第四章基坑排水Word文档格式.docx
- 文档编号:19864729
- 上传时间:2023-01-11
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:357.73KB
第四章基坑排水Word文档格式.docx
《第四章基坑排水Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第四章基坑排水Word文档格式.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
因此,有人建议采用n值为2〜3。
3.填方和基础覆盖层中的饱和水
通常,当填方和覆盖层体积不太大时,在初期排水且基础覆盖层尚未开挖时,可以不必计算饱和水总水量。
按式(4—2)估算初期排水流量,选择抽水设备后,往往很难符合实际。
在初期排水过程中,可以通过试抽法进行校核和调整,并为经常性排水计算积累一些资料。
二、水泵的选择和泵站布置
排水设备常用离心式水泵,为运转方便,应选择容量不同的水泵,以便组合运用。
排水设备容量可按式(4—2)估算,并配置备用量.当水泵工作台数在5台以下时,可备用1台;
工作台数在5台以上时,按20%备用.
确定排水设备容量后,要妥善地布置水泵站.实践中往往由于水泵站布置不当,降低排水效果,甚至水泵运转时间不长又被迫转移,造成人力物力和时间上的浪费.一般初期排水可采用固定式或
浮动式水泵站,固定式泵可设在围堰上[图4—1(a)],这种布置
适用于吸水高度小于6m的情况。
如果基坑内水深或吸水高度超过6m,则需将泵站转移至较低高程,例如转移到设置在基坑内的固定平台上[图4一1(b)[。
这种平台可以是桩台、木笼墩台或围堰内坡上的平台。
如果水深远大于6m,则应考虑选用浮式泵站。
一种方法是将水泵放在沿滑道移动的平台[图4一1(C)],用绞车操纵逐步下放。
另一种方法是将水泵放在浮船上[图4-1
(d)]o
囹4—i水泵站的布.首
设在国炬上;
小)设在商定平台上;
広》设在移动平台上;
(小设在譚卷上
—水泵曲_固定平台川一移动平色拓一浮船托一滑诅;
7_.®
车胡_幔皮接头油一纹接桥;
|©
_殿水管:
仃_眠水管
布置水泵站时,有几个问题应当注意。
泵站和管路的基础应能抵抗一定的漏水冲刷;
水泵出水管口应放在水面以下,这样可依靠虹吸作用减轻水泵的工作,在水泵排水管上应设置止回阀,以防水泵停止工作时,基坑外的水倒灌入基坑。
另外,浮式泵站应设置橡皮软接头,以适应泵站的开降。
第二节经常性排水
基坑内积水排干后,紧接着进行经常性排水。
在排水设计中,除了正确估算排水量和选择排水设备外,必须进行周密的排水系统布置。
经常性排水的方法有明式排水和人工降低地下水位两种方法。
一、明式排水施工方法
1.排水系统布置
通常应考虑两种不同的情况:
一种是基坑开挖过程中的排水系统布置;
另一种是基坑开挖完成后修建建物时的排水系统布置。
在进行布置时,最好能同时兼顾这两种情况,并且使排水系统尽可能不影响施工。
基坑开挖过程中排水系统布置,应以不妨碍开挖和运输工作为原则。
一般将排水干沟布置在基坑中部,以利两侧出土(图4—
2)。
随基坑开挖工作的进展,逐渐加深排水干沟和支沟,通常保持干沟深度为1〜1.5m,支沟深度为0.3〜0.5m。
集水井多布置在建筑物轮廓线外侧,井底应低于干沟沟底。
但是,由于基坑坑底高程不一,有的工程就采用层层设截流沟、分级抽水的办法。
为了防止在砂土或壤土地基中的深挖方边坡坍塌,也采用分层拦截渗水的办法。
实践证明,渗透系数为20〜30m/d的细砂层,挖排水沟降低浸润线,并用砾石草包压坡,可使砂坡稳定在1:
2.5左右。
II
Ot^
图4_2基坑开挖排水系统布置
...运土方向汐支沟心干沟*1集水井汚水泵抽水
1.*厶f1feJ
建筑物施工时的排水系统,通常都布置在基坑四周,如图4—3
所示。
排水沟应布置在建筑物轮廓线外侧,距离基坑边坡坡脚不小于0.3〜0.5m,排水沟的断面尺寸和底坡大小,取决于排水量的大小。
一般排水沟宽不小于0.3m,沟深大于1.0m,底坡不小于0.002。
在密实土层中,排水沟可以不用支撑;
但在松土层中,需用木板或麻袋装石来加固。
水经排水沟流入集水井后,利用在井边设置的水泵站,将水从集水井中抽出。
集水井布置在建筑物轮廓线外较低的地方,它与建筑物外像的距离必须大于井的深度。
井的容积至少要能保证水泵停止抽水10〜15min时,井水不致漫溢。
集水井可为长方形,边长1.5〜2.0m,井底高程应低于排水沟底1.0〜2.0m。
在土中挖井,其底面应铺填反滤料;
在密实土中,井壁用框架支撑;
在松软土中,利用板桩加固。
如板桩接缝漏水,尚需在井壁外设置反滤层。
排水沟和集水井的形式如图4-4所示
图4-3建筑物施工时前耕水系统布苦
!
_電堰.让—集水井泊一排水沟;
•!
一建董物轮廓线注一排水沟中的水流方向汴一河流
集水井不仅可用来集聚排水沟的水量,而且还有澄清水的作用,以延长水泵的使用年限。
为了保护水泵,集水井宜稍偏大偏深一些。
为防止降雨时地面径流进入基坑而增加抽水量,通常在基坑外缘边坡上挖截水沟,以拦截地面水。
截水沟的断面及底坡应根据流量和土质而定。
一般沟宽和沟深不小于0.5m,底坡不小于0.002。
基坑外地面排水系统最好与道路排水系统相结合,以便自流排水。
为了降低排水费用,当在坑渗水水质符合饮用水或其它施工用水要求时,可将基坑排水与生活、施工供水相结合。
丹江口工程的基坑排水就直接引入供水池,供水池上设有溢流闸门,多余的水则溢入江中。
图4_4排水沟和集水井剖面图(单位:
□)
厲)坚实土层的排水沟;
巾|用板桩加同的排水沟;
心用桐架玄撐的集水异比门用扳桩加丙的集水昇
I—啤5〜IOen)木板吃一支撑.3®
S-5em様桩*
明式排水适用于岩基开挖,对砂砾石或粗砂覆盖层,当渗透系数大于2x10-2cm/s,且围堰内外水位差不大的情况下,也可用明式排水,实际工程中也有超出上述界限的,例如丹江口的细砂地基,渗透系数约为2x10-2cm/s,采用适当措施后,明式排水也取得了成功。
不过,一般认为,当渗透系数小于10-1cm/s时,以采用人工降低水位法为宜。
2.排水量估算
经常性排水的排水量,主要包括围堰和基坑的渗水、降雨、地基岩石冲洗及混凝土养护用废水等。
设计中一般考虑两种不同的组合,从中择其大者,以选择排水设备。
一种组合是渗水加降雨,另一种组合是渗水加施工废水。
降雨和施工废水不必组合在一起,这是因为二者一般不会同时出现。
如果全部叠加在一起,显然太保守
(l)降雨量的计算。
以往在基坑排水设计中,对降雨量的计算无统一标准。
有人主张用频率概念,一般按5~10年一遇标准计算;
也有人主张按实测资料进行计算。
现行规范规定,降水量按抽水时段中最大日降水量在当天排干计算。
(2)施工废水。
施工废水主要考虑混凝土养护用水。
其用水量的估算,应根据气温条件和混凝土养护的要求而定。
初估时可按每立方米混凝土每次用水5L,每天养护8次计算
(3)渗透流量计算。
基坑渗透总量包括围堰渗透量和基础渗透量两大部分。
关于渗透量的计算方法,在水力学、水文地质和水工结构等论著中均有介绍。
应当指出,按公式估算流量的可靠性,不仅取决于公式本身的精度,而且取决于计算参数的正确选择。
特别是渗透系数对计算结果影响很大。
在初步估算时,一般不可能获得可靠的渗透系数资料,此时可采用更简便的估算方法。
透水地基上的基坑,可按表4-1所列指标估算整个基坑的渗透流量。
土类
细砂
中砂
粗砂
砂碼石
有裂缝的岩石
港透流
□.16
0.21
山30
0,35
o.05—0.1.0
二、人工降低地下水位
人工降低地下水位,是在基坑四周打井,从井中抽水,井的附近形成地下水降落漏斗,各降落漏斗相连,形成基坑内大面积地下水位的降低(图4—5)。
图4_5管井法降低地下水位
地下水位降低后,可提高基坑开挖和基础施工的效率和质量,
并且开挖时边坡可以较陡(一般粘性土约1:
1〜1:
1.5;
砂性土
约1:
1.5〜1:
2),因而可缩小基坑轮廓尺寸,减少挖方体积。
此外地下水位降低时,动水压力方向向下,土壤自重增加(由潜容重变为湿容重)对下面土层有压实作用,对今后建筑物的沉陷和稳定有利。
人工降低地下水位的设备比较复杂,技术要求较高
降低地下水位的方法主要有管状滤水井法(管井法)和针状滤水器法(井点法)。
(一)管井法降低地下水位
用管井法降低地下水位时,在基坑四周布置一个个管状滤水井(图4—5),在水井中放入水泵的吸水管,地下水借重力作用流入水井后,被水泵抽走。
管井法降低地下水位时,须先设置管井,管井通常由下沉钢井管而成,在缺乏钢管时也可用竹管或混凝土管代替。
钢井管的下部有滤水管节(滤头)地下水从这里进入井内,它的构造对井的出水量及可靠性有很大影响。
图4—6为适用于透水性较小土层中的网式滤水管,它的外面是一层保护用粗铅丝网,里面是一层细铅丝滤网,它的网孔大小对水流阻力和水中含砂量影响很大,再里面是©
〜4mm勺粗铅丝,稀疏地绕在钻有许多小孔的钢管上,把滤网和钢管隔开,使水流畅通;
在滤层外面有时还须设置滤层。
图4—7为杆架式滤头,它由单独的金属杆安装在法兰盘上,杆架式滤水管通常用于透水性好的含水层中,可不设滤层,而在中砂及细砂中,建议设砾石滤层,其颗粒比含水层颗粒大8〜10倍。
砂杓孔41^**.M
图4_6网式滤头
钢井管通常用射水法下沉,当土层中夹有难通过的土层(如硬粘土、岩石等),需配合钻机钻孔。
射水下沉时,先用高压水冲土下沉套管(较深时可配套管,反滤层每填高一次,便拔一次套管,逐层上拔,直至完成。
图4—7杆架式滤头
1—接合奩筒‘―接合管严—杆式骨架.4—支撑法兰
管井中抽水可应用各种抽水设备,但主要是普通离心泵和深井
水泵
离心泵的吸水高度一般不超过5〜8m当基坑中的水位下降超过此值及降低地下水位的深度较大时,可以分层布置管井,分层进行排水(图4—8);
或当地下水位下降到一定深度后,把水泵放入井中(图4—9)。
把普通离心泵放入井中时,井管的直径要很大,而且当抽水停歇时,如不及时拆卸有被淹没的危险。
图4_8分层降低地下水位布詈图
行)第一层水井工柞时所挖之基境:
第一层和第二层水井工件醐所挖之基坑
图y普通离心泵放在井中抽水
近来在降低深层地下水位时,广泛采用深井泵。
深井泵的多级
离心泵没入井内,马达装在井上,通过长轴转动(图4—10a),或
者用机壳密封,和水泵一起没入井内(图4—10b)。
深井泵直径很细,所用的井管直径为200〜450mm目前国内所采用的ATH型深
井泵,是属于马达装在井上的一类,例如ATH—8型深井泵,生产
率为30M/h,井管直径300〜250mrp扬程有25、50、75和100m数种,相应的马达功率为5.8、7.8、10和17kw。
每个深井泵都是独立进行工作,不必相互联结的总吸水管,井
的间距也可以很大。
深井泵的井管下沉工作较为困难泵的安装也较复杂,因此深井泵一般用于要求降深大于20m
U伞更退式tb)工戏式
图&
—川深井水泵装置示盍图
(二)井点法降低地下水位
井点法和管井法不同,它把井管和水泵的吸水管合而为一,成为针状滤水器,因此简化了井的构造,便于施工。
但由于针状滤水器沉入土中后,与大气不通,因此井点法所用的抽吸机必须具备抽气的能力,以便排除原存在于土中但和地下水一齐进入针滤器的空气泡。
在渗透系数K<
lm/昼夜的土壤中,用管井法抽水时,由于渗水量很小,井中的水会很快被吸干,水泵工作经常中断,吸水管要经常注水,即不经济,排水效果也差;
但是用井点排水时,由于设备具有抽气的能力,可以在针滤器附近形成真空,增加排水效果,因此即使在K小到0.1m/昼夜的细淤泥质砂和砂壤土中,井点法仍能进行工作。
井点法降低地下水位的设备,根据其降深能力分浅井点和深井点等。
浅井点设备的降深能力为4〜5m要求降深较大时,可分层布置,但一般不超过三层,约10〜12m,因为层数越多,每层井点的实际降深显著减少(每次递减约半m或更大),而且基坑中管路阻塞,影响施工,同时也增加挖方量。
浅井点的设备包括主机、总管和针滤管等。
浅井点的主机有两类,第一类如HBY—1BY—2及HNY-5型的主机系由普通的离心泵配合真空泵共同工作,这类主机的水泵生产率较大。
HBY—1及HBY—2型水泵生产率为280斥/h,扬程28m真空吸水头7mHNY-5型水泵生产率为120mi/h,扬程40m真空吸水头8m第二类如HNY-3及HNY-2型,它们的主机为一涡漩水泵,本身具有抽气的能力,不带真空泵,这类主机生
产率较小,HNJ3型生产率为60m/h,扬程23m,真空吸水头
为8m,n2型生产率为30m/h,扬程40m真空吸水头8m。
图4一11为国产。
nBY型设备的工作示意图,开始工作时,
首先开动真空泵,造成井点系统的真空状态,把地下水和土中的空气一齐从针滤器吸入集水箱,空气从集水箱的上部排到分水器,和水汽分离后,被真空泵抽除。
当集水箱中积存有相当多的水后,再开动水泵抽水。
集水箱中装有浮筒,当来水量到达某一水位时浮简即顶住抽气管,避免地下水进入真空泵,这时就只抽水,真空泵不起作用。
在水泵出水口装有调节阀,可根据集水箱内水位,调节水泵的流量,当水泵抽水量不足,压力减小时,调节阀的弹簧压下,将阀门关闭,避免压水管中的水倒流。
关闭调节阀,在放水阀上按上橡皮管,可用来下沉针滤器,但由于离心泵的压力不够,这项装置失去了原来的作用。
该主机可负担长约160m左右的总管,同时接针滤器60〜90根进行工作。
浅井点的针滤器滤头,构造上与钢井管的网式滤头相似,但水
冲式针滤器滤头内,装有直径25mm的内管,内管下端有橡皮球阀(图4-12),射水下沉时,高压水冲开球阀射出;
抽水时,球阀被吸起,防止泥砂进入针滤器。
国产||BY型浅井点设备示慧图
图4_12水冲式针滤器滤头工作情况
1_金属管吃—环阀曲一球阀
在细砂和中砂射水下沉针滤器,需要的流量约为25〜30mVh,
水压力达3〜35MPa在粗砂中流量须增大到40nVh或更大,在夹有砾石和卵石的砂中,最好与压缩空气相配合。
在粘性土中下沉针滤器,水压须增大到5—8Pa,并须在水冲漏斗中填砂砾石做反滤层,填反滤层时供水仍不停止,但水压可略降低。
填砂到原有地下水面为止,上面用粘土封口,厚约Im,以防
漏气。
深井点和浅井点不同,它在每根针滤器内都装有扬水器,因此
它不受水泵吸水高度的限制,有较大的降深能力。
图4—13是带扬
水器的喷射井点工作示意图。
高压水泵的扬程为6~10个大气压,可同时带动数+个针滤器。
高压水通过总管分配给各个针滤器,从针滤器内外套管的环形空间进入扬水器的喷嘴,由于喷嘴断面然缩小,喷嘴的流速急增至10〜50mVh,这一高速水流即逐渐将滤头中的空气带出,形成真空,把地下水吸取进来,而与高速水流在混合室内混合,并在扩期管内把流速水头转变为压力水头,于是地下水和高压水一起被不断地喷射出来,井中水位亦随之降低。
喷射井点的间距5〜15m滤头长约3〜6m,在渗透系数为3〜50m/昼夜的土壤中应用最为适宜。
■H—!
■
图4_竹喷射井点设备工作廉理
I喷射针遽器外育管卍哦餐注混合室:
|的爹山扩散管川囁疇订滤头
喷射井点与深井泵比较,构造简单,安装方便,工作可靠,水中含砂较多时,对机件的影响也不大;
但喷射井点设备的机械效率不高,只有20%〜30%,所以一次降深值不宜超过20m否则是不经济的,最适宜的范围是8〜18m
以上各种降低地下水位的设备,以应用于渗透系数1〜50m/昼
夜的土壤中效果最好,当渗透系数大于100〜150m/昼夜时,由于
渗流量很大,降深效果不好,也不经济;
当渗透系数vIm/昼夜而〉
0.1m/昼夜时,可用井点法,最好用HNY型设备,因为它的真空吸水头较大,此时在针滤器四周,应填反滤层,顶部用粘土密封,以便形成真空(即所谓真空井点)。
此外亦可用bN〜2.5型喷射井点设备,在渗透系数小于0.lm/昼夜的淤泥和粘土中降低地下水位,目前唯一的方法是电渗井点排水,但使用还很不普遍。
电渗井点排水是在基坑外侧打一圈针滤器作为负极,在基坑内
侧打一圈钢杆作为正极(图4—14),在正负级之间通直流电,土中含水便从正极方向趋向负极,被针滤器抽除。
+
图4—J.J电渗井点7F意图
水泵严直流电机沱钢杆」井点
*已*7I1
除了前面所讲的以外,各种降低地下设备的适用范围大致可参
考表4一2决定。
在考虑人工降低地下水位的布置方案时,必须注意基坑的水文地质条件
表4_2降低地下水位设备的适用范围
要求降
馔土砂谨土
淤晁质砂‘
细砂中砂
粗砂砾砂
%
砾石砂卵石
<
5m
单层浅井点
JC<
0,1电港.丨真空
单层浅井管及单层浅井点
单层浅井管或单层浅井点1若能
射水下沉》
]务层浅井点空或电潘)
2.3N—2.5型瞪射井点d
多层浅井点及多层浅井管
—
12-20m
3N-2.5型喷
射井点
3N-2.5及刑-
4型喷射井点
>
?
0m
深井泵
一般的不完整型基坑,只要通过计算,把水井(井管或针滤器的总称)设置到要求的深度,地下水位降到基坑底面以下是可能做到的。
对完整型基坑,无论是采用浅井分层降水或是把深井直接打到不透水层,都不可能把地下水下降到基坑底面以下,而仍旧有一般地下水从坡脚渗出(图4—15),需组织明沟排水工作来配合;
不过经过地下水位降低以后,渗流的出逸坡降和渗透流量减小了,有利于明沟排水和减轻土壤渗透变形。
当用直接打到不透水层的深井一次降水时,通常还要在基坑内再布置一层浅井点抽水,以进一步降低其逸坡降和水位。
图4—出完整型基坑降低地下水位布置
当基坑穿过的土层内有不透水夹层(如粘土和淤泥)时,夹层以上的部分按一个完整的基坑考虑(图4—16);
而夹层以下的含水层,应该另外布置深井降水,按承压井考虑,这些弱透水层在饱和状态下,强度很低,而非饱和状态下可支持很陡的边坡,所以在开挖该土层以前,要求事先把地下水位降低到该土层以下。
图4_16有不透水夹层时降低地下水位的布置
在船闸基坑平面上,水井一般应布置成环形,如由于某种限制,又能布置成二排或门型,则应把两侧的井线延长,需要延伸的长度一般不小于两排井点间距的一半。
井管或针滤器,当用水冲法下沉时,离开船闸底板边沿的距离不小于其下沉深度,以免地基受水冲影响。
船闸基坑底标高一般不同,深的部位要用浅井点补充降水。
图4-17为某船闸降低地下水位的布置图,基坑上口尺寸为100mK300m,要求降深10〜16m,主要含水层是细砂,沿基坑轮廓总共设了47个深井,平均深23m用ATH—I0C型深井泵抽水,两个月后水位下降8〜I0m,此后在闸室、上闸首和下闸首分别增加IIBY型浅井点一层、二层和三层,与深井泵同时抽水,其降深值相应达到13.5、15.5和17m,共用IBY型设备16套。
降低地下水位装置的计算程序如下:
(l)计算基坑的总渗流量Q,当井点所包面积的长宽比小于
10,可按水井公式计算。
计算方法已在明沟排水中讲过,公式中的符号见图4—18。
图』17船闸基坑降低地下水位布貫
图1_18人工降低地下水位计算图式
(2)确定井的数目和间距:
=Q/q
井的数目
1
式中q降低水位设备在每个井中的抽水能力,q值不能太
大,否则流速太大,滤头外的土壤将被冲动,通常取:
q=0.8qmax(4—4)
qmax=2n•rc・l・v®
(4—5)
v®
=65(4—6)
按式(4-3)求出井的数目后,考虑到有些井可能在扬水过程
中被堵塞,井数应再增加5~10%,所以井间距d(m)为
d=L/(1.05〜1.1)n(4—7)
式中L—井点线总长(m)
对浅井点,d值以取在(5〜10)2nr。
范围内较为合适,对深井点以在(15〜25)2nr。
范围内较为合适。
间距过小,井的侧面进水量将减少,间距过大则降水时间太长,特别对渗透性较小的土壤,此外对浅井点,采用的间距应与总管上三通的间距相适应。
在矩形环圈井点的四角,约有井点线总长1/5的地方,井点间距应减少30%〜50%,或把泵设备放在四角上,因为四角来水较多。
此外靠近河边的一侧井点来水也较多,布置也应密些
(3)计算井深(从地下水位以下算起)。
Z=S0+△S+△h+l+hO(4—8)
式中h。
—要求的滤头沉没深度,(m,对沉没式喷射井点h=0,对深井泵、浅井点及非沉没式喷射井点(扬水器在滤头上部)ho=0.5〜2m;
△Su^^lg1^(4—9)
2.73Klrc
式中符号的意义和单位同前。
(4)根据Q(或q)s=sO+AS选择设备,轻型井点的水泵由于受真空泵的影响,水泵生产率只能按额定的65%考虑。
在没有不透水夹层的基坑中,当采用多层浅井连续降低地下水位时,其下层井点系统一般可以按下层井开动后,上层井将失去抽水能力来进行设计,因为降落曲线+分陡削,使得极大部分的水都被
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第四 基坑 排水