第二章 市政管道开槽施工

图2-2排水沟开挖示意图
2.1.2 明沟排水涌水量计算
为了合理选择排水设备，确定水泵型号，应算总涌水量， 水泵的流量一般为涌水量的1.5~2.0倍。 在市政管道开槽施工时，沟槽一般为窄长式，此时可 忽略沟槽两端的涌水量，认为地下水主要有沟槽两侧渗入。 KL (2 H S ) S 因此，沟槽的总涌水量可按裘布依公式进行计算，即： Q R (2-1)
图2-1明沟排水系统 1-集水井；2-进水口；3-横撑； 4-竖撑板；5-排水沟
• 明沟排水通常是当沟 槽开挖到接近地下水位 时，修建集水井并安装 排水泵，然后继续开挖 沟槽至地下水位后，先 在沟槽中心线处开挖排 水沟，使地下水不断渗 入排水沟后，再开挖排 水沟两侧土。如此一层 一层地反复下挖，地下 水便不断地由排水沟流 至集水井，当挖深接近 槽底设计标高时，将排 水沟移臵在槽底两侧或 一侧，如图2-2所示。
• 集水井的间距应根据土质、地下水量及井的尺寸和水泵的 抽水能力等因素确定，一般每隔50～150m设臵一个集水井。 • 集水井通常采用人工开挖，为防止开挖时或开挖后井壁塌 方，需进行加固。 在土质较好、地下水量不大的情况下，采用木框加固，井 底需铺垫约0.3m厚的卵石或碎石组成反滤层，以免从井底涌 入大量泥砂造成集水井周围地面塌陷； 在土质（如粉土、砂土、亚砂土）较差、地下水量较大的 情况下，通常采用板桩加固。即先打入板桩加固，板桩绕井 一圈，板桩深至井底以下约0.5m。也可以采用混凝土管集水 井，采用沉井法或水射振动法施工，井底标高在槽底以下 1.5~2.0米，为防止井底出现管涌，可用卵石或碎石封底 。 • 为保证集水井附近的槽底稳定，集水井与槽底有一定距离， 沟槽与集水井间设进水口，进水口的宽度一般为1～1.2m。 为防止水流对集水井的冲刷，进水口的两侧应采用木板、竹 板或板桩加固。排水沟、进水口需要经常疏通，集水井需要 经常清除井底的积泥，保持必要的存水深度以保证水泵的正
土的类别
K （m/d）
粉质粘土 含粘土的粉砂 纯粉砂 含粘土的细纱 含粘土的中砂及 细砂
含粘土的粗砂及纯 35～50 中砂 纯中砂 60～75 粗砂夹砾石 砾石 50～100 100～200
2.1.3 明沟排水施工
• 施工时，排水沟的开挖断面应根据地下水量及沟槽的大 小来决定，通常排水沟的底宽不小于0.3m，排水沟深应大 于0.3m，排水沟的纵向坡度不应小于3%～5%,且坡向集水 井。若在稳定性较差的土壤中施工，可在排水沟内埋设多 孔排水管，并在其周围铺卵石或碎石加固；亦可在排水沟 内埋设管径为150~200 mm的排水管，排水管接口处留有一 定缝隙，排水管两侧和上部也用卵石或碎石加固；或在排 水沟内设板框、荆笆等支撑。 • 集水井是在排水沟的一定位臵上设臵的汇水坑，为使沟 槽底部土层免遭破坏,通常将集水井设在基础范围以外， 距沟槽底一般为1～2m的距离处，并应设在地下水来水方 向的沟槽一侧。 • 集水井的断面一般为圆形和方形2种，其直径或宽度， 一般为0.7～0.8m，集水井底与排水沟底应有一定的高差； 在开挖过程中，集水井底应始终低于排水沟底0.7～1.0m， 当沟槽挖至设计标高后，集水井底应低于排水沟底1～2m。
第一节
2.1.1 明沟排水原理
• 沟槽开挖时，排除渗 入沟槽内的地下水和流 入沟槽内的地面水、雨 水，一般采用明沟排水 的方法。 • 明沟排水是将从槽壁、 槽底渗入沟槽内的地下 水以及流入沟槽内的地 表水和雨水，经沟槽内 的排水沟汇集到集水井， 然后用水泵抽走的排水 方法，如图2-1所示。
明沟排水
• 射流式抽水设备的工作 原理为：运行前将水箱加 满水，离心水泵2从水箱 抽水，水经水泵加压后， 高压水在射流器3的喷口 出流形成射流，产生真空， 使地下水经井点管，弯联 管和总管进入射流器，经 过能量变换，将地下水提 升到水箱内，一部分水经 过水泵加压，使射流器工 图2-7射流泵系统 作，另一部分水经排水口 1-水箱；2-加压泵；3-射流器；4-总管； 4排除。如图2-7所示。
2.1.4 明沟排水设备选择
• 明沟排水是一种常用的简易的降水方法，适 用于槽内少量的地下水、地表水和雨水的排 除。对软土、淤泥层或土层中含有细砂、粉 砂的地段以及地下水量较大的地段均不宜采 用。
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第二节
人工降低地下水位
• 人工降低地下水位是在含水层中布设井点进行抽水，地下水 位下降后形成降落漏斗。如果槽底标高位于降落漏斗以上，就 基本消除了地下水对施工的影响。地下水位是在沟槽开挖前人 为预先降落的,并维持到沟槽土方回填，因此这种方法称为人 工降低地下水位，如图2-3所示。
1.涌水量计算公式
图2-8潜水完整井
图2-9潜水非完整井
• 潜水完整井如图2-8所示，其涌水量按下式计算：
Q
• • • • • • •
• •
(2-3) 式中：Q——井点系统总涌水量，m3/d； K——渗透系数，m； S——水位降深，m； H——含水层厚度，m； R——影响半径，m； X0——井点系统的假想半径，m。 潜水非完整井如图2-9所示，其涌水量按下式计算： 1.366K (2 H 0 S ) S Q lg R lg x0 （2-4） 式中： H0——含水层有效带的深度，m； 其它参数意义同式（2-3）。
（5）抽水设备 • 轻型井点通常采用射流泵或真空泵抽水设备，也可 采用自引式抽水设备。 • 真空式抽水设备是由真空泵和离心泵组成的联 合机组，地下水位降落深度可达5.5～6.5m。但抽水设 备组成复杂、占地面积大、管道连接较多，不能保证 降水的可靠性，目前很少采用。 • 自引式抽水设备是用离心水泵直接自总管抽水， 地下水位降落深度仅为2～4m，适用于降水深度较小的 情况。 • 射流式抽水设备包括水射器和水泵，其设备组成 简单，使用方便，工作安全可靠，便于设备的保养和 维修。
1.366K (2 H S ) S lg R lg X 0
（2）涌水量计算公式中有关参数的确定 1)渗透系数K • K值以现场抽水试验确定较为可靠，若无抽水试验资料时可 参见表2-1数值选用。 • 当含水层不是均一土层时，渗透系数可按各层不同渗透系数 的土层厚度加权平均计算。
• • • • 式中： A——滤水管进水面积,m2； m——孔隙率,一般取20%～30%； ｒ——滤水管半径,m； LL——滤水管长度,m。
• 滤水管下端应用管堵封闭，也可安装沉砂管，使地 下水中夹带的砂粒沉积在沉砂管内。滤水管的构造， 如图2-5所示。为了防止土颗粒涌入井内，提高滤水 管的进水面积和土的竖向渗透性，可在滤水管周围建 立直径为400～500mm的过滤层（也称为过滤沙圈）， 如图2-6所示。 （2）直管 • 直管一般也采用镀锌钢管制成，管壁上不设孔眼， 直径与滤水管相同，其长度视含水层埋设深度而定， 一般为 5~7米，直管与滤水管间用管箍连接。
图2-5 滤水管构造 1-钢管；2-孔眼；3-缠绕的塑料管；4-细滤网； 5-粗滤网；6-粗铁丝保护网；7-直管；8-铸铁堵头
图2-6井点的过滤砂层 1-粘土；2-填料；3-滤水管； 4-直管；5-沉砂管
（3）弯联管 • 弯联管用于连接井点管和总管，一般采用长度为1.0m ,内 径38～55 mm的加固橡胶管，内有钢丝，以防止井点管与总管不 均匀沉陷时被拉断。该种弯联管安装和拆卸方便，允许偏差较 大,套接长度应大于100mm，套接后应用夹子箍紧。有时也可用 透明的聚乙烯塑料管，以便观察井管的工作情况。金属管件也 可作为弯联管，虽然气密性较好，但安装不方便，施工中使用 较少。 （4）总管 • 总管一般采用直径为100～150 mm的钢管，每节长为4～6m， 总管之间用法兰盘连接。在总管的管壁上开设三通以连接弯联 管，三通的间距应与井点布臵间距相同，但是由于不同的土质， 不同降水要求，所计算的井点间距与三通的间距可能不同，因 此应根据实际情况确定三通间距。总管上三通间距通常按井点 间距的模数而定，一般为1.0～1.5m。
图2-3 人工降低 地下水位示意图
1、抽水时水位 2、原地下水位 3、井点管 4、沟槽
人工降低地下水位一般有轻型井点、喷射井点、 电渗井点、管井井点、深井井点等方法。
2.2.1 轻型井点
• 轻型井点是目前降水效果显著，应用广泛的降水系 统，并有成套设备可选用,根据地下水位降深的不同， 可分为单层轻型井点和多层轻型井点2种。在市政管 道的施工降水时,一般采用单层轻型井点系统,有时可 采用双层轻型井点系统,三层及三层以上的轻型井点 系统则很少采用。 1.适用条件 • 轻型井点系统适用于粉砂、细砂、中砂、粗砂等土 层，渗透系数为0.1～50m/d，降深小于6 m的土层。
2.1.4 明沟排水设备选择
明沟排水常用的水泵有离心泵、潜水泵和潜污泵。 1、离心泵:根据流量和扬程选型，安装时应注意吸水 管接头不漏气及吸水头部至少沉入水面以下0.5m，以 免吸入空气，影响水泵的正常使用。 2、潜水泵:这种泵具有整体性好、体积小、重量轻、 移动方便及开泵时不需灌水等优点，在施工排水中广 泛应用。使用时，应注意不得脱水空转，也不得抽升 含泥砂量过大的泥浆水，以免烧坏电机。 3、潜污泵:潜污泵的泵与电动机连成一体潜入水中工 作，由水泵、三相异步电动机、以及橡胶圈密封和电 器保护装臵4部分组成。该泵的叶轮前部装有一搅拌 叶轮，它可将作业面下的的泥沙等杂质搅起抽吸排送。
第二章 市政管道开槽施工
• 市政管道开槽施工时，经常遇到地下水，土层内的水分 主要以水汽、结合水、自由水3种状态存在，结合水没有 出水性，自由水对市政管道开槽施工起主要影响作用。当 沟槽开挖后自由水在水力坡降的作用下，从沟槽侧壁和沟 槽底部渗入沟槽内，使施工条件恶化，严重时，会使沟槽 侧壁土体坍落，地基土承载力下降，从而影响沟槽内的施 工。因此,在管道开槽施工时必须做好施工排（降）水工 作。市政管道开槽施工中的排水主要指排除影响施工的地 下水，同时也包括排除流入沟槽内的地表水和雨水。 • 施工排水有明沟排水和人工降低地下水位2种方法。 • 不论采用哪种方法，都应将地下水位降到槽底以下一定 深度，以改善槽底的施工条件；稳定边坡；稳定槽底；防 止地基土承载力下降；为市政管道的开槽施工创造有利条 件。
2.组成 • 轻型井点系统由井点管、弯联管、总管和抽水设备四部 分组成，井点管包括滤水管和直管,如图2-4所示。
图2-4轻型井点系统组成 1-直管；2-滤水管；3-总管；4-弯联管；5-抽水设备； 6-原地下水位线；7-降低后地下水位线
（1）滤水管 • 滤水管也称过滤管，是轻型井点的重要组成 部分，一般采用直径38～55 mm，长1～2m的镀 锌钢管制成，管壁上呈梅花状开设直径为5.0mm 的孔眼，孔眼间距为30～40mm，常用定型产品 有1.0m、1.2m、2.0m三种规格。滤水管埋设在 含水层中，地下水经孔眼涌入管内，滤水管的 进水面积按下式计算: A 2m r LL (2-2) •
式中:
Q——沟槽总涌水量，m3/d； K——渗透系数，m/d，见表2-1； H——离沟槽边为R处的地下水含水层厚度，m； R ——影响半径，m，见表2-1； S——地下水位降落深度，m。
•
土的渗透系数K值
表2-1
土的类别
K （m/d） ＜0.1 0.5～1.0 1.5～5.0 10～15 20～25
5-隔板；6-出水口；7-压力表
• 为了提高水位降落深度，保证抽水设备的正常工作， 无论采用哪种抽水设备，除保证整个系统连接的严密 性外，还要在井点管外地面下1.0m 深度处填粘土密封， 避免井点与大气相通，破坏系统的真空。 3.涌水量计算 • 井点涌水量通常采用裘布依公式近似地按单井涌水 量计算。实际上井点系统是各单井之间相互干扰的井 群，井点系统的涌水量显然比数量相等互不干扰的单 井涌水量的总和要小。工程上为应用方便，往往按 “单井”涌水量作为整个井群的总涌水量，而这个 “单井” 的半径应按井群中各个井点所围的面积的半 径进行计算，该半径称为假想半径。由于轻型井点的 各井点间距较小，这种假想是可行的，即用假想环围 面积的半径代替“单井”半径计算涌水量。