建筑施工技術(shù)(武漢理工)教學(xué)課件:1.3 施工降排水_第1頁
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文檔簡介

單元1

土方與基坑工程1.1土的基本性質(zhì)和分類單元1土方與基坑工程目錄1.2場地平整1.3施工降排水1.4土方開挖1.5基坑支護(hù)目錄1.6土方回填單元1土方與基坑工程單元1土方與基坑工程土方與基坑工程包括的內(nèi)容較多,如場地平整、基坑基槽的開挖回填、場地降排水和土壁支護(hù)等。本單元從土的基本性質(zhì)入手,使學(xué)生了解土方施工的基本特點(diǎn),掌握基坑開挖、支護(hù)、回填的施工要點(diǎn)和安全要求,掌握基坑開挖土方量的計(jì)算方法。土方與基坑工程施工主要依據(jù)《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50300—2001)、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202—2002)以及相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程等。

土方工程包括的內(nèi)容較多,主要有兩類:一類是場地平整,完成“三通一平”,包括設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定,土方調(diào)配以及挖、運(yùn)、填的機(jī)械化施工;另一類是建筑物和其他地下工程的開挖與回填,包括支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工,開挖前的降水或開挖后的排水,土方開挖以及回填土的壓實(shí)等。土方工程具有工程量大、工期長、投資大、勞動強(qiáng)度大且多為露天作業(yè)等特點(diǎn),因此,土方工程施工必須了解土層的性質(zhì),進(jìn)行現(xiàn)場勘測,充分做好準(zhǔn)備工作,合理安排施工計(jì)劃,以確保土方工程的施工質(zhì)量。單元1土方與基坑工程1.3施工降排水地面水一般采取設(shè)置排水溝、防洪溝、截水溝、擋水堤等方法排除,并應(yīng)盡量利用自然地形和原有的排水系統(tǒng)。主排水溝最好設(shè)置在施工區(qū)域或道路的兩旁,其橫斷面和縱向坡度根據(jù)最大流量確定。在低洼地區(qū)施工時,除開挖排水溝外,必要時還需修筑土堤,以防止場外水流入施工場地。出水口應(yīng)結(jié)合場地總體排水規(guī)劃,盡可能設(shè)置在遠(yuǎn)離建筑物或構(gòu)筑物的低洼地點(diǎn),并保證排水通暢。1.3.1地面水的排除1.3施工降排水明排水法是在基坑逐層開挖過程中,沿每層坑底四周或中央設(shè)置排水溝和集水井?;觾?nèi)的水經(jīng)排水溝流向集水井,通過水泵將集水井內(nèi)積水抽走,直到基坑回填,排水過程結(jié)束(圖1.10)。明排水法施工簡單、經(jīng)濟(jì),對周圍環(huán)境影響小,可用于降水深度較小且上層為粗粒土層或滲水量小的黏土層降水。1.3.2明排水法1.3施工降排水圖1.10集水井降水1—排水溝;2—集水坑;3—水泵

1.3施工降排水

抽水設(shè)備及選用明排水法所用抽水設(shè)備主要是水泵。水泵的選用是根據(jù)基坑的涌水量、基坑的開挖深度結(jié)合水泵的有關(guān)性能來確定的。水泵的主要性能包括:流量、總揚(yáng)程、吸水揚(yáng)程和功率等。流量是指水泵單位時間內(nèi)的出水量。揚(yáng)程是水泵能揚(yáng)水的高度,也稱水頭??倱P(yáng)程包括吸水揚(yáng)程和出水揚(yáng)程。由于水經(jīng)過管路有阻力而引起水頭損失,因此要扣除損失揚(yáng)程后才是實(shí)際揚(yáng)程?;优潘玫乃弥饕须x心泵、潛水泵等。離心泵由泵殼、泵軸及葉輪等主要部件組成。1.3施工降排水其工作原理主要是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力將輪中心水甩出而形成真空,使水在大氣壓力作用下自動進(jìn)入水泵,并將水壓出。潛水泵由立式水泵與電動機(jī)組成。電動機(jī)有密封裝置,水泵裝在電動機(jī)上端,工作時浸在水中。潛水泵的優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、移動方便,開泵時不需要引水。明排水法施工包括基礎(chǔ)開挖、設(shè)置排水溝和集水井、選用水泵和現(xiàn)場安裝設(shè)備、抽水及設(shè)備拆除等施工過程。1.3施工降排水明排水法一般用于面積及降水深度較小且土層中無細(xì)砂、粉砂時。若降水深度較大,土層為細(xì)砂、粉砂或在軟土地區(qū)施工時,明排水法易引起流砂、塌方等現(xiàn)象,應(yīng)盡量采用井點(diǎn)降水法。無論采用哪種方法,降水工作應(yīng)持續(xù)到基礎(chǔ)施工完畢且回填土后結(jié)束。1.3施工降排水

流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生和防治當(dāng)開挖深度大、地下水位較高而土質(zhì)又不好時,用明排水法降水,挖至地下水水位以下時,有時坑底面的土顆粒會產(chǎn)生流動,隨地下水一起涌入基坑。這種現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。(1)流砂產(chǎn)生的原因流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生是水在土中滲流所產(chǎn)生的動水壓力對土體作用的結(jié)果,如圖1.11所示。1.3施工降排水當(dāng)水流在水位差的作用下對土顆粒產(chǎn)生向上的動水壓力時,動水壓力使土粒受到了水的浮力,如果動水壓力等于或大于土的浮重度時,土顆粒處于懸浮狀態(tài),土的抗剪強(qiáng)度等于零,土粒隨著滲流的水一起流動,就出現(xiàn)了“流砂現(xiàn)象”。圖1.11動水壓力對地基土的影響GD—動水壓力

1.3施工降排水(2)流砂發(fā)生的條件流砂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在細(xì)砂、粉砂及粉土中,而是否出現(xiàn)流砂現(xiàn)象的重要條件是動水壓力的大小和方向,因此,防止流砂應(yīng)著眼于減小或消除動水壓力。(3)防治流砂的方法在基坑開挖中,防治流砂的原則是“治流砂必先治水”。治理流砂的主要途徑有消除、減小和平衡動水壓力,改變水的滲流路線。1.3施工降排水其具體措施有:①搶挖法:即組織分段搶挖,使挖土速度超過冒砂速度,挖到標(biāo)高后立即鋪竹筏或蘆席,并拋大石塊以平衡動水壓力,壓住流砂。此方法可解決輕微流砂現(xiàn)象。②打板樁法:將板樁打入坑底下面一定深度,增加地下水從坑外流入坑內(nèi)的滲流距離,以減小水力坡度,從而減小動水壓力,防止流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。③水下挖土法:不排水施工,使坑內(nèi)水壓力與地下水壓力平衡,消除動水壓力,從而防止流砂產(chǎn)生。此方法在沉井挖土下沉過程中常用。1.3施工降排水④地下連續(xù)墻法:在基坑周圍先澆筑一道混凝土或鋼筋混凝土的連續(xù)墻,以支承土墻、截水并防止流砂產(chǎn)生。⑤枯水期施工法:選擇枯水期間施工。因?yàn)榇藭r地下水位低,坑內(nèi)外水位差小,水壓力減小,從而可預(yù)防和減輕流砂現(xiàn)象。`⑥井點(diǎn)降水:采用輕型井點(diǎn)等降水,使地下水的滲流向下,水不致滲流入坑內(nèi),又增大了土料間的壓力,從而可有效地防止流砂形成。因此,用此種方法防治流砂較為可靠。1.3施工降排水井點(diǎn)降水也稱人工降低地下水位,即在基坑開挖前,預(yù)先在擬挖基坑的四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管,利用抽水設(shè)備從中不間斷抽水,使地下水位降落在坑底以下,然后開挖基坑、進(jìn)行基礎(chǔ)施工和土方回填,待基礎(chǔ)工程全部施工完畢后,撤除人工降水裝置。人工降低地下水位不僅是一種防流砂的施工措施,也是一種地基加固方法。1.3.3井點(diǎn)降水法1.3施工降排水

井點(diǎn)降水法的類型及適用范圍井點(diǎn)降水法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)及深井泵等各種方法。其方法的選用應(yīng)視土的滲透系數(shù)、降低水位的深度、工程特點(diǎn)、設(shè)備以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較等具體條件,并參照表1.4選用。1.3施工降排水降水類型滲透系數(shù)(cm/s)可能降低的水位深度(m)方法原理輕型井點(diǎn)10-2~10-5(砂土、粘性土)3~6在工程外圍豎向埋設(shè)一系列井點(diǎn)管深入含水層內(nèi),井點(diǎn)管的上端通過連接彎管與集水總管連接,集水總管再與真空泵和離心泵相連,啟動真空泵,使井點(diǎn)系統(tǒng)形成真空,井點(diǎn)周圍形成一個真空區(qū),真空區(qū)砂井向上向外擴(kuò)展一定范圍,地下水便在真空泵吸力作用下,使井點(diǎn)附近的地下水通過砂井、濾水管被強(qiáng)制吸入井點(diǎn)管和集水總管,排除空氣后,由離心水泵的排水管排出,使井點(diǎn)附近的地下水位得以降低多級輕型井點(diǎn)6~12噴射井點(diǎn)10-3~10-6(粉砂、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土)8~20在井點(diǎn)內(nèi)部裝設(shè)特制的噴射器,用高壓水泵或空氣壓縮機(jī)通過井點(diǎn)管中的內(nèi)管向噴射器輸入高壓水(噴水井點(diǎn))或壓縮空氣(噴氣井點(diǎn)),形成水氣射流,將地下水經(jīng)井點(diǎn)外管與內(nèi)管之間的間隙抽出排走電滲井點(diǎn)<10-6宜配合其它形式降水使用利用粘性土中的電滲現(xiàn)象和電泳特性,使粘性土空隙中的水流動加快,起到一定疏干作用,從而使軟土地基排水效率得到提高。深井井點(diǎn)≥10-5(砂類土)>10在深基坑的周圍埋沒深于基底的井管,使地下水通過設(shè)置在井管內(nèi)的潛水泵將地下水抽出,使地下水位低于坑底。表1.4各類井點(diǎn)的適用范圍及方法原理1.3施工降排水

一級輕型井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)輕型井點(diǎn)降水(圖1.12)是沿基坑(槽)的四周或一側(cè)以一定距離埋設(shè)一定數(shù)量的井點(diǎn)管,井點(diǎn)管上端有彎連管與集水總管相連,下端與濾水管連接,并利用抽水設(shè)備不間斷將滲流進(jìn)井點(diǎn)管的水抽出,使地下水位降落在坑底以下。1.3施工降排水圖1.12輕型井點(diǎn)降低地下水位圖1—井點(diǎn)管;2—濾水管;3—總管;4—彎連管;5—水泵房;6—原有地下水位線;7—降低后地下水位線

1.3施工降排水(1)井點(diǎn)布置輕型井點(diǎn)的布置要根據(jù)基坑平面形狀及尺寸、基坑的深度、土質(zhì)、地下水位高低及地下水流向、降水深度要求等因素確定。其布置內(nèi)容包括平面布置和高程布置。①平面布置當(dāng)基坑寬度小于6m,降水深度不超過5m時,可采用單排線狀井點(diǎn),布置在地下水上游一側(cè),兩端延伸長度不小于基坑的寬度(圖1.13)。如基坑寬度大于6m或土質(zhì)不良時,宜采用雙排線狀井點(diǎn)。1.3施工降排水圖1.13單排線狀井點(diǎn)布置圖(a)平面布置;(b)高程布置1—總管;2—井點(diǎn)管;3—抽水設(shè)備;B—基坑寬度

1.3施工降排水當(dāng)基坑面積較大時,宜采用環(huán)形井點(diǎn)[圖1.14(a)]布置,井點(diǎn)管距離基坑0.7~1.0m,以防井點(diǎn)系統(tǒng)漏氣。抽水井間距一般在0.8~1.5m之間,在地下水補(bǔ)給方向和環(huán)形井點(diǎn)四角應(yīng)適當(dāng)加密。②高程布置輕型井點(diǎn)的降水深度一般以不超過6m為宜,井點(diǎn)管需要埋置深度HA(不含濾管)可按下式計(jì)算[圖1.14(b)]。1.3施工降排水圖1.14環(huán)形井點(diǎn)布置圖(a)平面布置;(b)高程布置1—總管;2—井點(diǎn)管;3—抽水設(shè)備

1.3施工降排水式中HA——井點(diǎn)管埋置深度,m;

H1——總管底面至基坑底面的距離,m;

h——基坑底面至降低后的地下水位線的距 離,一般取0.5~1.0m;

i——水力坡度,單排線狀井點(diǎn)為1/4,環(huán)形 井點(diǎn)為1/10;

L——井點(diǎn)管距基坑中心的水平距離(單排 線狀井點(diǎn)為井點(diǎn)管至基坑另一邊的水 平距離),m。HA≥H1+h+iL

(1.6)1.3施工降排水根據(jù)上式算出的HA值大于6m時,可降低井點(diǎn)管的埋設(shè)面以適應(yīng)降水深度要求,通常井點(diǎn)管露出地面為0.2~0.3m,而濾管必須埋在含水層內(nèi)。為了充分利用抽水能力,總管的布置標(biāo)高宜接近地下水位線,可先下挖部分土方,總管應(yīng)具有0.25%~0.5%的坡度(坡向泵房)。1.3施工降排水(2)輕型井點(diǎn)計(jì)算輕型井點(diǎn)的計(jì)算包括:根據(jù)確定的井點(diǎn)系統(tǒng)的平面和豎向布置圖,計(jì)算井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量,計(jì)算確定井點(diǎn)管數(shù)量與間距,校核水位降低數(shù)值,選擇抽水設(shè)備和井點(diǎn)管的布置等。①井點(diǎn)涌水量計(jì)算方法介紹一般是按水井理論來計(jì)算涌水量。井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量的計(jì)算,首先要判定井的類型。水井根據(jù)其井底是否達(dá)到不透水層,分為完整井與非完整井。井底達(dá)到不透水層的為完整井,否則為非完整井。1.3施工降排水根據(jù)地下水是否受不透水層的壓力分為承壓井與無壓井。濾管布置在地下兩層不透水層之間,地下水面承受不透水層的壓力,抽吸承壓層間地下水的,稱為承壓井;若地下水上部為透水層,地下水是無壓水,稱為無壓井。綜上所述,水井大致可分為四種類型(圖1.15):無壓完整井、無壓非完整井、承壓完整井和承壓非完整井。水井類型不同,其涌水量計(jì)算方法不同,查相關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行涌水量的計(jì)算。1.3施工降排水圖1.15水井的分類1—承壓完整井;2—承壓非完整井;3—無壓完整井;4—無壓非完整井

1.3施工降排水②確定井點(diǎn)管數(shù)及間距井點(diǎn)管數(shù)量的多少取決于單根井點(diǎn)管的抽水能力,單根井點(diǎn)管的最大出水量與濾管構(gòu)造和尺寸以及土的滲透系數(shù)有關(guān)。按下式計(jì)算:式中q——單根井點(diǎn)管最大出水量,m3/d;

d——濾管內(nèi)徑,m;

K——滲透系數(shù),m/d; l——濾管長度,m。(1.7)1.3施工降排水井點(diǎn)根數(shù)井點(diǎn)管的平均間距式中D——井點(diǎn)管間距,m;

L——總管長度,m。(1.9)(1.8)1.3施工降排水井點(diǎn)管間距經(jīng)計(jì)算確定后,布置時還需注意:井點(diǎn)管間距不能過小,否則彼此干擾大,出水量會顯著減少,一般可取濾管周長的5~10倍;在基坑周圍四角和靠近地下水流方向一邊的井點(diǎn)管應(yīng)適當(dāng)加密;實(shí)際采用的井距還應(yīng)與集水總管上短接頭的間距相適應(yīng)。1.3施工降排水(3)抽水設(shè)備的選擇輕型井點(diǎn)所用的抽水設(shè)備主要是真空泵和單級離心泵兩種類型。真空泵有干式和濕式兩種,常用的是干式W5和W6型,采用W5時總管長度不大于100m;采用W6型時,總管長度不大于200m。在抽水過程中,真空泵的實(shí)際真空度如小于上式計(jì)算的最低真空度,降水深度則達(dá)不到要求。1.3施工降排水離心泵的型號應(yīng)根據(jù)流量、吸水揚(yáng)程及總揚(yáng)程而定,水泵的流量應(yīng)比基坑涌水量增大10%~20%。吸水揚(yáng)程應(yīng)不小于降水深度加各項(xiàng)水頭損失。出水揚(yáng)程包括實(shí)際出水高度及出水水頭損失。水泵的總揚(yáng)程應(yīng)滿足吸水揚(yáng)程與出水揚(yáng)程之和。通常一套抽水設(shè)備可配置兩臺離心泵或真空泵,既可輪換使用,又可在地下水量較大時同時使用。1.3施工降排水

輕型井點(diǎn)降水施工(1)施工準(zhǔn)備①施工機(jī)具濾管:直徑為38~55mm,壁厚3.0mm無縫鋼管或鍍鋅管,長2.0m左右,一端用厚為4.0mm鋼板焊死,在此端1.4m長范圍內(nèi)的管壁上鉆15mm的小圓孔,孔距為25mm,外包兩層濾網(wǎng),濾網(wǎng)采用編織布,外再包一層網(wǎng)眼較大的尼龍絲網(wǎng),每隔50~60mm用10#鉛絲綁扎一道,濾管另一端與井點(diǎn)管進(jìn)行聯(lián)結(jié)。1.3施工降排水井點(diǎn)管:直徑為38~55mm,壁厚為3.0mm無縫鋼管或鍍鋅管。連接管:透明管或膠皮管與井點(diǎn)管和總管連接,采用8#鉛絲綁扎,應(yīng)扎緊以防漏氣??偣埽褐睆綖?5~102mm鋼管,壁厚為4mm,用法蘭盤加橡膠墊圈連接,防止漏氣、漏水。抽水設(shè)備:根據(jù)設(shè)計(jì)配備離心泵、真空泵或射流泵,以及機(jī)組配件和水箱。移動機(jī)具:自制移動式井架(采用振沖機(jī)架舊設(shè)備)、牽引力為60kN的絞車。鑿孔沖擊管:219×8(mm)的鋼管,其長度為10m。Φ

1.3施工降排水水槍:50×5(mm)無縫鋼管,下端焊接一個16mm的槍頭噴嘴,上端彎成近似直角,且伸出沖擊管外,與高壓膠管連接。蛇形高壓膠管:壓力應(yīng)達(dá)到1.50MPa以上。高壓水泵:100TSW-7高壓離心泵,配備一個壓力表,作下井管之用。②材料須采用粗砂與豆石,不得采用中砂,嚴(yán)禁使用細(xì)砂,以防堵塞濾管網(wǎng)眼。Φ

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1.3施工降排水③技術(shù)準(zhǔn)備詳細(xì)查閱工程地質(zhì)勘察報(bào)告,了解工程地質(zhì)情況,分析降水過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題和采取的對策。鑿孔設(shè)備與抽水設(shè)備檢查。④平整場地為了節(jié)省機(jī)械施工費(fèi)用,不使用履帶式吊車,采用碎石樁振沖設(shè)備的自制簡易車架,因此,場地平整度要高一些,設(shè)備進(jìn)場前進(jìn)行場地平整,以便于車架在場地內(nèi)移動。1.3施工降排水(2)施工程序及操作要點(diǎn)①井點(diǎn)安裝安裝程序:井點(diǎn)放線定位→安裝高位水泵→鑿孔安裝埋設(shè)井點(diǎn)管→布置安裝總管→井點(diǎn)管與總管連接→安裝抽水設(shè)備→試抽與檢查→正式投入降水程序。②井點(diǎn)管埋設(shè)井點(diǎn)管的埋設(shè)方法常用的是沖孔埋設(shè)法。這種方法分為沖孔和埋管兩個過程(圖1.16)。1.3施工降排水圖1.16井點(diǎn)管的埋設(shè)(a)沖孔;(b)埋管1—沖管;2—沖嘴;3—膠皮管;4—高壓水泵;5—壓力表;6—起重機(jī)吊鉤;7—井點(diǎn)管;8—濾管;9—填砂;10—黏土封口

1.3施工降排水通過單滑輪用繩索拉起井點(diǎn)管,再將井點(diǎn)管插入孔中,井點(diǎn)管的上端應(yīng)用木塞塞住,以防砂石或其他雜物進(jìn)入,并在井點(diǎn)管與孔壁之間填灌砂石濾層,該砂石濾層的填充質(zhì)量直接影響輕型井點(diǎn)降水的效果,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):a.砂石必須采用粗砂,以防止堵塞濾管的網(wǎng)眼。b.濾管應(yīng)放置在井孔的中間,砂石濾層的厚度應(yīng)在60~100mm之間,以提高透水性,并防止土粒滲入濾管堵塞濾管的網(wǎng)眼。填砂厚度要均勻,速度要快,填砂中途不得中斷,以防孔壁塌土。1.3施工降排水c.濾砂層的填充高度至少要超過濾管頂以上1000~1800mm,一般應(yīng)填至原地下水位線以上,以保證土層水流上下暢通。d.井點(diǎn)填砂后,井口以下1.0~1.5m用黏土封口壓實(shí),防止漏氣而降低降水效果。1.3施工降排水③沖洗井管:將直徑為15~30mm的膠管插入井點(diǎn)管底部進(jìn)行注水清洗,直到流出清水為止,并應(yīng)逐根進(jìn)行清洗,避免出現(xiàn)“死井”。④管路安裝首先沿井點(diǎn)管線外側(cè)鋪設(shè)集水毛管,并用膠墊螺栓把干管連接起來,主干管連接水箱水泵,然后拔掉井點(diǎn)管上端的木塞,用膠管與主管連接好,再用10#鉛絲綁好,防止管路不嚴(yán)漏氣而降低整個管路的真空度。主管路的流水坡度按坡向泵房5‰的坡度并用磚將主干管墊好,同時應(yīng)作好冬季降水防凍保溫。1.3施工降排水⑤檢查管路檢查集水干管與井點(diǎn)管連接膠管的各個接頭在試抽水時是否有漏氣現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)這種情況應(yīng)重新連接或用油泥子堵塞,重新擰緊法蘭盤螺栓和膠管的鉛絲,直至不漏氣為止。在正式運(yùn)轉(zhuǎn)抽水之前必須進(jìn)行試抽,以檢查抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,管路是否存在漏氣現(xiàn)象。在水泵進(jìn)水管上安裝一個真空表,在水泵的出水管上安裝一個壓力表。在試抽時,應(yīng)檢查整個管網(wǎng)的真空度,當(dāng)真空度達(dá)到550mmHg(73.33kPa)時,方可進(jìn)行正式投入抽水。1.3施工降排水⑥抽水輕型井點(diǎn)管網(wǎng)全部安裝完畢后進(jìn)行試抽。當(dāng)抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常后,整個抽水管路無漏氣現(xiàn)象,則可以投入正常抽水作業(yè)。開機(jī)一個星期后將形成地下降水漏斗,并趨向穩(wěn)定,土方工程可在降水10d后開挖。1.3施工降排水(3)質(zhì)量檢查①井點(diǎn)管間距、埋設(shè)深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,一組井點(diǎn)管和接頭中心應(yīng)保持在一條直線上。②井點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)無嚴(yán)重漏氣、淤塞、出水不暢或死井等情況

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