5.4 井点降水方案设计
施工必备知识点
井点降水系统的计算理论是由法国水利学家裘布依首先提出来的。该理论的基本假定为：地下水流向水井处于稳定流动状态；地下水呈层流运动，运动规律遵循达西定律；地下水为缓变流，可将空间流简化为平面流；假定静水位是水平的，降落漏斗的供水边界是圆柱形的；含水层为均质等厚，分布是无限的，隔水层顶、底板是水平的；水井为完整井。
在确定井点降水方案前应取得的资料有：
①地下水的类型、含水层的厚度及顶底板高程；
②地下水位标高及其动态规律以及各层水之间的水力联系；
③各含水层的渗透系数；
④含水层的补给条件，基坑与附近水源的距离及水力联系；
⑤基坑的边界，开挖深度，所采用的支护方式及与邻近建筑物地基基础、地下管线关系；
⑥基坑工程的维持时间及在此期间当地的气象资料。
实践技能知识点
1.井点降水系统的设计
轻型、喷射、管井、井点系统设计。设计内容包括基坑涌水量、井点布置、井点管路系统的设计，滤层的设计及抽水设备的选择。具体设计步骤如下：
1）基坑涌水量计算，包括确定渗透系数、影响半径的确定和基坑涌水量计算。
半径的确定采用大井法估算时，要将矩形基坑（长宽比不大于10）换算成半径为r0的圆形大井，r0值可由式（5-15）计算：
式中 r0———基坑引用半径；
a、b———矩形基坑的长短边长；
η———系数，可由表5-11确定。
表5-11 η值表
对于不规则基坑，其引用半径可按表5-12计算。
表5-12 基坑引用半径（r0）计算公式
注：A为基坑面积；l为基坑周长。
对不规则多边形，r0值可由式（5-16）计算
式中 r1，r2，…，rn———多边形顶点到多边形中心点的距离；
n———井点数。
对于基坑涌水量计算，流入基坑内的涌水量包括从四周坑壁和坑底流入的水量，可用式（5-17）计算
式中 k———土的渗透系数；
s———抽水时坑内水位下降值；如图5-26所示；
h———抽水前坑底以上的水位高度；
r0———引用半径；
h0———从坑底到下卧不透水层的距离；
R———抽水影响半径，可按公式
计算，或按表5-13选用；
H———潜水水位高（图5-26）。
图5-26 基坑涌水量计算图
表5-13 应用半径R的经验值
2）井点布置。
①井点管的埋置深度（图5-27），可用式（5-18）计算。
L=H+h+Δh+i·r1+l （5-18）
式中 L———井点管总长（m）；
h———井管露出地面高度；
Δh———降水后地下水位至基坑底面的安全距离；
i———降水漏斗曲线水力梯度；
h2———井管至基坑轴线的水平距离。
②确定井点管数量与间距。
A.单根井点出水量：单根井点出水量可在同井径条件下使用抽水试验的单井涌水量，当无抽水试验条件时，可按式（5-19）计算：
a）对轻型井点和喷射井点
图5-27 井点埋置深度计算图
q=α·i·k·Dw·H （5-19）
式中 q———单根井点出水量；
α———经验系数；
i———水力梯度；
Dw———水井直径；
H———含水层厚度；
k———土的渗透系数。
b）对管井点，可按式（5-20）、式（5-21）计算。
式中 l———过滤器工作长度；
d———过滤器外径；
α′———与含水层渗透系数有关的经验系数，见表5-14；
φ———管井进水段单井单位长度出水量。
表5-14 经验系数α′值
B.计算井点数量（n）与井点间距（a），可分别按式（5-22）、式（5-23）计算。
式中 n———井点数量；
Q———基坑涌水量；
q———单井抽水量；
a———井点间距；
l———基坑四周井点布置的总长度。
C.复核井点数：由上一步计算的井点数和井点间距，必须满足基坑降水条件下，群井抽水各井点涌水量验算要求，并对井点数进行复核。
在井点系统中选择受干扰抽水影响最大的井点按式（5-24）、式（5-25）验算：
对潜水完整井
对承压完整井
式中 y0———井点管进水部分长度即过滤器工作部分长度；
y———基坑中心降水要求下的含水层厚度；
rw———水井半径；
y′———基坑中心水位下降值；
M———承压含水层厚度；其余符号同前。
D.计算基坑内抽水影响最小处的水位降深，检查是否满足设计要求。可选择基坑中心点或两端部受井点系统抽水影响最小处按式（5-26）、式（5-27）进行验算：
对潜水含水层
对承压含水层
式中 h———井点抽水影响范围内某点的水头值，即h=H-S；x1，x2…xn从某点到各井点中心的距离；
S———井点抽水影响范围内某点的水位下降值。
施工小经验
若水位降深小于设计的降深值，则须重新调整井点数与井点间距，再进行验算，直至符合要求为止。
3）井点管路系统的设计。井点降水系统的管路系统包括井点管、滤水管、支管及集水总管。其中，滤水管的设计最关键。滤水管的设计内容包括：滤水管空隙率、滤水管长度、过滤网的选择等（图5-28）。
图5-28 滤水管的设计内容
图5-29 滤水管构造网
a）圆孔滤水管 b）条缝式滤水管 c）筋条滤水管
2.抽水设备的选择
水泵的选择取决于地下水位降深和排水量的大小。一般要求水泵的出水量和扬程大于设计值20%～30%。
常用的抽水设备由离心泵、深井泵和潜水泵。当水位较浅时可用离心泵，离心泵吸程一般为6～7m，排水量可根据钻孔涌水量加以选择。其优点是体积小，质量轻，出水量均匀且易调节，能抽出带砂粒的水。缺点是降深小，启动前需充水。离心泵主要型号及技术性能见表5-15。
表5-15 B型离心泵主要性能表
当水位较深时，可采用深井泵或潜水泵。当前国内生产的深井泵仍以立式叶轮离心泵为主，扬程为70～80m，较大的可达150m。深井泵有三部分组成，如图5-30所示。动力机一般采用立式电动机或带传动，装在地表井口上部，中间部分是扬水管和长轴传动装置，最下部是泵体和吸水部分。
深井泵主要有J型和JD型两种。J型深井泵是法兰盘连接，可用在直径较大的水井中。JD型为接箍连接，可用在直径小的水井中。深井泵主要型号及技术性能见表5-16和表5-17。
潜水泵是将电动机和泵体一起放在水下进行抽水，与深井泵相比，其优点是省掉了长轴，能更有效地发挥效率。QJ型潜水泵性能见表5-18，QY型潜水泵性能见表5-19。
图5-30 深井泵示意图
Ⅰ—吸水管部分 Ⅱ—泵体部分 Ⅲ—扬水管部分 Ⅳ—泵座部分 1—电动机 2—泵座 3—出水口法兰 4—电动机轴 5—扬水管 6—扬水管接头 7—泵体外壳 8—吸水管 9—滤网
表5-16 J型深井泵技术性能
表5-17 JD型深井泵主要技术性能
（续）
表5-18 QJ型潜水泵主要技术性能
表5-19 QY型潜水泵主要性能
渗水井点的设计。
①渗水井点设计水位埋深可按式（5-28）计算。
H=S+H2+i·L （5-28）
式中 H———渗水井点设计水位埋深；
S———要求水位降深值；
H2———上层滞水水位埋深。
②预计排水量Q的计算公式为式（5-29）。
式中 k———上部含水层渗透系数；
H1———上部含水层平均厚度；
S———要求水位降深值；
R———影响半径；
r0———基坑引用半径。
③当下部透水层为承压水时，自渗后混合水位高度h′（图5-31）可用式（5-30）计算。
式中 Q———预计排水量；
H0———自下部承压含水层底板算起的水头高度；
M———下部自渗目的层承压含水层厚度；
k———下部自渗目的层的渗透系数。
④若自渗目的层为浅水层时，混合水位h′（图5-32）可用式（5-31）计算。
式中 H1———下部自渗目的层潜水层厚度。
图5-31 渗水井点结构图
1—上层滞水水位 2—下部承压含水层水位
图5-32 渗水井点图
1—上层滞水水位 2—下部浅水层水位