轻型井点的设计

轻型井点的设计

∙平面布置

∙高程布置

∙涌水量计算

1）设计的基础资料

轻型井点布置和计算

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、不透水层的位置等。要求了解的工程性质主要有：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。

2）平面布置

根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用单排布置（图a）、双排布置（图b）、环形布置（图c），当土方施工机械需进出基坑时，也可采用U形布置（图d）。

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，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度。

轻型井点的设备

1）组成

轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成（图）

。

管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管。

滤管（图）为进水设备，通常采用长1.0~1.5m、直径38mm或51mm的无缝钢管，管壁钻有直径为12~19mm 的滤孔。骨架管外面包以两层孔径不同的生丝布或塑料布滤网。为使流水畅通，在骨架管与滤网之间用

塑料管或梯形铅丝隔开，塑料管沿骨架绕成螺旋形。滤网外面在绕一层粗铁丝保护网、滤管下端为一铸

铁塞头。滤管上端与井点管连接。

井点管为直径38mm 和51mm、长5~7m的钢管。井点管的上端用弯联管与总管相连。

集水总管为直径100~127mm的无缝钢管，每段长4m，其上端有井点管联结的短接头，间距0.8m或1.2m。

2）抽水设备

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，其工作原理如图所示。抽水时先开动真空泵10，将水气分离器6内部抽成一定程度的真空，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6。当进入水气分离器内的水达一定高度，即可开动离心泵13。在水气分离器内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12，9放出。

一套抽水设备的负荷长度（即集

水总管长度）为100~120m。常用的W5，

W6型干式真空泵，其最大负荷长度分

别为100m和120m。

（请点击右图观

看“干式泵抽水原

理”动画）

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在地下水的下游方向。

3）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，可按下式计算（图）：

式中：

h——井点管埋深（m）；

h1——总管埋设面至基底的距离（m）；

Δh——基底至降低后的地下水位线的距离（m）；

i ——水力坡度；

L——井点管至水井中心的水平距离，当井点管为单排布置时，L为井点管至对边坡角的水平距离（m）。

4）涌水量计算

（1）水井分类

确定井点管数量时，需要知道井点管系统的涌水量。井点管系统的涌水量根据水井理论进行计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时（即地下水面为自由面），称为无压井；当水井布置在承压含水层中时（含水层中的水充满在两层不透水层间，含水层中的地下水水面具有一定水压），称为承压井。当水井底部达到不透水层时称为完整井，否则称为非完整井，各类井的涌水量计算方法都不同。

（2）无压完整井涌水量计算

目前采用的计算方法都是以法国水力学家裘布依（Dupuit）的水井理论为基础的。

裘布依理论的基本假定是：抽水影响半径内，从含水层的顶面到底部任意点的水力坡度是一个恒值。并等于该点水面处的斜率；抽水前地下水是静止的，即天然水力坡度为零；对于承压水，顶、底板是隔水的；对于潜水适用于井边水力坡度不大于1/4，底板是隔水的，含水层是均质水平的；地下水为稳定流（不随时间变化）。

当均匀地在井内抽水时，井内水位开始下降。经过一定时间的抽水，井周围的水面就由水平的变成降低后的弯曲水面，最后该曲线渐趋稳定，成为向井边倾斜的水位降落漏斗。图1-42所示为无压完整井抽水时的水位变化情况。在纵剖面上流线是一系列曲线，在横剖面上水流的过水断面与流线垂直。

由此可导出单井涌水量的裘布依微分方程，设不透水层基底为x轴，取井中心轴为y轴，对于距井轴x处水流的过水断面近似的看作为一垂直的圆柱面，其面积为

（1）

式中

x——井中心至过水断面处的距离；

y——距井中心x处水位降落曲线的高度（即此处过水断面的高）。

根据裘布依理论的基本假定，这一过水断面水流的水力坡度是一个恒值，并等于该水面处的斜率，则该过水断面的水力坡度

。

由达西定律水在土中的渗透速度为

（2）

由式（1）和式（2）及裘布依假定，可得到单井的涌水量（m3/d）；

将上式分离变量：

水位降落曲线在x=r时，y=l'；在x=R时，y=H，l'与H分别表示水井中的水深和含水层的深度。对式（1-44）两边积分：

于是

设水井中水位降落值为S，l'=H-S则

或

式中

R——为单井的降水影响半径（m）；

r——为单井的半径（m）。

裘布依公式的计算与实际有一定出入，这是由于在过水断面处的水力坡度并非恒值，在靠近井的四周误差较大。但对于离井外有相当距离处，其误差是很小的（图）。

公式（1-45）是无压完整单井的涌水量计算公式。但在井点系统中，各井点管是布置在基坑周围，许多井点同时抽水，。即群井共同工作，其涌水量不能用各井点管内涌水量简单相加求得。

群井涌水量的计算，可把由各井点管组成的群井系统，视为一口大的单井，设该井为圆形的，在上述单井的推导过程中积分的上下限成为：x由x0→R'，y由l'→H。于是由式（1-44）积分可得群井的涌水量计算公式（图1-43）；

或（m3/d）

式中

R'——群井降水影响半径（m）；

x0——由井点管围成的大圆井的半径（m）；

l'——井点管中的水深（m）。