1、1第六章第六章 地下水处理技术地下水处理技术 第一节第一节 概述概述地下水对地下工程的设计方案、施工方法与工期、工程投资以及工程地下水对地下工程的设计方案、施工方法与工期、工程投资以及工程长期使用都有着十分密切的关系。如果对地下水处理不当，可能产生长期使用都有着十分密切的关系。如果对地下水处理不当，可能产生不良影响，甚至发生重大工程事故。地下工程特殊施工方法大都针对不良影响，甚至发生重大工程事故。地下工程特殊施工方法大都针对如何处理地下水或减少其对工程的危害而相应产生的。是地下建筑施如何处理地下水或减少其对工程的危害而相应产生的。是地下建筑施工的重要组成部分。工的重要组成部分。6.1概述概述o
2、 6.1.1 地下水的分类 o 6.1.2 地下水位 o 6.1.3 土的渗透性o 6.1.4 地下工程涌水条件及预测36.1概述概述地下水按埋藏条件不同，分为三类，如图地下水按埋藏条件不同，分为三类，如图6-1所示。所示。 一、一、地下水的分类地下水的分类 第一隔水层透水层局部隔水层潜水位海（江、河）地下通道上层滞水C*A*潜水承压水6.1概述概述o上层滞水上层滞水 o地表水下渗，积聚在局部透水性小的粘性土隔水层上的水，称为上层滞水。这种地表水下渗，积聚在局部透水性小的粘性土隔水层上的水，称为上层滞水。这种水靠雨水补给，有季节性，存在于雨季，旱季可能干涸。勘察时，应注意与潜水水靠雨水补给，有
3、季节性，存在于雨季，旱季可能干涸。勘察时，应注意与潜水区分。区分。 o潜水潜水o埋藏在地表以下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水，称埋藏在地表以下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水，称为潜水。其自由水面为潜水面，水面标高称为地下水位。地面至潜水面的铅直距为潜水。其自由水面为潜水面，水面标高称为地下水位。地面至潜水面的铅直距离称为地下水的埋藏深度。离称为地下水的埋藏深度。o潜水由雨水与河水补给，水位也有季节性变化。地下水埋藏深度各地区相差较大，潜水由雨水与河水补给，水位也有季节性变化。地下水埋藏深度各地区相差较大，如南方一些地区不足如南方一些地区不足1，西北黄
4、土高原深达，西北黄土高原深达100200。o承压水承压水 o埋藏在两个连续分布的隔水层之间，完全充满的有一定压力的地下水，称为承压埋藏在两个连续分布的隔水层之间，完全充满的有一定压力的地下水，称为承压水。如打穿承压水上面的第一隔水层，则承压水因有压力而上涌，压力大时可以水。如打穿承压水上面的第一隔水层，则承压水因有压力而上涌，压力大时可以喷出地面。对于矿山工程中的立井，深度达几百米至千米，在施工过程中可能穿喷出地面。对于矿山工程中的立井，深度达几百米至千米，在施工过程中可能穿过多个承压含水层，应引起足够重视。过多个承压含水层，应引起足够重视。56.1概述概述1 实测水位实测水位勘探钻孔时，当钻
5、头带上水时，此水位为初水位。待勘探钻孔时，当钻头带上水时，此水位为初水位。待24小时后，再测钻孔中的小时后，再测钻孔中的水位为稳定水位，即实测的地下水位。水位为稳定水位，即实测的地下水位。2 历年最高水位历年最高水位地下水位除了上述当年各季节不同外，各年之间因有丰水年、枯水年之别，水地下水位除了上述当年各季节不同外，各年之间因有丰水年、枯水年之别，水位也不同。在同一地区进行多年长期观测地下水位。将测得的数据以时间为横位也不同。在同一地区进行多年长期观测地下水位。将测得的数据以时间为横坐标，水位深度为纵坐标，绘制地下水位时程曲线。由曲线可见每年夏季有一坐标，水位深度为纵坐标，绘制地下水位时程曲线
6、。由曲线可见每年夏季有一个峰值，在各年峰值中找出最高值，即为历年最高水位。个峰值，在各年峰值中找出最高值，即为历年最高水位。二、地下水位二、地下水位 6.1概述概述o 地下水在重力作用下，由高处向低处流动。例如，立井掘至地下水位以下时，进行排水施工，则地下水会源源不断地流入井筒。o 地下水通过土颗粒之间的孔隙流动，土体可被水透过的性质称为土的渗透性。这是土的一个重要性质，通常用渗透系数来反映土体渗透性的大小。在地下水位以下施工时计算地下水涌水量、选择排水措施等都需要应用土的渗透性指标。76.1概述概述一般认为，地下水的渗流过程服从达西定律。法国学者达西一般认为，地下水的渗流过程服从达西定律。法
7、国学者达西(Darcy,H)于于1856年做了砂土渗透试验，实验装置，见图年做了砂土渗透试验，实验装置，见图6-2所示。所示。实验筒中部装满砂土，试样长为实验筒中部装满砂土，试样长为L，截面积为，截面积为F。实验筒左端顶部注水，并使水。实验筒左端顶部注水，并使水位保持稳定。砂土试样两端各装一支测压管，测得砂土试样前后两端水位差为位保持稳定。砂土试样两端各装一支测压管，测得砂土试样前后两端水位差为h。实验筒右端底部留一排水口，下接一个盛水容器。实验筒右端底部留一排水口，下接一个盛水容器。实验开始，经过实验开始，经过t秒钟，水通过砂土试样的渗流量即盛水容器所接的水量为秒钟，水通过砂土试样的渗流量即
8、盛水容器所接的水量为Q，则每秒钟的渗流量为则每秒钟的渗流量为 q = Q / t (6-1)1、达西定律、达西定律 6.1概述概述o通过试验发现，单位时间内的渗流量通过试验发现，单位时间内的渗流量q q与水位差与水位差h h正成比，与试样截面积正成比，与试样截面积F F成成正比，与试样长度正比，与试样长度L L成反比，即成反比，即o q = KFh / L q = KFh / L (6-2)(6-2)o式中式中k k一土的渗透系数，一土的渗透系数，c c， / s/ s。o将上式两端除以试样截面积将上式两端除以试样截面积F F，得，得ov = q / F = kh / L =ki (6-3)v
9、 = q / F = kh / L =ki (6-3)o式中式中v v一渗透速度，一渗透速度，c c， /s/s；o i i一水力坡降，一水力坡降，i = h / Li = h / L。o上式即为达西定律的数学表达式，即地下水的渗透速度与水力坡降成正比。上式即为达西定律的数学表达式，即地下水的渗透速度与水力坡降成正比。6.1概述概述o土的渗透系数土的渗透系数k k是一个待定的比例常数，其物理意义为：单位水力坡降是一个待定的比例常数，其物理意义为：单位水力坡降( (即即i i = 1)= 1)时的渗透速度。时的渗透速度。K K值大小与土粒粗细、颗粒级配情况及孔隙比等因素有关值大小与土粒粗细、颗粒
10、级配情况及孔隙比等因素有关，见表，见表7-17-1。7.1概述概述o2、动水力、动水力GDo静水作用在水下物体上的力称为静水压力。地下水流动时，对单位体积土的静水作用在水下物体上的力称为静水压力。地下水流动时，对单位体积土的骨架作用的力，称为动水力骨架作用的力，称为动水力(kN / (kN / ，3)3)。动水力是水流对土体施加的体积力。动水力是水流对土体施加的体积力，与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。下面证明动水力是水流对土，与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。下面证明动水力是水流对土体施加的体积力，与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。下面证明动体施加的体积力，与水流受到
11、土骨架的阻力大小相等而方向相反。下面证明动水力的存在，并计算其数值。水力的存在，并计算其数值。o沿水流方向取一土柱，长为沿水流方向取一土柱，长为L L，截面积为，截面积为F F，见图，见图7-3a7-3a所示。土柱上下端测压所示。土柱上下端测压管水头分别为管水头分别为h1h1、h2h2，其水位差为，其水位差为hh。现取土柱为脱离体，见图。现取土柱为脱离体，见图7-3b7-3b所示，所示，分析土柱所受的各种力：分析土柱所受的各种力：7.1概述概述o土柱上端作用力：总静水压力土柱上端作用力：总静水压力rwh1Frwh1F；o法向力法向力P P；o土柱下端作用力：总静水压力土柱下端作用力：总静水压力
12、rwh2Frwh2F；o法向力法向力P PPP；o土柱自重沿土柱自重沿方向分力：方向分力：rsatFLsinrsatFLsin。o令令X=0X=0，则，则orwh1Frwh1FP Prwh2Frwh2F(P(PP)P)rsatFLsin= 0 rsatFLsin= 0 (7-4)(7-4)o式中：式中：h2 = h1h2 = h1LsinLsinhh，代入上式，化简得，代入上式，化简得o P = LFrsinP = LFrsinhrwF hrwF (7-5)(7-5)o式中式中r=rsatr=rsatrwrw称为浮重度。称为浮重度。7.1概述概述o上式等号右边第一项为土柱浮重度沿水流方向的分力
13、；式中与动水力有关的上式等号右边第一项为土柱浮重度沿水流方向的分力；式中与动水力有关的为右边第二项，即渗透引起作用于土柱下端的附加压力；将它除以土柱的体积为右边第二项，即渗透引起作用于土柱下端的附加压力；将它除以土柱的体积LFLF，即得动水力为：，即得动水力为：o (7-6)(7-6)o由式由式(7-6)(7-6)可知，动水力与水力坡降成正比。可知，动水力与水力坡降成正比。wwDirLFFhrG 3/ mkN7.1概述概述o1 地下工程涌水的主要来源地下工程涌水的主要来源o地下工程施工过程中，经常发生突水事故，其水源类型主要有地表水、地下工程施工过程中，经常发生突水事故，其水源类型主要有地表水
14、、地下水地下水(包括松散层孔隙水、基岩裂隙水和可溶岩溶洞水包括松散层孔隙水、基岩裂隙水和可溶岩溶洞水)、大气降水和、大气降水和老窑水。老窑水。o(1) 地表水地表水o当洪水冲破地势低洼处井口围堤，或因泄洪道被堵塞而造成洪水位高出当洪水冲破地势低洼处井口围堤，或因泄洪道被堵塞而造成洪水位高出拦洪坝时，洪水便直接灌入地下工程。这种涌水特点是水量大，来势猛拦洪坝时，洪水便直接灌入地下工程。这种涌水特点是水量大，来势猛，并伴有泥砂，常造成淹井事故。若地表水体与第四纪松散砂、砾层或，并伴有泥砂，常造成淹井事故。若地表水体与第四纪松散砂、砾层或基岩裂隙含水层有密切水利联系，当地下工程施工揭露砂、砾含水层或
15、基岩裂隙含水层有密切水利联系，当地下工程施工揭露砂、砾含水层或基岩裂隙含水层时，地表水便以孔隙或裂隙为通道涌入地下工程。基岩裂隙含水层时，地表水便以孔隙或裂隙为通道涌入地下工程。o若地表水体与导水断层相连，当地下工程施工遇该断层时，地表水常为若地表水体与导水断层相连，当地下工程施工遇该断层时，地表水常为地下工程的直接水源。地下工程的直接水源。o由于矿体由于矿体(或煤层或煤层)的开采，在上覆岩层中往往形成导水裂缝带。当导水的开采，在上覆岩层中往往形成导水裂缝带。当导水裂缝带贯通地表水体时，地表水可直接进入井下作面，给矿井的正常生裂缝带贯通地表水体时，地表水可直接进入井下作面，给矿井的正常生产带来
16、严重威胁。产带来严重威胁。7.1概述概述o(2) 地下水地下水o根据赋存状态的不同，地下水可进一步细分为松散层孔隙水、基岩裂隙水和可溶根据赋存状态的不同，地下水可进一步细分为松散层孔隙水、基岩裂隙水和可溶岩溶洞水。岩溶洞水。o在松散层中进行地下工程施工时，若事先未对松散层进行特殊处理（怎么处理）在松散层中进行地下工程施工时，若事先未对松散层进行特殊处理（怎么处理），则当地下工程通过含水丰富的松散砂、砾层时，不仅有水进入，而且常伴有泥，则当地下工程通过含水丰富的松散砂、砾层时，不仅有水进入，而且常伴有泥沙涌出，造成墙体坍塌，地面建筑物、构筑物歪斜等事故。沙涌出，造成墙体坍塌，地面建筑物、构筑物歪
17、斜等事故。o对于基岩裂隙水，因裂隙的成因不同，基岩裂隙水的富水特征也不尽相同，对地对于基岩裂隙水，因裂隙的成因不同，基岩裂隙水的富水特征也不尽相同，对地下工程施工威胁较大的多为脆性岩层中的构造裂隙水，尤其是张性断裂；它不仅下工程施工威胁较大的多为脆性岩层中的构造裂隙水，尤其是张性断裂；它不仅本身富水性较好，且常能沟通其它水源本身富水性较好，且常能沟通其它水源(地表水或强含水层地表水或强含水层)，造成淹井事故。，造成淹井事故。o(3) 大气降水大气降水o大气降水的渗入，是地下工程施工时常见的补给水源之一。当地下工程位于低洼大气降水的渗入，是地下工程施工时常见的补给水源之一。当地下工程位于低洼处或
18、靠近地表时，大气降水是直接或间接进入地下工程的主要水源。若地下工程处或靠近地表时，大气降水是直接或间接进入地下工程的主要水源。若地下工程位于分水岭处，它往往是唯一水源。其进入地下工程的规律是：位于分水岭处，它往往是唯一水源。其进入地下工程的规律是： 地下工程涌水地下工程涌水量和涌水程度与降水量、降水性质、强度、延续时间有相应关系；量和涌水程度与降水量、降水性质、强度、延续时间有相应关系； 地下工程涌地下工程涌水量随气候条件发生变化，且具有明显的季节性；水量随气候条件发生变化，且具有明显的季节性；o 地下工程涌水量随其埋深的增加而减少。地下工程涌水量随其埋深的增加而减少。7.1概述概述o(4)
19、老窟水老窟水o当地下工程施工接近老窟、古井及积水废巷时，常发生突然涌水。其特当地下工程施工接近老窟、古井及积水废巷时，常发生突然涌水。其特点是：点是：o 短时间内涌水量大，来势猛，破坏性大；短时间内涌水量大，来势猛，破坏性大；o 当这种水源和其它水源无联系时，很容易疏干，否则可造成大量而稳当这种水源和其它水源无联系时，很容易疏干，否则可造成大量而稳定的涌水，危害性也相应增加。定的涌水，危害性也相应增加。7.1概述概述o2 2 地下工程涌水的主要通道地下工程涌水的主要通道o地下工程涌水的通道有多种类型，归结起来，可以分为两类，即天然通地下工程涌水的通道有多种类型，归结起来，可以分为两类，即天然通
20、道和人为通道。道和人为通道。o(1) 天然通道天然通道o 土层的孔隙土层的孔隙o这类通道多存在于松散沉积层中，其透水性取决于土颗粒的大小、形状这类通道多存在于松散沉积层中，其透水性取决于土颗粒的大小、形状及排列情况。颗粒大而均匀，则孔隙大，透水性好；反之，则孔隙小，及排列情况。颗粒大而均匀，则孔隙大，透水性好；反之，则孔隙小，透水性差。透水性差。o 岩层的裂隙岩层的裂隙o岩层的风化裂隙、成岩裂隙都能构成地下工程涌水的通路。但对地下工岩层的风化裂隙、成岩裂隙都能构成地下工程涌水的通路。但对地下工程涌水具有普遍而严重威胁的是构造裂隙程涌水具有普遍而严重威胁的是构造裂隙( (各种节理、断层和巨大的断
21、裂各种节理、断层和巨大的断裂破碎带破碎带) )，因它不仅本身构成富水的断裂带，且往往又是良好的导水通道，因它不仅本身构成富水的断裂带，且往往又是良好的导水通道。任何地下工程都会揭露不同数量、不同性质、不同规模和不同时期所。任何地下工程都会揭露不同数量、不同性质、不同规模和不同时期所形成的构造裂隙，故导水性能也不尽相同。形成的构造裂隙，故导水性能也不尽相同。7.1概述概述o 岩层的溶隙岩层的溶隙o岩层的溶隙，为可溶岩所独具。岩溶发育的程度，受地质条件、气候条件、水交岩层的溶隙，为可溶岩所独具。岩溶发育的程度，受地质条件、气候条件、水交替循环强烈程度等因素控制，三者相辅相成。由于溶隙主要是沿一组或
22、几组裂隙替循环强烈程度等因素控制，三者相辅相成。由于溶隙主要是沿一组或几组裂隙发育，故常有一组或几组溶隙是地下水的主要通道。另外，岩溶不仅是涌水的主发育，故常有一组或几组溶隙是地下水的主要通道。另外，岩溶不仅是涌水的主要通道，而且本身又是良好的储水空间，所以常造成灾害性的突水事故。要通道，而且本身又是良好的储水空间，所以常造成灾害性的突水事故。o(2) 人为通道人为通道o 未封闭或封孔质量不好的钻孔未封闭或封孔质量不好的钻孔o旧钻孔处理不当或封孔质量不佳，在一定的水文地质条件下，这些旧钻孔就成为旧钻孔处理不当或封孔质量不佳，在一定的水文地质条件下，这些旧钻孔就成为各水体之间或含水层之间联系的通
23、道。当地下工程揭露或接近该钻孔时，地表水各水体之间或含水层之间联系的通道。当地下工程揭露或接近该钻孔时，地表水或地下水经钻孔涌入，造成强烈涌水。或地下水经钻孔涌入，造成强烈涌水。o 矿山压力对顶底板的破坏矿山压力对顶底板的破坏o在矿山开采过程中，矿体或煤层采出后，将引起上覆岩层发生不同程度的破坏，在矿山开采过程中，矿体或煤层采出后，将引起上覆岩层发生不同程度的破坏，产生导水裂缝带。若导水裂缝带沟通上部含水层或地表水体时，可造成上部含水产生导水裂缝带。若导水裂缝带沟通上部含水层或地表水体时，可造成上部含水层、地表水及大气降水的直接渗入。另外，矿体或煤层的开采同时引起底板应力层、地表水及大气降水的
24、直接渗入。另外，矿体或煤层的开采同时引起底板应力的重新分布，局部地段应力集中，从而破坏底板岩层的天然结构和强度，使其失的重新分布，局部地段应力集中，从而破坏底板岩层的天然结构和强度，使其失去隔水性能。当煤层底板赋存承压含水层时，有可能发生底板突水事故，造成淹去隔水性能。当煤层底板赋存承压含水层时，有可能发生底板突水事故，造成淹井。井。7.1概述概述o 排水引起新的补给排水引起新的补给o长期排水，由于排水漏斗破坏或改变了地下水天然状态，因此不仅可以造成地表长期排水，由于排水漏斗破坏或改变了地下水天然状态，因此不仅可以造成地表水的渗入条件，而且各含水层之间会出现新的补给排泄关系或涉及新的补给水源水
25、的渗入条件，而且各含水层之间会出现新的补给排泄关系或涉及新的补给水源。o3 3 涌水量的预测涌水量的预测o准确预测地下工程的涌水量，对于采取有效的防排措施有着十分重要的意义。目准确预测地下工程的涌水量，对于采取有效的防排措施有着十分重要的意义。目前，预测涌水量的方法主要有：前，预测涌水量的方法主要有：o(1) (1) 水文地质比拟法水文地质比拟法o此法建立在相似地质、水文地质条件比较的基础上，利用现有的地下工程涌水量此法建立在相似地质、水文地质条件比较的基础上，利用现有的地下工程涌水量的资料，对新设计地下工程的涌水量进行预测。的资料，对新设计地下工程的涌水量进行预测。o(2) (2) 涌水量与
26、水位降深曲线法涌水量与水位降深曲线法o此法的实质是根据三次抽此法的实质是根据三次抽( (或放或放) )水试验资料来推测相似水文地质条件地段新设计水试验资料来推测相似水文地质条件地段新设计地下工程的涌水量。为了得到满意的结果，试验的最大降深应尽量增大，因为一地下工程的涌水量。为了得到满意的结果，试验的最大降深应尽量增大，因为一般预测降深值不能大于试验最大降深值的般预测降深值不能大于试验最大降深值的2323倍。倍。o(3) (3) 地下水动力学方法地下水动力学方法o地下水流向集水建筑物的涌水量计算公式，同样适用于地下工程涌水量的预测。地下水流向集水建筑物的涌水量计算公式，同样适用于地下工程涌水量的
27、预测。7.1概述概述o只要搞清了计算地段的地质、水文地质和地下工程的具体条件，取得的参数较精只要搞清了计算地段的地质、水文地质和地下工程的具体条件，取得的参数较精确，确，选择相适应的计算公式，一般能得到令人满意的结果。选择相适应的计算公式，一般能得到令人满意的结果。o地下工程系统较一般供水工程复杂，其涌水量往往有季节性变化。因此有时预测地下工程系统较一般供水工程复杂，其涌水量往往有季节性变化。因此有时预测值与实际涌水量相差较大，建议上述方法同时使用，相互补充作出合理评价。值与实际涌水量相差较大，建议上述方法同时使用，相互补充作出合理评价。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o 第二节第二节 人
28、工降低水位法人工降低水位法o人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一人工降低地下水位，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定数量的滤水管 （井），利用抽水设备，在基坑开挖前和开挖过（井），利用抽水设备，在基坑开挖前和开挖过程中不断地抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，直至基础程中不断地抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，直至基础工程施工完毕为止。人工降低地下水位不仅是一种施工措施，也工程施工完毕为止。人工降低地下水位不仅是一种施工措施，也是一种加固地基的方法是一种加固地基的方法 它能疏干基土中的水分，促使土体固结，它能疏干基土中的水分，促使土体固结，提高地基
29、强度，还可以减少土方量，缩短工期，提高工程质量和提高地基强度，还可以减少土方量，缩短工期，提高工程质量和保证施工安全保证施工安全 目前，常用的降水方法可分为集水井降水和井点降目前，常用的降水方法可分为集水井降水和井点降水。水。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o1 1、集水井降水、集水井降水o集水井降水是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周集水井降水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，使水流入集水井内，然后用水泵抽出坑外围或中央开挖排水沟，使水流入集水井内，然后用水泵抽出坑外 四周的四周的排水沟及集水井应设置在基础范围以外，地下水流的上游排水
30、沟及集水井应设置在基础范围以外，地下水流的上游 根据地下水量根据地下水量 基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20 -40 m设置一个，集水井的设置一个，集水井的直径或宽度，一般为直径或宽度，一般为0.6- 0.8 m 其深度随着挖土的加深而加深，要经其深度随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面常低于挖土面0.7 -1 .0 m 井壁可用竹木等简易加固，当基坑挖至设计井壁可用竹木等简易加固，当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底标高后，井底应低于坑底12 m，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被扰动从基坑中
31、直接抽出地下水的方法比较简砂抽出，并防止井底的土被扰动从基坑中直接抽出地下水的方法比较简单，应用也较广，但当土为细砂或粉砂时，地下水渗出时会产生流砂现单，应用也较广，但当土为细砂或粉砂时，地下水渗出时会产生流砂现象，使边坡塌方，坑底冒砂，工作条件恶化并会引起附近建筑物下沉的象，使边坡塌方，坑底冒砂，工作条件恶化并会引起附近建筑物下沉的危险。危险。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o2 2、井点降水法、井点降水法o井点降水法根据设备可分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点井点降水法根据设备可分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等具体选用时，可根据工程的特点要求的降水深、含水
32、层土和深井井点等具体选用时，可根据工程的特点要求的降水深、含水层土的类别及其渗透系数的类别及其渗透系数 施工设备的条件和施工期限等因素，进行技术经济施工设备的条件和施工期限等因素，进行技术经济比较以后作出选择在基坑开挖深度较大，地下水位较高，而土质又不好比较以后作出选择在基坑开挖深度较大，地下水位较高，而土质又不好的情况下，用集水井降水法施工往往容易出现坑内涌水、斜坡失稳，坑的情况下，用集水井降水法施工往往容易出现坑内涌水、斜坡失稳，坑底上冒等现象，而用井点降水法的方法，则可以解决这些问题。井点降底上冒等现象，而用井点降水法的方法，则可以解决这些问题。井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋
33、设一定数量的滤水管（井），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过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下。水位降低到坑底以下。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o 7.2.1 方法实质 o 7.2.1 轻型井点系统o 7.2.1 喷射井点系统o 7.2.1 管井井点和深井泵井点 o 7.2.1 电渗井点 7.2 人工降低水位法人工降低水位法o一、方法实质一、方法实质o人工降低地下水位，就是在井筒或地下工程基坑开挖前，预先在其四周人工降低地下水位，就是在井筒或地下工程基
34、坑开挖前，预先在其四周埋设一定数量的滤水管或井，用抽水设备抽水，使地下水位降落到坑底埋设一定数量的滤水管或井，用抽水设备抽水，使地下水位降落到坑底以下，同时在开挖过程中仍不断抽水。这种方法可使所开挖的土始终保以下，同时在开挖过程中仍不断抽水。这种方法可使所开挖的土始终保持干燥状态，从根本上防止流砂现象的发生，改善了工作条件，同时由持干燥状态，从根本上防止流砂现象的发生，改善了工作条件，同时由于土中水被排除后，动水压力减少或消除，边坡可以放陡，减少挖土量于土中水被排除后，动水压力减少或消除，边坡可以放陡，减少挖土量。此外，由于渗流向下，在动水压力的作用下，增加了土颗粒间的压力。此外，由于渗流向下
35、，在动水压力的作用下，增加了土颗粒间的压力，使坑底土层更为密实。，使坑底土层更为密实。o人工降低地下水位方法有：轻型井点、喷射井点，电渗井点、管井井点人工降低地下水位方法有：轻型井点、喷射井点，电渗井点、管井井点及深井泵井点等，可根据土的渗透系数、要求降低水位的深度、工程特及深井泵井点等，可根据土的渗透系数、要求降低水位的深度、工程特点及设备条件等，参照表点及设备条件等，参照表7-2选择。选择。7.2 人工降低水位法人工降低水位法7.2 人工降低水位法人工降低水位法o二、轻型井点系统二、轻型井点系统o1. 1. 轻型井点的概念轻型井点的概念o轻型井点是在基坑外围或一侧、二侧埋设井点管并深入含水
36、层内轻型井点是在基坑外围或一侧、二侧埋设井点管并深入含水层内, ,井点管井点管的上端通过连接弯管与集水总管连接的上端通过连接弯管与集水总管连接, ,集水总管再与真空泵和离心水泵相集水总管再与真空泵和离心水泵相连，启动抽水设备连，启动抽水设备, ,在井点系统中形成真空在井点系统中形成真空, ,并在井点周围一定范围形成并在井点周围一定范围形成一个真空区一个真空区, ,真空区通过砂井扩展到一定范围真空区通过砂井扩展到一定范围( ( 在真空力的作用下在真空力的作用下, ,井点井点附近的地下水通过砂井，经过滤器被强制性吸入井点系统内而使井点附附近的地下水通过砂井，经过滤器被强制性吸入井点系统内而使井点附
37、近的地下水位得到降低。近的地下水位得到降低。o本施工方法具有机具设备简单，使用灵活，装拆方便，降水效果好，可本施工方法具有机具设备简单，使用灵活，装拆方便，降水效果好，可提高边坡的稳定，能防止流砂现象的发生，降水费用较低等优点提高边坡的稳定，能防止流砂现象的发生，降水费用较低等优点( ( 此方此方法适用于渗透系法适用于渗透系K=0.1-50m/d K=0.1-50m/d 的土及土层中含有大量的细砂和粉砂的土的土及土层中含有大量的细砂和粉砂的土或明沟排水易引起流砂、坍方的基坑降水工程，降水深度为或明沟排水易引起流砂、坍方的基坑降水工程，降水深度为) )单级轻型井单级轻型井点点3-6m,3-6m,
38、多级轻型井点多级轻型井点6-12m6-12m。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o2. 2. 主要施工机具设备主要施工机具设备o轻型井点主要设备包括：井点管（下端为虑管）、集水总管、弯连管及轻型井点主要设备包括：井点管（下端为虑管）、集水总管、弯连管及抽水设备。抽水设备。o3.3.轻型井点施工工艺轻型井点施工工艺o轻型井点的安装程序按设计布置方案，先排放总管，再埋设井点管，然轻型井点的安装程序按设计布置方案，先排放总管，再埋设井点管，然后用弯管把井点管与总管相连接，最后安装抽水设备。井点施工工艺流后用弯管把井点管与总管相连接，最后安装抽水设备。井点施工工艺流程具体如图程具体如图1 1：7.2
39、 人工降低水位法人工降低水位法o三、喷射井点系统三、喷射井点系统o在水利水电工程施工过程中，为了保证基坑开挖工作始终在干地在水利水电工程施工过程中，为了保证基坑开挖工作始终在干地进行，常常要多次降低排水沟和给水井的高程，变换水泵的位置进行，常常要多次降低排水沟和给水井的高程，变换水泵的位置，保证开挖工作的正常进行。特别是在开挖细砂土、沙壤土一类，保证开挖工作的正常进行。特别是在开挖细砂土、沙壤土一类地基时，随着基坑地面的下降，坑底与地下水位的高差越来越大地基时，随着基坑地面的下降，坑底与地下水位的高差越来越大，在地下水渗透压力下，易产生边坡滑，坑底隆起等事故。采用，在地下水渗透压力下，易产生边
40、坡滑，坑底隆起等事故。采用喷射井点降水法，就可以避免上述缺点。喷射井点降水法，就可以避免上述缺点。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o 7.2 人工降低水位法人工降低水位法o1 1喷射井点排水过程喷射井点排水过程o喷射井点由集水池、高压水泵、输水干管和喷射井管等组成，见图喷射井点由集水池、高压水泵、输水干管和喷射井管等组成，见图1 1。每。每根喷射井管上都有扬水器，因此不受吸水高度的限制，单层抽水就可以根喷射井管上都有扬水器，因此不受吸水高度的限制，单层抽水就可以使地下水位下降较大的深度。通常一台高压水泵能为使地下水位下降较大的深度。通常一台高压水泵能为30-3530-35个井点服务，个井点
41、服务，其降水范围为其降水范围为5-18m5-18m。o2.2.喷射井点的施工方法喷射井点的施工方法o首先安装水泵及水泵的进水管路，然后铺进水管和回水管，挖井点坑和首先安装水泵及水泵的进水管路，然后铺进水管和回水管，挖井点坑和排水沟。管井的埋设通常可采用射水法，振动射水法及钻井法等。埋设排水沟。管井的埋设通常可采用射水法，振动射水法及钻井法等。埋设时要先下套管后下井管，井管下设妥当后，再一边下过滤料，一边起套时要先下套管后下井管，井管下设妥当后，再一边下过滤料，一边起套管，并接通进水管，及时进行单井试抽。全部井点沉设完毕后，立即把管，并接通进水管，及时进行单井试抽。全部井点沉设完毕后，立即把各井
42、点接通回水总管，进行全面试抽，合格后交付使用。各井点接通回水总管，进行全面试抽，合格后交付使用。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o3.3.喷射井点工程易出现的质量问题喷射井点工程易出现的质量问题o喷射井点是靠高压水泵加压的工作水作用于扬水器而提升到地面。若井喷射井点是靠高压水泵加压的工作水作用于扬水器而提升到地面。若井点施工质量差，扬水器失效，循环水路不通畅，水大量渗漏且压力下降点施工质量差，扬水器失效，循环水路不通畅，水大量渗漏且压力下降，井点滤管或砂滤层淤塞，就会造成井点排水失效。，井点滤管或砂滤层淤塞，就会造成井点排水失效。o4.原因分析原因分析o(1)(1)扬水器失效扬水器失效:
43、:扬水器失效的井点附近通常出现涌水冒砂，局部土层发扬水器失效的井点附近通常出现涌水冒砂，局部土层发湿或边坡局部不稳定。同时，井点真空度很小，井点内管出水不畅或无湿或边坡局部不稳定。同时，井点真空度很小，井点内管出水不畅或无力，压差反映不正常。这是由于喷嘴被杂物堵塞，此时当关闭该井点时力，压差反映不正常。这是由于喷嘴被杂物堵塞，此时当关闭该井点时压力表钻针基本不动或上升很小。若喷嘴磨损严重，甚至钻孔漏水压力表钻针基本不动或上升很小。若喷嘴磨损严重，甚至钻孔漏水; ;喷嘴喷嘴夹板焊缝开裂，此时关闭该井点时压力表指针上升很大。夹板焊缝开裂，此时关闭该井点时压力表指针上升很大。7.2 人工降低水位法人
44、工降低水位法o(2)(2)井点堵塞井点堵塞: :当井点发生堵塞时，往往出现工作水压力正常，但当井点发生堵塞时，往往出现工作水压力正常，但井点真空度超过附近正常井点很多井点真空度超过附近正常井点很多; ;向被堵塞的井点内管灌水，水向被堵塞的井点内管灌水，水渗不下去渗不下去; ;如邻近同时有几个井点堵塞，则附近基坑边坡土体潮湿如邻近同时有几个井点堵塞，则附近基坑边坡土体潮湿，甚至出现边坡不稳或流沙现象。，甚至出现边坡不稳或流沙现象。o这主要是井点滤管处不透水的粘土层中，或井点这主要是井点滤管处不透水的粘土层中，或井点4 4周添砂滤料后，周添砂滤料后，未及时单井试抽，致使井管内泥砂沉积下来，把过滤管
45、内的芯管未及时单井试抽，致使井管内泥砂沉积下来，把过滤管内的芯管口淤塞口淤塞: :或冲孔下井管施工过程中，孔壁塌落或缩孔，对硬粘土夹或冲孔下井管施工过程中，孔壁塌落或缩孔，对硬粘土夹层未经处理，致使滤网淤泥堵塞。层未经处理，致使滤网淤泥堵塞。o此外，如水泵负担过多的井点或井点内管及管的接头等部件漏水此外，如水泵负担过多的井点或井点内管及管的接头等部件漏水，都可能导致工作水压力过低，使井点真空度过低，导致出现井，都可能导致工作水压力过低，使井点真空度过低，导致出现井点倒灌水。点倒灌水。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o5.5.处理方法处理方法o对扬水器失效的处理，如失效原因是由于喷射夹板开裂
46、或磨损穿孔漏水引起时，对扬水器失效的处理，如失效原因是由于喷射夹板开裂或磨损穿孔漏水引起时，则应将内管全部拔出，更换喷嘴。若因喷嘴堵塞引起的，则应速将堵塞物排除，则应将内管全部拔出，更换喷嘴。若因喷嘴堵塞引起的，则应速将堵塞物排除，通常是先关闭该井点，松开关卡，将内管上提，敲出内管，使堵塞物振落到下部通常是先关闭该井点，松开关卡，将内管上提，敲出内管，使堵塞物振落到下部的沉淀管。如堵塞物卡的过紧，则将内管全部拔出，排除堵塞物。的沉淀管。如堵塞物卡的过紧，则将内管全部拔出，排除堵塞物。o对于井点堵塞物的处理。当滤管内有泥沙沉积时，可先提起井点内管少许，通过对于井点堵塞物的处理。当滤管内有泥沙沉积
47、时，可先提起井点内管少许，通过井点内钻管之间的环行空间进水冲孔，由内管排水井点内钻管之间的环行空间进水冲孔，由内管排水; ;反之，通过内管进水，由环行反之，通过内管进水，由环行空间排水，由内管排水，使反冲的压力把淤积的泥沙冲散成混水排出。当淤积堵空间排水，由内管排水，使反冲的压力把淤积的泥沙冲散成混水排出。当淤积堵塞滤网时，可通过井点内管压力水，使高压水带动泥浆从井点孔滤层翻出地面，塞滤网时，可通过井点内管压力水，使高压水带动泥浆从井点孔滤层翻出地面，翻空时间约翻空时间约1h1h，停止压水后，悬浮的砂滤料逐渐沉积在井点周围，全部组成滤层，停止压水后，悬浮的砂滤料逐渐沉积在井点周围，全部组成滤层
48、。如滤层处理的不当，应根据具体情况增设砂井，提高成层土层垂直渗透力，或。如滤层处理的不当，应根据具体情况增设砂井，提高成层土层垂直渗透力，或在透水性较好的含水层中另设井点，或拔出井点重新埋设。对井点倒灌水的处理在透水性较好的含水层中另设井点，或拔出井点重新埋设。对井点倒灌水的处理，应立即关闭该井点及查清倒灌水原因并作处理。为保证必要的工作水量和工作，应立即关闭该井点及查清倒灌水原因并作处理。为保证必要的工作水量和工作水压力，内管底座安装不严密或使用过程中井点内管上移的，应将内管顶端管卡水压力，内管底座安装不严密或使用过程中井点内管上移的，应将内管顶端管卡拧紧，使底座上的铜环损坏，则更换铜坏，内
49、管接头漏水的则按具体情况更换接拧紧，使底座上的铜环损坏，则更换铜坏，内管接头漏水的则按具体情况更换接头或焊接，若外管接头漏水则停止使用该井点，若水泵流量不足时应增开水泵。头或焊接，若外管接头漏水则停止使用该井点，若水泵流量不足时应增开水泵。7.2 人工降低水位法人工降低水位法o6.6.结论结论o由于喷嘴井点工程属于人工降低地下水位工程，施工难度大，容易出现由于喷嘴井点工程属于人工降低地下水位工程，施工难度大，容易出现质量问题。因而，对于喷射井点工程的施工重点应放在预防事故处理方质量问题。因而，对于喷射井点工程的施工重点应放在预防事故处理方面。面。o首先，在施工准备期，严格检查扬水器质量，重点是
50、同心度和焊缝质量首先，在施工准备期，严格检查扬水器质量，重点是同心度和焊缝质量，并作性能测定，地面测定的真空度不宜小于，并作性能测定，地面测定的真空度不宜小于700700汞柱，装配扬水器是汞柱，装配扬水器是要防止工具损伤喷嘴夹板焊缝，井点管和总管内必须除净铁屑，泥沙和要防止工具损伤喷嘴夹板焊缝，井点管和总管内必须除净铁屑，泥沙和焊渣等杂物并加以防护，以防喷嘴夹板堵塞带来后患。工作时要保持清焊渣等杂物并加以防护，以防喷嘴夹板堵塞带来后患。工作时要保持清洁，井点全面试抽洁，井点全面试抽2 d2 d后，应更换清水，工作水压力要调节适当，能满足后，应更换清水，工作水压力要调节适当，能满足降水要求即可，
