井井点管井井点是沿基坑每隔20～50m设置一个管井，深度为8～15m，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20～200m／d)、地下水量大的土层中，宜采用管井井点。管井井点的设备主要由管井、吸水管及水泵组成。管井可用钢管管井和混凝土管管井等。管井的沉设可采用泥浆护壁钻孔法；井孔钻成后要进行清孔，然后下井管并随即用粗砂或砾石填充作为过滤层。洗井是管井沉设中最后一道重要工序，其作用是清除井内泥砂和过滤层淤塞，使井的出水量达到正常要求。洗井方法有水泵洗井法、空气压缩机洗井法等。5．深井井点深井井点降水是在深基坑周围埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潜水泵将地下水从深井内扬升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。电动机安装在地面上，通过长轴传动使深井内的水泵叶轮旋转，这种叫做深井泵。而电动机和水泵均淹没在深井内工作的称为深井潜水泵。深井井点系统设备由深井、井管、深井潜水泵和集水井等组成。三、轻型井点降水1．轻型井点设备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。总管每节长度为4m，其上每隔0.8m或抽水设备由真空泵、离心泵和水气分离器等组成。2．轻型井点布置轻型井点布置根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等确定。井点布置得是否恰当，对井点使用效果影响较大。平面布置。当基坑或沟槽宽度小于6m且降水深度不超过5m时，一般可采用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，其两端的延伸长度一般以不小于坑(槽)宽为宜。如基坑宽度大于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；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0．7～1．0m，以防局部发生漏气。一套抽水设备能带动的总管长度一般为100～120m。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，以提高抽水效果。采用多套井点设备时，各套井点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，借邻近的泵组来维持抽水。(2)高程布置。轻型井点的降水深度，一般以不超过6m为宜。井点管的埋置深度H(不包括滤管)可按下式计算：式中：——总管平台面至基坑底面的距离，m；——基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般0．5～1．0m；——水力坡度，根据实测：环形井点为1／10，单排线状井点为1／4；——井点管至基坑中心的水平距离，m。为了充分利用抽吸能力，总管平台标高宜接近原有地下水位线(要事先挖槽)，水泵轴心标高宜与总管齐平或略低于总管。3．轻型井点计算轻型井点的计算内容包括井点管数量与井距的确定以及抽水设备选用等。(1)涌水量计算。①单井涌水量计算。水井根据井底是否达到不透水层，分为完整井与不完整井：凡井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为完整井；否则称为不完整井。根据地下水有无压力，又分为无压力井(即水井布置在潜水埋藏区，吸取的地下水是无压潜水)与承压井(即水井布置在承压水埋藏区，吸取的地下水是承压水)。无压完整井抽水到一定时间后，井周围水面最后降落成渐趋稳定的漏斗状曲面，称之为降落漏斗。水井轴至漏斗边缘(该处原有水位不变)的水平距离称为抽水影响半径R，其计算公式为：式中：s——基坑中心的水位降低值，m；H——含水层厚度，m；k——土的渗透系数，m/d。②井点系统(群井)涌水量计算。无压完整井环形井点系统总涌水量，根据群井的相互干扰作用，其计算式如下：式中：Q——井点系统的涌水量，m3／d；x0——基坑假想半径，m，；F——环状井点系统所包围的面积，m2。对于无压不完整井的井点系统，为了简化计算，将含水层厚度H换成有效带的深度H0。H0为经验数值，可查P51表1－9得出。（当算得的Ho大于实际含水层厚度H时，则仍取H值。）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。承压非完整井环形井点涌水量计算公式为：式中：r——井点管的半径，m；l1——井点管进入含水层的深度，m。(2)井点管数量与井距的确定。单根井点管的最大出水量q，主要根据土的渗透系数、滤管的构造和尺寸，按下式确定：（m3／d）式中：d——滤管直径，m；l——滤管长度，m。井点管的最少根数n，根据井点系统涌水量Q和单根井点管最大出水量q，按下式确定：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。确定井点管间距时，还应注意以下几点：①井距不能过小，否则彼此干扰大，出水量会显著减少，因此井距必须大于5d；②在渗透系数小的土中，井距应取得小一些；③靠近河流处，井管宜适当加密；④井距应与总管上的接头间距相匹配。4．轻型井点的施工(1)轻型井点施工工艺。轻型井点施工按如下流程进行：放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管→填砂砾滤料、上部填粘土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备→开动设备试抽水→测量观测井中地下水位变化。(2)井点管埋设。井点管埋设过程可分为：冲孔、埋管。井孔冲成后应立即拔出冲管，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。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键。一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上1～1．5m，以保证水流畅通。井点填砂后须用粘土封口，以防漏气。井点管埋设完毕后需进行试抽，检查有无漏气、淤塞现象以及出水是否正常，如有异常情况，应检修好方可使用。(3)井点管使用。正常出