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内文摘要:在开挖基坑或沟槽时,土壤的含水层常被切断,地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时,地面水也会流入坑内。为了保证施工的正常进行,防止边坡塌方和地基承载能力的下降,必须做好基坑降水工作。
关键词:基坑降水施工问题
在开挖基坑或沟槽时,土壤的含水层常被切断,地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时,地面水也会流入坑内。为了保证施工的正常进行,防止边坡塌方和地基承载能力的下降,必须做好基坑降水工作。降水方法可分为重力降水(如积水井、明渠等)和强制降水(如轻型井点、深井泵、电渗井点等)。土方工程中采用较多的是集水井降水和轻型井点降水。
一、集水井降水
这种方法是在基坑或沟槽开挖时,在坑底设置集水井,并沿坑底的周围或中央开挖排水
沟,使水在重力作用下流人集水井内,然后用水泵抽出坑外
四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外,地下水流的上游,基坑面积较大时,可在基础范围内设置盲沟排水。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力,集水井每隔20~40m设置一个。
集水井的直径或宽度,~。其深度随着挖土的加深而加深,~,井壁可用竹、木等简易加固。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,以免在抽水时将砂抽出,并防止井底的土被搅动,并做好较坚固的井壁。
集水井降水方法比较简单、经济,对周围影响小,因而应用较广。但当涌水量较大,水位差较大或土质为细砂或粉砂,易产生流砂、边坡塌方及管涌等,此时往往采用强制降水的方法,人工控制地下水流的方向,降低水位。
二、井点降水
井点降水就是在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),在基坑开挖前和开挖中,利用真空原理,不断抽出地下水,使地下水位降到坑底以下。井点降水有下述作用:防止地下水涌入坑内,防止边坡由于地下水的渗流而引起塌方,使坑底的土层消除地下水位差引起的压力,因此防止了坑底的管涌。降水后,使板桩减少了横向荷载,消除了地下水的渗流,也就防止了流砂现象。降低地下水位后,还能使土壤固结,增加地基的承载能力。
流砂现象产生的原因,是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。
地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力称为动水压力,用CD表示,它与单位土体
内渗流水受到土骨架的阻力T大小相等、方向相反。水在土体内从A向B动,沿水流方向取一土柱体,其长度为L,横截面积为9,两端点A,B之间的水头差为HA-HB。计算动水压力时,考虑到地下水的渗流加速度很小(a≈0),因而忽略惯性力。
土柱体内饱和土柱中孔隙的重量与土骨架所受浮力的反力之和为λWLF,主柱体骨架对渗流水的总的阻力为TLF。
井点有两大类:轻型井点和管井类。一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素确定。
实际工程中,一般轻型井点应用最为广泛,下面介绍这类井点。
(1)一般轻型井点设备
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。抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器(又叫集水箱)等组成,其工作原理。抽水时先开动真空泵,水气分离器内部形成一定程度的真空,使土中的水分和空气受真空吸力作用而吸出,进入水气分离器。当进入水气分离器内的水达到一定高度,即可开动离心泵。在水气分离器内的水和空气向两个方向流去:水经离心泵排出,空气集中在上部由真空泵排出,少量从空气中带来的水从放水口放出。
(2)井点系统布置和计算
井点系统布置应根据水文地质资料、工程要求和设备条件等确定。一般要求掌握的水文地质资料有:地下水含水层厚度、承压或非承压水及地下水变化情况、土质、土的渗透系数、不透水层位置等。要求了解的工程性质主要是:基坑(槽)形状、大小及深度,此外,尚应了解设备条件,如井管长度、泵的抽吸能力等。
轻型井点布置包括高程布置与平面布置。平面布置即确定井点布置形式、总管长度、井点管数量、水泵数量及位置等。高程布置则确定井点管的埋设深度。
①确定平面布置
根据基坑(槽)形状,轻型井点可采用单排布置、双排布置以及环形布置,当土方施工机械需进出基坑时,也可采用U形布置。
单排布置适用于基坑、槽宽度小于6m且降水深度不超过5m的情况。井点管应布置在地下水的上游一侧,两端延伸长度不宜小于坑、槽的宽度。双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良的情况。环形布置适用于大面积基坑。如采用U形布置,则井点管不封闭的一段应设在地下水的下游方向。
②高程布置
高程布置系确定井点管埋深,即滤管上口至总管埋设面的距离。不能满足时,可采用降低总管埋设面或多级井点的方法。当计算得到的井点管埋深h略大于水泵抽吸高hpmax且地下水位离地面较深时,可采用降低总管埋设面的方法,以充分利用水泵的抽水能力,此时总管埋设面可置于地下水位线以上。
③管及井点管数量的计算
总管长度根据基坑上口尺寸或基槽长度即可确定,进而可根据选用的水泵负荷长度确
定水泵数量。
(3)轻型井点的施工
轻型井点的施工,大致包括以下几个过程:准备工作、井点系统的埋设、使用及拆除。
准备工作包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备,排水沟的开挖,附近建筑物的标高观测以及防止附近建筑物沉降措施的实施。
冲孔时,先用起重机设备将冲管吊起并插在井点的位置上,然后开动高压水泵,将士冲松,冲管则边冲边沉。冲孔直径一般为300mm,以保证井管四周有一定厚度的砂滤层,,以防冲管拔出时,部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。井孔冲成后,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。抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常,以及检查观测井中水位下降情况。
轻型井点降水有许多优点,在地下工程施工中广泛应用,但其抽水影响范围较大,影响半径可达百米至数百米,且会导致周围土壤固结而引起地面沉陷,要消除地面沉陷可采用回灌井点方法,将井点中抽取的水经过沉淀后用压力注入管内,形成一道水墙,以防止土体过量脱水,而基坑内仍可保持干燥。
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