井点降水法就是在基坑开挖之前,在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),利用抽水设备抽水,使地下水位降落至基坑底以下,并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。井点降水改善了工作条件,防止了流砂发生,土方边坡也可陡些,从而减少了挖方量。
井点降水法所采用的井点类型有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点。施工时可根据土的渗透系数、要求降低水位的深度及设备条件等,参照表1.9选用。
表1.9 各类井点的适用范围
1.轻型井点
轻型井点是沿基坑四周以一定间距埋入直径较小的井点管至地下蓄水层内,井点管上端通过弯联管与集水总管相连,利用抽水设备将地下水通过井点管不断抽出,使原有地下水位降至基底以下。施工过程中应不间断地抽水,直至基础工程施工结束回填土完成为止。轻型井点示意图,见图1-11。
1)轻型井点设备
轻型井点设备由管路系统和抽水设备等组成。
(1)管路系统。
管路系统由滤管、井点管、弯联管和总管组成。
图1-11 轻型井点示意图
1—井点管;2—滤管;3—总管;4—弯联管;5—水泵房;6—原地下水位线;7—降水后地下水位线
①滤管。
滤管是井点设备的重要组成部分,对抽水效果影响较大。滤管必须深入到蓄水层中,使地下水通过滤管孔进入管内,同时还要将泥沙阻隔在滤管外,以保证抽入管内的地下水的含泥沙量不超过允许值。因此,要求滤管应具有较大的孔隙率和进水能力;滤水性良好,既能防止泥沙进入管内,又不能堵塞滤管孔隙;滤管结构强度要高,耐久性要好。滤管的构造,见图1-12。
图1-12 滤管构造
1—钢管;2—管壁上小孔;3—缠绕的铁丝;4—细滤网;5—粗滤网;6—粗铁丝保护网;7—井点管;8—铸铁头
滤管为进水设备,直径为50mm,长1.0m或1.5m。滤管的管壁上钻有φ13~φ19的小圆孔,外包两层滤网,内层细滤网采用钢丝布或尼龙丝布,外层粗滤网采用塑料或编织纱布。为使水流畅通,管壁与滤网间用塑料细管或铁丝绕成螺旋状将其隔开,滤网外面用粗铁丝网保护,滤管上端用螺丝套筒与井点管下端连接,滤管下端为一铸铁头。
②井点管。
井点管直径为50mm,长5m或7m,上端通过弯联管与总管的短接头相连接,下端用螺丝套筒与滤管上端相连接。
③弯联管。
弯联管采用透明的硬塑料管将井点管与总管连接起来。
④总管。
总管采用直径100~127mm,每段长4m的无缝钢管。段间用橡皮管连接,并用钢筋卡紧,以防漏水。总管上每隔0.8m设一与井点管相连接的短接头。
(2)抽水设备。
抽水设备常用的是真空泵设备和射流泵设备。
①干式真空泵抽水设备由真空泵、离心泵和水气分离器组成,见图1-13。
图1-13 干式真空泵井点抽水设备工作简图
l—井点管;2—弯联管;3—总管;4—过滤箱;5—过滤网;6—水气分离器;7—浮筒;8—挡水布;9—阀门;l0—真空泵;11—水位计;12—副水气分离器;13—真空泵;14—离心泵;15—压力箱;16—出水管;17—冷却泵;18—冷却水管;19—冷却水箱;20—压力表;2l—真空调节阀
抽水时先开动真空泵,将水气分离器抽成一定程度的真空,使土中的水分和空气受真空吸力的作用形成水气混合液经管路系统流到水气分离器中。然后开动离心泵,水气分离器中的水经离心泵由出水管排出,空气则集中在水气分离器上部由真空泵排出。
②射流泵抽水设备由射流器、离心泵和循环水箱组成,见图1-14。
图1-14 射流泵抽水设备工作图
1—水泵;2—射流器;3—进水管;4—总管;5—井点管;6—循环水箱;7—隔板;8—泄水口;9—真空表;l0—压力表;11—喷嘴;12—喷管;13—接水管
射流泵抽水设备的工作原理是:利用离心泵将循环水箱中的水变成压力水送至射流器内由喷嘴喷出,由于喷嘴断面收缩而使水流速度骤增,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。水箱内的水滤清后一部分经由离心泵参与循环,多余部分由水箱上部的泄水口排出。
射流泵井点设备的降水深度可达到6m,但其所带井点管一般只有25~40根,总管长度30.50m。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、使用检修方便等优点,便于推广。射流泵井点排气量较小,真空度的波动较敏感,易于下降,排水能力较低,适于在粉砂、轻亚黏土等渗透系数较小的土层中降水。
2)轻型井点布置
轻型井点的布置要根据基坑平面形状及尺寸、基坑的深度、土质、地下水位高低及流向、降水深度要求等因素确定。
基坑的宽度小于6m,降水深度不超过5m时,采用单排井点,并布置在地下水上游一侧,两端延伸长度不小于基坑的宽度,见图1-15。如基坑宽度大于6m或土质排水不良时,宜采用双排线状井点。(www.xing528.com)
基坑面积较大时,采用环形井点,见图1-15。有时为了施工需要,可留出一段(最好在地下水下游方向)不封闭。
井点管距基坑壁一般不小于1m,以防局部漏气。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。靠近河流处或总管四角部位,井点应适当加密。采用多套抽水设备时,井点系统应分成长度大致相等的段,分段位置宜在基坑拐弯处,各套井点总管之间应装阀门隔开。
图1-15 单排井点布置
l—总管;2—井点管;3—抽水设备
图1-16 环状井点布置
l—总管;2—井点管;3—抽水设备
3)轻型井点施工与使用
轻型井点的施工顺序为:挖井点沟槽,敷设集水总管;冲孔,沉设井点管,灌填砂滤料;用弯联管将井点管与集水总管连接;安装抽水设备;试抽。
井点管的埋设方法有射水法、冲孔(或钻孔)法及套管法,根据设备条件及土质情况选用。
射水法是在井点管的底端装上冲水装置(称为射水式井点管)来冲孔下沉井点管,见图1-17。
冲孔法是用直径为50~70mm的冲水管冲孔后,再沉放井点管,见图1-18。
套管法是用直径150~200mm的套管,用水冲法或振动水冲法沉至要求深度后,先在孔底填一层砂砾,然后将井点管居中插入,在套管与井点管之间分层填入粗砂,并逐步拔出套管。
井点管沉设完毕,即可接通总管和抽水设备,然后进行试抽。要全面检查管路接头的质量,井点出水状况和抽水机械运转情况等,如发现漏气和死井(井点管淤寒)要及时处理,检查合格后,井点孔口到地面下0.5~1m的深度范围内应用黏土填塞,以防漏气。
图1-17 直接用井点管水冲下沉法
图1-18 冲水管冲孔法
1—冲管;2—冲嘴;3—胶皮管;4—高压水泵;5—压力表;6—起重吊钩;7—井点管;8—滤管;9—填砂,10—黏土封口
轻型井点使用时,一般应连续抽水。时抽时停,滤网易堵塞,也易抽出泥沙和使出水混浊,并可能引发附近建筑物地面沉降。抽水过程中应调节离心泵的出水阀,控制出水量,使抽水保持均匀。降水过程中应按时观测流量、真空度和井内的水位变化,并做好记录。采用轻型井点降水时,应对附近原有建筑物进行沉降观测,必要时应采取防护措施。
2.喷射井点
当基坑开挖较深,降水深度要求大于6m时,采用一般轻型井点不能满足要求,必须使用多级井点才能收到预期效果,但这样需要增加机具设备数量和基坑开挖面积,土方量加大,工期拖长,亦不经济。此时,宜采用喷射井点降水,降水深度可达8~20m。在渗透系数为3~50m/d的砂土中应用此法最为有效。在渗透系数为0.1~3m/d的粉砂、淤泥质土中效果也较显著。
1)喷射井点设备和布置
喷射井点根据其工作时使用的液体或气体的不同,分为喷水井点和喷气井点两种。两种井点工作流程虽然不同,但其工作原理是相同的。
喷射井点设备由喷射井管、高压水泵及进水排水管路组成,见图1-19(a)。喷射井管有内管和外管,在内管下端设有扬水器与滤管相连,见图1-19(b)。高压水(0.7~0.8MPa)经外管与内管之间的环形空间,并经扬水器侧孔流向喷嘴。由于喷嘴处截面突然缩小,压力水经喷嘴以很高的流速喷入混合室,使该室压力下降,造成一定真空度。此时,地下水被吸入混合室与高压水汇合,流经扩散管。由于截面扩大,水流速度相应减小,使水的压力逐渐升高,沿内管上升经排水总管排出。
图1-19 喷射井点设备布置
1—喷射井管;2—滤管;3—进水总管;4—排水总管;5—高压水泵;6—集水池;7—水泵;8—内管;9—外管;10—喷嘴;11—混合室;12—扩散管;13—压力表
2)喷射井点的施工和使用
喷射井点施工顺序是:安装水泵设备及泵的进出水管路;敷设进水总管和回水总管;沉设井点管并灌填砂滤料,接进水总管后及时进行单根井点试抽,检验;全部井点管沉设完毕后,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;然后让工作水循环进行正式工作。
开泵初期,压力要小些(小于0.3MPa),以后再逐渐正常。抽水时如发现井点管周围有泛砂冒水现象,应立即关闭井点管进行检修。工作水应保持清洁,试抽两天后应更换清水,以减轻工作水对喷嘴及水泵叶轮的磨损。
3.管井井点
管井井点是沿基坑周围每隔一定距离(20~50m)设置一个管井,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K≥20m/d,地下水量大的土层中,宜采用管井井点。
管井井点由管井、吸水管及水泵组成,见图1-20。
图1-20 管井井点
1—沉砂管;2—钢筋焊接骨架;3—滤网;4—管身;5—吸水管;6—离心泵;7—小砾石过滤层;8—黏土封口;9—混凝土实壁管;10—混凝土过滤管;11—潜水泵;12—出水管
管井井点采用离心式水泵或潜水泵抽水。
管井的间距一般为20~50m,管井的深度为8~15m。井内水位降低可达6~10m,两井中间则为3~5m。管井井点计算,可参照轻型井点进行。
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