2020年专升本(土木工程专业)第1章第4节学习课程:排水与降水

院校:北华大学继续教育 发布时间:2019-11-06 13:15:50

    第1章  土方工程

    1.4  排水与降水

    1.4.1  地面排水

    为保证施工的正常进行,排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等),常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法,并尽量利用原有的排水系统,或将临时性排水设施与永久性排水设施结合使用。

    1.4.2  集水井排水与降水

    集水井排水与降水法是在基坑开挖过程中,沿坑底的周围或中央开挖排水沟,并在基坑边角处设置集水井,将水汇入集水井内,用水泵抽走(图1.31)。这种方法可用于基坑排水,也可用于降水。

    1一排水沟;2一集水井;3一离心式水泵14一基础边线:5-原地下水位线;6一降低后地下水位线图1.3引集水并排水与降水法

    1.4.2.1  排水沟的设置

    排水沟底宽应不小于0.2-0.3m,沟底设有0.2%~0.5%的纵坡,在开挖阶段,排水沟深度应始终保持比挖土面低0.4~0.5m。

    1.4.2.2  集水井的设置

    集水井应设置在基础范围以外的边角处,间距应根据水量大小、基坑平面形状及水泵能力确定、一般为20-40m。集水井的直径和宽度一般为0.6-0.8m,其深度随着挖土的加家而加深,要经常低于挖土面0.7~1.0m,并整可用竹、木等简易加固(目的:抽水不抽砂]。当基坑挖至设计标高后、井底应低于坑底1~2m,并铺设碎石滤水层。

   1.4.3  并点降水

    1.4.3.1并点降水的作用

    动水压力是流砂发生的重要条件。流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力、其性质通过图1.32所示的试验说明。

    (a)水在土中渗流的力学现象  (B)动水压力对地基土的患响

    1.2  一土颗粒

    图1.32动水压力原理图   pchiF-pch2F-TLF=0r=b-yg.=ite。(1.27)

    由上式可知,动水压Gn与水力坡度:成正比,水位差越大,动水压力Go越大;而渗透路程越长,动水压力Gn越小。产生流砂现象主要是由于地下水的水力坡度大,即动水压力大,而且动水压力的方向(与水流方向一致)与土的重力方向相反,土不仅受水的浮力,而且受动水压力的作用,有向上举的趋势,当动水压力等于或大于土的浸水密度时,即Goap.土颗粒失去自重,处于悬浮状态,并随地下水一起流入基坑,即发生流砂现象。流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力或改变其方向。具体措施有:抢挖法、水下挖土法、打钢板桩或作地下连续墙法、冻结法、枯水季节开挖、并点降水法。其中并点降水法是从根本上治愈流砂的有效方法。

    1.4.3.2  并点降水法

    并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,使地下水位降落到坑底标高以下,并保持至回填完成或地下结构有足够的机浮能力为止。各种井点的适用范围见表1.19。

    1.轻型井点

   (1)轻型井点设备

   轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。如图1.33所示,管路系统包括:井点管(由井管和滤管连接而成)、弯联管及总管等。

    1一井管;2一滤管;3一总管;4一弯联管;5一水泵房;6一原有地下水位;7一降低后地下水位滤管为进水设备,其构造如图1.34所示,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;井点管为直径38mm或51mm、长5~7m的钢管;集水总管为直径100~127mm的无缝钢管,每段长4m,其上装有与井点管连接的短接头,间距0.8m或1.2m。轻型井点设备的主机由真空泵、离心水泵和水气分离器等组成,称真空泵轻型井点设备(图1.35);如果轻型井点设备的主机由。射流泵、离心泵和循环水箱等组成,则称射流泵轻型井点设备。

   (2)轻型井点布置一级井点管布置如图1.36或图1.37所示,二级井点管布置如图1.38所示。

    ①平面布

    A.单排布置:适用于基坑、槽宽度小于6m,且降水深度不超过4二m湿网。了一机滤网:5m的情况,井点管应布置在地下水的上游一侧,两端伸出长度不得,一租续终保网小于基坑宽度(图1.36);

    ②高程布置圈1:8=级轻型井点布置的图一级井点管的埋置深度H可按式(1.28)计算:

    H>H+h+iL

   式中H——总管平台面至基坑底面的距离(m);

    h——基坑中心线底面至降低后的地下水位线的距离,一般取0.5-1.0m;

    i一水力坡度,根据实测:环形井点为1/10;双排布置为1/7;单排线状井点为1/4-1/5;

    L一井点管至水井中心的水平距离,当井点管为单排布置时,L为井点管至边坡脚的水平距离(m)

   (3)轻型井点计算

    ①井型判定(图1.39)水井根据井底是否达到不透水层,分为完整井与非完整井;凡井底到达含水层下面的不透水层的井称为完整井,否则称为不完整井。根据所抽取的地下水层有无压力,又分为无压井与承压井。

    式中L——总管长度(m)。确定井点管井距时,还应注意以下几点:①井距过小时,彼此干扰大,影响出水量,因此并距必须大于15倍管径;②在渗透系数小的土中井距宜小些,否则水位降落时间过长;③靠近河流处,井点管宜适当加密;④井距应能与总管上的接头间距相配合。

   (4)轻型井点的施工

    埋设井点的施工顺序是:放线定位→打井孔→埋设井点管→安装总管一用弯联管将井点管与总管接通一安装抽水设备(见图1.41)。

    2.喷射井点

    当基坑开挖较深,降水深度要求较大时,可采用喷射井点降水。其降水深度可达8-20m,可用于渗透系数为0.1~50m/d的砂土、淤泥质土层。喷射井点施工顺序是:安装水泵设备及泵的进出水管路→铺设进水总管和回水总管一沉设井点管(包括灌填砂滤料)→接通进水总管后及时进行单根试抽、检验一全部井点管沉设完毕→接通回水总管、全面试抽,检查整个降水系统的运转状况及降水效果。

    3.电渗井点

    电渗井点是在轻型或喷射井点中的内侧增设钢筋电极而形成,主要用于渗透系数小于.1m/d的土层。如图1.43所示,以井点管作负极,打人的钢筋或钢管作正极。当通以低于60V的直电后,带负电的土颗粒向正极钢筋或钢管移动,带正电荷的水则向负极井点管移动,该现象称为电渗-电泳现象,故电渗井点具有电渗和真空抽吸双重效果。电渗井点适用于能建立压差且渗透系数小于0.1m/d的含水层中,尤其适用于淤泥排水。

    4.管井井点

    管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井,每个管井单独用一台水泵不断捕水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20-200m/d)的土层中,宜采用管井井点(图1.44)。管井井点的设备主要由管井、吸水管及水泵组成。

    5.深井井点

    当要求井内降水深度超过15m时,可在管井中使用深井泵抽水,这种井点称为深并并点或深管井井点)。深井井点一般可降低水位30-40m,有的甚至可达百米以上。常用的深井泵有两种类型:一种是深井潜水泵;另一种是电动机安装在地面上,通过能动轴带动多级叶轮工作而排水。

    1.4.3.3  降水对周围地面的影响及预防措施

    降低地下水位时,由于土颗粒流失或土体压缩固结,易引起周周地面沉降。由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状,地面沉降多为不均匀沉降,可能导致周围的建筑物倾斜下沉、道路开裂或管线断裂。因此,井点降水时,必须采取相应措施,以防造成危害。相应撞施一般有:回灌井点法(图l.45)、设置止水帷幕法、减缓降水速度法。

                                                                                   (本文原创:转载未经许可将追责)