井点降水方法解析-看图快速学习园林工程施工技术

施工必备知识点

井点降水法是在基坑四周中埋设带有滤水管的井点管，利用各种抽水设备，将地下水抽出，使基坑范围内的地下水降至设计深度。井点降水法适用于不同的几何形状的基坑，能起到克服流沙、管涌及稳定边坡的作用。井点降水法包括轻型井点、喷射井点、管井井点及渗井井点等方法。

实践技能知识点

1.轻型井点降水法

轻型井点系在基坑的四周或一侧埋设井点管深入含水层内，井点管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连，启动抽水设备，地下水便在真空泵吸力的作用下，经滤水管进入井点管和集水总管，排除空气后，由离心水泵的排水管排出，使地下水位降到基坑底以下。

轻型井点降水法是利用真空抽吸作用抽水，其抽水效果主要取决于抽水设备。根据抽水机组类型的不同，可分为干式真空泵、水射泵和隔膜泵轻型井点等三种。其配用功率、井点根数和总管长度见表5-5。

表5-5 轻型井点主要数据

轻型井点降水法的降水原理如图5-14所示。

整个管路系统由总管、支管、阀门、井点管、滤水管等组成。启动抽水设备后，在管路系统中形成真空，并由砂滤层将真空传递到井点周围一定范围的含水层中。在压差作用下含水层中的水通过砂滤层，经过滤水管被吸入井点系统中抽走，使得井点附近的地下水位得到降低，经过一定时间后，在一定范围内形成一个降水漏斗曲线。

图5-14 轻型井点布置示意图

1—集水总管 2—连接管 3—井点管 4—滤管 5—水泵房 6—基坑 7—原有地下水位线 8—降水后地下水位线

（1）真空泵型轻型井点。目前常用的真空泵式抽水设备为上海生产的W型，W型抽水设备包括水气分离器，真空泵、水泵、冷却泵等主要装置，其性能见表5-6。

表5-6 W型抽水设备主要性能

（续）

①工作原理。W型抽水设备工作原理如图5-15所示。抽水时先启动真空泵（13），使土中的水和空气受真空泵吸力产生水气混合液，经管路系统上流到水气分离器（6）中，然后启动离心泵（14），在水气分离器内，水和空气向两个方向流动，水经离心泵由出水管（16）排出，空气则集中在水箱上部管口由真空泵抽走。若水多，来不及排除时，水箱内浮筒（7）浮起，由阀门（9）将通向真空泵的通道关住，不让水进入真空泵缸体。此外，副水气分离器（12）的作用是过滤从空气中带来的少量水分使其落入该容器下层室放出，以保证水不至于吸入真空泵内。压力箱（15）除调节出水量外，还阻止水由水泵部分窜入水气分离器，影响真空度，过滤箱（4）是用来防止由水流带来的部分细砂磨损机械。该设备还设有一套循环冷却水箱，使冷却水在此通道内循环流动，以维护真空泵运转；盘管在水箱内被抽来的地下水包围冷却，将真空泵工作产生的热量传给地下水并排出散发。

图5-15 W型抽水设备工作原理简图

1—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 10—真空表 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

②配套设备。W型抽水设备除表5-5中所列这之外，还配备有直径48mm，长5～7m，滤水管长1m的井点管100根；总管直径为165mm，每节长4～6m；在总管上每800mm距离焊有井点连接短管，总长为80m。总管与总管之间的连接方法有法兰式和钢套箍式两种，如图5-16所示。

图5-16 集水总管与总管连接方法

a）法兰连接 b）钢套箍法

1—总管 2—短管 3—法兰盘 4—螺栓 5—钢套 6—橡皮套管

钢套箍法是先用橡皮套管将总管两头套上，然后接上钢箍，总管的末端须加工得很光滑，以便于装上橡皮套管及钢箍。使用此法速度快，在高差大、圆形布置、长短有差异的情况下使用方便。

③优缺点。

优点：安装方便，抽吸能力较大，带动井点数较多，排水能力大，形成的真空度较稳定。

缺点：设备多，耗电量大，机械易磨损，维修困难。

（2）水射泵轻型井点。水射泵的主要部件为一个以水带水的喷射器，喷射器本身没有运动部件，它是利用离心泵的扬程驱动工作水，使之产生真空来抽吸取地下水。

①工作原理。水射泵主要由离心泵、射流器和水箱等组成，其工作原理如图5-17所示。启动离心泵供给工作后，工作水由喷嘴喷出，由于截面收缩，流速增加，在吸入室内形成真空。地下水在压差作用下通过井点系统抽吸上来，随工作水一起流入水箱。

图5-17 水射泵机组工作原理

②配套设备。水射泵轻型井点设备由抽水设备和管路系统组成。抽水设备由离心泵、射流器和循环水箱等组成，常见水射泵的性能见表5-7。

表5-7 水射泵技术性能表

管路系统由井点管、总管和连接管组成，总管用直径102～127mm的钢管分段连接，每隔1～2m设一个连接井点的接头。连接管采用直径为40～50mm的塑料透明管或胶皮管。

③优缺点。水射泵与干式真空泵相比，其优点为：结构简单，加工容易，造价低，体积小（为干式真空泵的1/5），质量轻（为干式真空泵的1/6），耗电少，经久耐用，便于管理。缺点：排气量较小，管路系统稍有漏气，真空度容易下降。

图5-18 隔膜泵工作原理示意图

1—缸体 2—皮碗 3—阀门 4—进水管 5—出水管 6—传动杆

（3）隔膜泵轻型井点。隔膜泵分真空型、压力型和真空压力型三种。真空压力型隔膜泵兼有真空型和压力型隔膜泵结构特性，其工作原理如图5-18所示。

隔膜泵是借助隔膜在活塞中作往复。运动所获得的真空压力而工作的。当一缸体内皮碗上升时，缸内产生真空，此时排水口关闭，进水口打开，由于真空压力的作用地下水被吸入缸内；当皮碗向下运动时，进水口关闭，出水口打开，在压力作用下地下水被挤出。皮碗一上一下反复运动，从而达到连续抽水的目的。井点降水中所使用的隔膜泵通常是ϕ400mm的真空压力型泵，其主要性能见表5-8。

表5-8 ϕ400mm真空压力型隔膜泵的性能

施工小经验

①轻型井点设备简单，见效快，它适用于亚砂黏土类土壤，一般使用一级井点，挖深较大时，可采用多级井点；②井点间距约1.5m左右，井点至槽边的距离不得小于2m；③井点管长度，视地质情况与基槽深度来确定；④井点安装后，在运转过程中，应加强管理。如发现问题，应及时采取措施处理；⑤确定井点停抽及拆除时，应考虑防止构筑物漂浮及反闭水需要；⑥每台真空泵可带动井点数量，可根据涌水量与降低深度确定。

2.喷射井点降水法

喷射井点降水系统主要由高压水泵、进水总管、井点管、喷射器、排水总管及循环水箱等组成。

（1）工作原理。喷射井点的构造可分为外接式和同心式两种，如图5-19a、b，其工作原理相同。同心式喷射井管包括内、外管两部分，内管下装有喷射器（图5-19c），并与滤水管相连（图5-20）。

图5-19 喷射井点构造原理

a）外接式 b）同心式（喷嘴ϕ6.5mm） c）喷射器

1—输水导管（亦可为同心式）2—喷嘴 3—混合室 4—吸入管 5—内管 6—扩散室 7—工作水流

图5-20 喷射井点管构造

喷射井点降水原理如图5-21所示。由高压水泵将工作水经进水总管压入内外管之间的环状间隙到达喷嘴，由于喷嘴断面突然减小，使工作水流速骤增（30～60m/s），从而在喷嘴附近形成负压区，抽吸地下水一同进入喷射器的混合室，然后进入扩散室。在扩散室水流速度减小，压力增大，使混合均匀的水流沿着井管扬升流入水箱。其中一部分水可重新用作高压工作水，余下部分用排水泵排走。如此循环工作，使地下水位逐渐下降到设计要求的降水深度。

（2）扬水装置构造设计。喷射井点单井的抽水能力，主要取决于喷嘴直径大小、喷嘴直径与混合室直径之比、混合室长度等。

在设计扬水装置的构造时，可遵循下述步骤：

1）根据基坑涌水量和井点的布置，确定单井排水量Q₀和喷射井点所需的扬程H。

图5-21 喷射井点布置图

a）喷射井点设备简图 b）喷射井点平面布置图

1—喷射井管 2—滤水管 3—供水总管 4—排水总管 5—高压离心水泵 6—水池 7—排水泵 8—压力表

2）根据所需的扬程H，按式（5-2）计算喷射井点的工作水压力p₁。

式中 β———扬程与工作水压力之比值，参照表5-9选用。

表5-9 渗透系数与各系数关系

3）由单井排水量Q₀，按式（5-3）确定喷射井点的工作水流量Q₁。

式中 α———吸入水流量与工作水流量之比，参照表5-9选用。

4）由工作水压力p₁和工作水流量Q₁确定喷嘴直径d₁，如式（5-4）、式（5-5）所示。

式中 V₁———工作水在喷嘴出口处流速（m/s）；

φ———喷嘴流速系数，取0.95；

p₁———工作水压力（MPa）；

g———重力加速度，取9.8m/s²。

5）由喷嘴直径d₁，按式（5-6）确定混合室直径D。

D=M·d₁ （5-6）

式中 M———混合室直径与喷嘴直径之比，参照表5-9选用。

6）由喷嘴直径d₁，按式（5-7）确定混合室长度L₄。

L₄=r·d₁ （5-7）

式中 r参照表5-9选用。

7）考虑到收缩角7°～8°时能量损失最少，故扩散室L₅按式（5-8）取值。

式中 D₃———喷射井点内管直径（mm）；

D———混合室直径（mm）。

8）根据工作水流量Q₁及允许的最大流速V_max=1.5～2m/s，按式（5-9）确定喷射井点内管两侧进水孔高度L₀。

式中 a———两侧进水孔宽带（mm）。

9）喷嘴颈缩部分长度L₃及喷嘴圆柱型部分长度L₂，根据构造要求可按式（5-10）、式（5-11）取值。

L₃=2.5·d₁ （5-10）

L₂=（1.0～1.5）·d₁ （5-11）

10）喷射井点内管直径D₃和外管直径D₄，设计时可先假定一个数值进行试算，然后按式（5-12）、式（5-13）进行复核修正。

（3）喷射井点的类型及性能。目前国内常见喷射井点的类型及技术性能见表5-10。

表5-10 喷射井点的类型及性能

（续）

注：Q₂为吸入的地下水流量（m³/h）。

3.管井井点降水法

管井井点适用于渗透系数大，地下水含量丰富，用轻型井点不易解决的地层。

管井井点的工作原理为成井后，在地面用水泵抽水或将水泵下入到井管内抽水，从而将水位降低。管井井点的井管，由吸水管和滤水管两部分组成，如图5-22所示。过滤器采用钢筋焊接骨架外包孔眼为1～2mm的滤网，长度为2～3m，管径为150～200mm。吸水管宜用50～100mm的胶皮管或钢管。

图5-22 管井井点构造图

a）离心泵管井井点 b）潜水点泵管井井点

施工小经验

管井井点常用的水泵有离心泵、深井泵、潜水泵。离心泵主要用于降水深度一般小于7m的工程。若降水深度大于7m，可采用不同扬程和流量的深井泵或潜水泵。在实际工程中，由于潜水泵安装简单，耗能少，效率高，成本低，其使用越来越广泛。

4.电渗井点降水

电渗井点排水法适用于渗透系数小于0.1m/昼夜的饱和黏土，尤其是淤泥和淤泥质黏土。

（1）工作原理。电渗井点降水是在降水井点管的内侧打入金属棒（钢筋、钢管等），以井点管为阴极，金属棒为阳极，通入直流电后，土颗粒自阴极向阳极移动，产生点泳现象，使土体固结；地下水由阳极向阴极（井点管）移动，产生电渗现象，然后通过抽水设备将渗入井点管的地下水抽走，从而达到降低地下水位的目的，如图5-23所示。

在透水性差的黏性土地层中，地下水流动困难，不能在压差下参与流动，当向土中通直流电后，不仅自由水，而且部分吸附水也能参与流动，相当于通电以后增加了孔隙水流动的有效断面，其渗透性可提高20～100倍，从而可大大缩短降水时间，提高降水效果。

图5-23 电渗井点布置示意图

1—阳极 2—阴极 3—用扁钢、螺栓或电线将阴极连通 4—用钢筋或电线将阳极连通 5—阳极与发电机连接电线 6—阴极与发电机连接电线 7—直流发电机（或直流电焊机） 8—水泵 9—基坑 10—原有水位线 11—降水后的水位线

（2）电渗井点降水的布置及有关技术性能。电渗井点是以轻型井点管或喷射井点管作阴极，阳极为ϕ20～25mm的钢筋或ϕ5～

50mm的钢管，埋设在井点管内侧，与阴极并列或交错排列。当用轻型井点时，两者间距为0.8～1.0m，当用喷射井点时，则为1.2～1.5m。阳极入土深度应比井点管深500mm，露出地面为200～400mm。电渗井点的工作电压不宜大于60V，土中通电电流密度宜为0.5～1.0A/m²。

电渗功率可按式（5-14）确定。

式中 N———电渗功率（W）；

V———工作电压，40～60V；

I———电流密度，0.5～1.0A/m²；

F———电渗截面面积，为电极周长×电渗深度。

施工小经验

（1）电渗降水必须是直流电源。

（2）通电前应清除电极向地面上的导电物，或涂一层沥青进行绝缘，以避免大部分电流从土表面通过。

（3）通电时，为消除由于电解作用产生的气体积聚在电极附近，使土体电阻增大，加大电能消耗，宜采用间隔通电法，即每通电24h，停电2～3h。

（4）在非降水段内或虽在降水段内但地层渗透性较大时，不需要电渗，应在此地段内进行绝缘处理。

（5）电渗井点降低水位过程中，对电压、电流密度、耗电量、水位变化及水量等应做好观察与记录。

5.渗水井点降水

渗水井点适用于地层中部分分布有上层滞水或潜水含水层，而其下部有不含水的透水层或有两个层位比较稳定的潜水或承压含水层，它的水位比上层滞水或潜水水位低，且上下水位差较大，下部含水层（或不含水透水层）的透水性好，厚度较大（一般不应小于3m），埋深适宜（一般应深于基坑底，以5～20m以内较好）。当人工沟通上下水层后，在水头差的作用下，上层滞水或潜水，就会自渗到下部透水层中，从而达到降低地下水位的目的。

若渗水通道良好，在成孔后，可不下入井点滤水管，只在孔内投入砾石或粗砂，这类井点称为全充料式渗水井点。若为了增大自渗能力并利于洗井，可在井内下入滤水管，这类井点称为非全充料式渗水井点，渗水井点结构如图5-24所示。

图5-24 渗水井点结构

a）全充料式 b）非全充料式

在实际降水工程中，渗水井点可配合其他抽水井点使用。若降水范围内分布有两个以上的含水层，下部含水层位于基坑底以下不太深而透水性远大于上部含水层，当用喷射井点或轻型井点降水场地条件受到限制时，可将上部含水层中的水通过渗水井点疏导到下层含水层中，再利用管井从下层含水层中抽水，从而达到降低上层地下水位的目的，其结构如图5-25所示。

图5-25 渗水井点与井管抽水降水