井點降水法是在基坑開挖前,預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管(井),利用抽水設(shè)備從開挖前和開挖過程中不斷地抽水,使地下水位降低到坑底以下,直至基礎(chǔ)工程施工完畢。
井點降水的方法有:輕型井點;噴射井點;電滲井點;管井井點;深井井點
各類井點適應(yīng)土層的滲透系數(shù),降低水位深度參照表1.2.1
(1)輕型井點
輕型井點是沿基坑四周每隔一定距離埋入井點管(下端為濾管)至地下蓄水層內(nèi),井點管上端通過彎聯(lián)管與總管連接,利用抽水設(shè)備將地下水從井點管內(nèi)不斷抽出,使原有地下水位降至坑底以下。如下圖1.2.10所示:
圖1.2.10 輕型井點全貌圖
1) 輕型井點設(shè)備
輕型井點設(shè)備主要是由井點管、濾管(圖1.2.11)、集水總管及抽水機組等組成。
井點管:井點管直徑為38~50mm、長為5~7m(一般為6m);下端配有外徑38~51mm,長1.0~1.2m濾管;濾管上的濾孔面積占表面積20%~25%;下端為鑄鐵頭。
集水總管:集水總管為內(nèi)徑127mm的無縫鋼管;每段長4m,上面裝有與井點管連接的短接頭;接頭間距0.8m、1.2m、1.6m、2.0m。
圖1.2.11濾管構(gòu)造
1— 鋼管;2—管壁上的孔;3—塑料管;4—細(xì)濾網(wǎng) 5—粗濾網(wǎng);6—粗鐵絲保護網(wǎng);7—井點管;8—鑄鐵頭
圖1.2.12干式真空泵工作原理
1— 濾管;2—井點管;3—彎聯(lián)管;4—集水總管;5—過濾室;6—水氣分離器;7—進水管;8—副水氣分離器;9—放水口;10—真空泵;11—電動機;12—循環(huán)水泵;13—離心水泵
2)輕型井點布置
① 平面布置
基坑寬度小于6m,降水深度不大于5m,單排井點布置在地下水流上游;基坑寬度大于6m或土質(zhì)不良,雙排線狀井點,布置在地下水流上游;基礎(chǔ)面積較大,環(huán)形井點,并在四角加密;井點管距井壁邊緣保持在0.7~1m,間距一般為0.8~1.6m。
根據(jù)基坑(槽)形狀,輕型井點可采用單排布置、雙排布置、環(huán)形布置,當(dāng)土方施工機械需進出基坑時,也可采用U形布置,如下圖1.2.13
圖1.2.13 井點的平面布置
a)單排布置;b)雙排布置;c)環(huán)形布置(d)U形布置
② 高程布置
輕型井點的降水深度,在井點管底部(不包括濾管)處,一般不超過6m。對井點系統(tǒng)進行高程布置時,應(yīng)考慮井點管的標(biāo)準(zhǔn)長度,井點管露出地面的長度(約0.2~0.3m),以及濾管必須在透水層內(nèi)。
井點管的埋設(shè)深度H1,(如上圖),可按下式計算:
單層輕型井點系統(tǒng)所能降低的水位,一般為3~6m。當(dāng)用一層輕型井點達(dá)不到降水深度要求時,可采用二層輕型井點(圖1.2.14),即先挖去第一層井點降水后所排干的土,然后再在其底部裝設(shè)第二層點。
圖1.2.14 二層輕型井點
1-第一層井點管;
2-第二層井點管;
3-原地下水位線;
4-降低后的地下水位線
3) 輕型井點計算
輕型井點的計算內(nèi)容:涌水量計算;井點管數(shù)量與間距確定;抽水設(shè)備選擇等。
井點計算由于受水文地質(zhì)條件和井點設(shè)備等許多不易確定的因素影響,目前計算出的數(shù)值只是近似值。
井點系統(tǒng)的涌水量按水井理論進行計算。
① 水井的類型
水井根據(jù)其井底是否到達(dá)不透水層,分為完整井與非完整井。井底到達(dá)不透水層的稱為完整井;否則為非完整井。
A 無壓完整井-井底到達(dá)不透水層,且地下水無壓力(圖1.2.15a);
B 無壓非完整井-井底未到達(dá)不透水層,且地下水無壓力(圖1.2.15b);
C 承壓完整井-井底到達(dá)不透水層,兩不透水層間為有壓地下水(圖1.2.15c);
D 承壓非完整井-井底未到達(dá)不透水層,兩不透水層間為有壓地下水(圖1.2.15d)
A 無壓完整井基坑涌水量計算
圖1.2.16 無壓完整井基坑涌水量計算簡圖
(a)基坑遠(yuǎn)離地面水源;(b)基坑近河巖;(c)基坑位于兩地表水體之間;(d)基坑靠近隔水邊界
根據(jù)基坑是否鄰近水源,分別計算如下:
(a)基坑遠(yuǎn)離地面水源時(圖1.2.16a)
B 無壓非完整井基坑涌水量計算
圖 1.2.17 無壓非完整井涌水量計算簡圖
(a)基坑遠(yuǎn)離地面水源;(b)基坑近河岸,含水層厚度不大;(c)基坑近河岸,含水層厚度很大
C 承壓水完整井基坑涌水量計算
圖 1.2.18 均質(zhì)含水層承壓完整井涌水量計算簡圖
(a)基坑遠(yuǎn)離地面水源;(b)基坑近河岸;(c)基坑位于兩地表水體之間
D 承壓水非完整井基坑涌水量計算
E 大井法在基坑涌水量計算中的應(yīng)用
大井法將場地水文地質(zhì)條件概化成均值、等厚的含水層,再利用裘布依井流推導(dǎo)出來的計算公式進行求解。
根據(jù)施沉井群分布,沉井群的基坑可以概化為“帶狀大井”, 設(shè)計要求整個沉井區(qū)水位降低基本一致,相當(dāng)于一個“大井”的底。
沉井群布置成“L”型(圖1.2.20) ,開挖基坑形狀不規(guī)則,由于基坑周圍含水層為層狀非均值,故可以將“L”型的彎曲段“拉直”概化成一個長矩形基坑,圖1.2.20虛線所示經(jīng)試算分析,若采用圓型大井計算,結(jié)果偏大,故只適宜采用窄長公式計算基坑涌水量。
③ 輕型井點的施工
輕型井點系統(tǒng)的施工,主要包括施工準(zhǔn)備、井點系統(tǒng)安裝與使用。
井點系統(tǒng)的安裝順序是:挖井點溝槽、鋪設(shè)集水總管→沖孔、沉設(shè)井點管、灌填砂濾料→用彎聯(lián)管將井點管與集水總管連接→安裝抽水設(shè)備→試抽。
井點管的沉設(shè)方法,常用的有下列兩種:用沖水管沖孔后,沉設(shè)井點管;直接利用井點管水沖下沉。
沖管直徑50~70mm;長度比井點管長1.5m;水壓0.6~1.2MPa;孔徑不小于300mm;沖孔深度比濾管底部低0.5m。
1-沖管;2-沖嘴;3-膠皮管;4-高壓水泵;5-壓力表;6-起重機吊鉤;7-井點管;8-濾管;9-填砂;10-粘土封口
井孔沖成后,應(yīng)立即拔出沖水管,插入井點管,并在井點管與孔壁之間,填灌干凈粗砂做砂濾層,砂濾層厚度一般為60~100mm,填灌高度至少達(dá)到濾管頂以上1~1.5m,以保證水流暢通。上端地面處0.5~1m間用粘土填實封口。
④ 輕型井點的使用
井點管使用時應(yīng)連續(xù)抽水,否則井管易堵塞或使邊坡塌方。
⑤ 超輕型井點降水設(shè)備
⑥橫插濾水管集水法
橫插濾水管集水法,實際上是輕型井點方法的變化應(yīng)用,即將普通輕型井點中自地面向下豎插的濾水管(井管)改由基坑立端面沿滯水帶向內(nèi)橫(水平)插,各濾水管(井管)仍按照輕型井點的工藝匯集連接至真空泵(如圖1.2.22)
⑦濾水管間隔增減長度法
(2)管井井點
管井井點就是沿基坑每隔一定距離設(shè)置一個管井,每個管井單獨用一臺水泵不斷抽水來降低地下水位。在土的滲透系數(shù)大(20~200m/d)、地下水量大的土層中,宜采用管井井點。
管井井點的設(shè)備主要是由管井、吸水管及水泵組成。
管井可用鋼管管井和混凝土管管井等。
吸水管可采用直徑為50~100mm的鋼管或膠皮管
水泵可采用2~4英寸潛水泵或單級離心泵。
(3)深井井點(相對于管井井點,主要是水泵的更換)
深井井點降水是在深基坑的周圍埋置深于基底的井管,通過設(shè)置在井管內(nèi)的潛水泵將地下水抽出,使地下水位低于坑底。
適于滲透系數(shù)較大(10~250m/d),土質(zhì)為砂類土,地下水豐富,降水深,面積大,時間長的情況,降水深可達(dá)50m以內(nèi)。
(4)噴射井點
噴射井點是以高壓水泵或高壓空氣為動力能源,通過管路系統(tǒng)往井管內(nèi)噴射高速水氣流,高速水氣流穿過噴射器時形成瞬時真空,將地下水吸出。噴射井點理論降水深度最大可達(dá)20m,在實際應(yīng)用過程中,由于井損的影響,噴射井點降水深度一般不超過15m。
噴射井點的不足在于長時間降水后,噴嘴容易損壞,噴射井點無法正常工作,導(dǎo)致高壓水泵噴射的高速水流倒灌。
(5)電滲井點
對于滲透系數(shù)很小的土(K小于0.1m/d),因土粒間微小空隙的毛細(xì)血管作用,可以采用的方法。電滲井點是井點管作陰極,在其內(nèi)側(cè)相應(yīng)地插入鋼筋或鋼管做陽極,通入直流電后,在電場的作用下,使土中的水流加速向陰極滲透,流向井點管。這種方法耗電多,只在特殊情況下使用。
(6)真空深井井點
真空深井井點是近年來上海等軟土地基地區(qū)深基坑施工應(yīng)用較多的一種深層降水設(shè)備,主要適應(yīng)土壤滲透系數(shù)較小情況下的深層降水,能達(dá)到預(yù)期的效果。
真空深井井點即在深井井點系統(tǒng)上增設(shè)真空泵抽氣集水系統(tǒng)。
對于滲透系數(shù)小的粘土、粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土層等降水效果差。隨著技術(shù)的發(fā)展, 負(fù)壓真空被引入用于輔助加速地下水往井內(nèi)匯集, 提高排水效率及降水效果, 形成常規(guī)真空管井降水工藝。
(7)超強真空降水井