浅析基坑地下水位排水降水法

浅析基坑地下水位排水降水法

在土方开挖过程中，当开挖底面标高低于地下水位的基坑 (或沟槽)时，由于土的含水层被切断，地下水会不断渗入坑内。地下水的存在，非但土方开挖困难，费工费时，边坡易于塌方，而且会导致地基被水浸泡，扰动地基土，造成工程竣工后建筑物的不均匀沉降，使建筑物开裂或破坏。因此，基坑槽开挖施工中，应根据工程地质和地下水文情况，采取有效地降低地下水位措施，使基坑开挖和施工达到无水状态，以保证工程质量和工程的顺利进行。

基坑、沟槽开挖时降低地下水位的方法很多，从当前的降水技术看，已经出现了很多种有效的降水方法，例如明沟降水、轻型井点、喷射井点、电渗井点以及深井井点等，都是目前广泛采用的降水技术。对于不会出现流砂和管涌的土层浅基坑，可采用明沟降水；如降水深度较大，或地层出现流砂现象，或在软土地区施工，则多采用井点降水法。还有当出现基坑降水量或降水深度不大时，采用反滤层导流、导管导流、机井导流、机井排流、盲沟导流等降水、排水措施，也可取得较理想的降水效果和经济效益。

一、集水坑排水法 1、排水方法

集水坑排水的特点是设置集水坑和排水沟，根据工程的不同特点具体有以下几种方法：

（1）明沟与集水井排水

是在基坑的两侧或四周设置排水明沟，在基坑四角或每隔30-40m设置集水井，使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水井内，然后用水泵将其排出基坑外。这是一种人工排降法。它具有施工方便，用具简单，费用低廉的特点，在施工现场应用的最为普遍。在高水位地区基坑边坡支护工程中，这种方法往往作为阻挡法或其他降水方法的辅助排降水措施，它主要排除地下潜水、施工用水和天降雨水。 在地下水较丰富地区，若仅单独采用这种方法降水，由于基坑边坡渗水较多，锚喷网支护时使混凝土喷射难度加大（喷不上），有时加排水管也很难凑效，并且作业面泥泞不堪阻碍施工操作。因此，这种降水方法一般不单独应用于高水位地区基坑边坡支护中，但在低水位地区或土层渗透系数很小及允许放坡的工程中可单独应用。 明沟、集水井布置：

(1.1) 排水明沟：一般布置在基坑的四周并与后浇带位置纵横相同，基础边0.4m以外，够边缘离开边坡坡脚应不小于0.3m，。排水明沟的底面应比基底底0.3-0.4m，使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水井内。排水沟宽度一般为300-500mm。

(1.2) 集水井：在基坑四角、周边每隔30-40m、后浇带引出基坑位置设置集水井，集水井底面应比沟底面低0.5m以上，并随基坑的挖深而加深，以保证水流畅通。集水井宽度一般为700-800mm。 （2）分层明沟排水

基坑深度较大，地下水位较高以及多层土中上部有透水性较强的土时采用。在基坑（槽）边坡上设置2-3层明沟及相应集水井，分层阻截上部土体中的地下水。

排水沟和集水井设置方法：在基坑（槽）的周围一侧或两侧设置排水边沟，

每隔20-30m设置一集水井，使地下水汇集于井内。集水井的截面为600×600-800×800，井底保持低于0.4-1.0m，井壁用竹笼、木板加固。若一侧设排水沟，应设在地下水的上游。一般小面积的基坑（槽）排水沟深0.3-0.6，底宽等于或大于0.4，水沟的边坡为1:1-1:1.5，沟底设有0.1%-0.2%的纵坡，使水流不致阻塞。

（3）深层明沟排水

降水深度大的大面积地下室、箱型基础及基础群施工降低地下水位时采用。在建筑物内或附近适当位置于地下水上游开挖。纵长深沟作为主沟，自流或用泵将地下水排走。在建筑物、构筑物四周或内部设支沟与主沟连通，将水流引至主沟排出。主沟的沟底应较最深基坑底低1-2m。支沟比主沟浅500-800mm，通过基础部位填碎石及砂作盲沟，在基础回填前分段夯填粘土截断。深沟可设在厂房内或四周的永久性排水位置，集水井宜设在深基础附近。当排水方法确定并完成后，安装潜水泵、排水管，然后配置配电盘，安装电闸箱，接通电源。然后点动潜水泵开关，观察潜水泵正反转，必要时进行调整。最后连续排水。 （4）暗沟排水

(1.1)当地下水位较高,潜水层埋藏不深时,可采用排水沟或暗沟截流地下水及降低地下水位,沟底宜埋入不透水层内。沟壁最下一排渗水孔(或裂缝)的底部直高出沟底不小于0.2m。排水沟或暗沟设在路基旁侧时,宜沿路线方向布置,设在低洼地带或天然沟谷处时,宜顺山坡的沟谷走向布置。 排水沟可兼排地表水；在寒冷地区不宜用于排除地下水。

(1.2)排水沟或暗沟采用混凝土浇筑或浆砌片石砌筑时,应在沟壁与含水地层接触面的高度处,设置一排或多排向沟中倾斜的渗水孔。沟壁外侧应填以粗粒透水材料或土工合成材料作反滤层。沿沟槽每隔10～15m或当沟槽通过软硬岩层分界处时应设置伸缩缝或沉降缝。

（5）利用工程设施排水

二、 井点降水法

在地下水位以下的含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，采用一般的明沟排水方法，常会遇到大量地下涌水，难以排干；当遇粉、细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、流砂现象，不仅使基坑无法挖深，而且还会造成大量水土流失，使边坡失稳或附近地面出现塌陷，严重时还会影响邻近建筑物的安全。当遇有此种情况出现，一般应采用人工降低地下水位的方法施工。人工降低地下水位，常用的为各种井点排水方法，它是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或一侧、二侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，以总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑底 0.5-1.0m以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工，不但可避免大量涌水、冒泥、翻浆，而且在粉细砂、粉土地层中开挖基坑时，采用井点法降低地下水位，可防止流砂现象的发生；同时由于土中水分排除后，动水压力减小或消除，大大提高了边坡的稳定性，边坡可放陡，可减少土方开挖量；此外由于渗流向下，动水压力加强重力，增加土颗粒间的压力使坑底土层更为密实，改善了土的性质；而且，井点降水可大大改善施工操作条件，提高工效加快工程进度。但井点降水设备一次性投资较高，运转费用较大，施工中应合理地布置和适当地安排工期，以减少作业时间，降低排水费用。

井点降水方法的种类有：单层轻型井点、多层轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井点以及小沉井井点等。可根据土的种类，透水层位置，厚度，土层的渗透系数，水的补给源，井点布置形式，要求降水深度，邻近建筑、管线情况，工程特点，场地及设备条件以及施工技术水平等情况，作出技术经济和节能比较后确定，选用一种或两种，或井点与明排综合使用。下面为各种井点适用的土层渗透系数和降水深度情况。可供选用参考。 各种井点的适用范围：

项次 井点类别 土层渗透系数（m/d） 降低水位深度（m） 1 单层轻型井点 0.5—50 3-6 2 多层轻型井点 0.5—50 6-12 3 喷射井点 0.1—2 8—20

4 电渗井点 <0.1 根据选用的井点确定 5 管井井点 20-200 3—5 6 探井井点 5-25 >15

注：无砂混凝土管井点、小沉井井点适用于土层渗透系数 10-250m／d，降水深度 5-10m。

下面是几种常用的井点降水法： 1、 轻型井点降水

轻型井点降低地下水位，是沿基坑周围以一定间距埋人井点管(下端为滤管)至蓄水层内，井点管上端通过弯连管与地面上水平铺设的集水总管相连接，利用真空原理，通过抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底以下。 一级轻型井点降水是国内应用很广的降水方法，它比其他井点系统施工简单、安全、经济，特别适用于基坑面积不大，降低水位不深的场合。 该方法降低水位深度一般在3-6m之间，若要求降水深度大于6m，理论上可以采用多级井点系统，但要求基坑四周外需要足够的空间，以便于放坡或挖槽，这对于场地受限的基坑支护工程一般是不允许的，故常用的是一级轻型井点系统。轻型井点适用的土层渗透系数位0.1-50m/d，当土层渗透系数偏小时，需要采用在井点管顶部用粘土封填和保证井点系统各连接部位的气密性等措施，以提高整个井点系统的真空度，才能达到良好的效果。轻型井点系统的布置，应根据基坑或沟槽的平面形状和尺寸、深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等因素综合确定。

2、 喷射井点降水

喷射井点系统能在井点底部产生250mm水银柱的真空度，其降低水位深度大，一般在8-20m范围。 它适用的土层渗透系数与轻型井点一样，一般为0.1-50m/d。但其抽水系统和喷射井管很复杂，运行故障率较高，且能量损耗很大，所需费用比其他井点法要高。喷射井点的主要构造和工作原理是：自高压泵输入的水流，经输水导管而达到喷嘴，在喷嘴处由于截面缩小，流速骤增到极大值，水流即以此流速冲入混合室中。由于喷嘴处流速增加，水流中的压力即相应地减低，而达到某一预定的真空度；因此，大气压力即将所欲提升的地下水经吸入管压入混合室中。此时，工作水流与被吸入的水流混合而产生直接的能量交换，同时混合室的截面积逐渐增加，流速渐减，最后以正常的速度流出井点喷射井点一级能提升离地面 30m 以内的地下水，并能在井点底部产生 250mm 水银柱的真空度，但因能量消耗很大，所以其工作效率一般只有 30% ，同时设计十分复杂，

喷嘴与混合室常须检验并掉换，特别是滤层填料不好时，常有细砂带入，使喷嘴特别易于磨损。 3、 深井井点降水

深井井点是基坑支护中应用较多的降水方法，它的优点是排水量大、降水深度大、降水范围大等。 对于砂砾层等渗透系数很大且透水层厚度大的场合，一般用轻型井点和喷射井点等方法不能凑效，采用此法最为适宜。深井井点适用的土层渗透系数为10-250m/d、降低水位深度可大于15m，常用于降低承压水。它可以布置在基坑四周外围，必要时也可布置在基坑内。有时这方法与其他井点系统组合应用降低水位效果更好。 对于基坑底部有可能发生突涌、流砂、隆起的危险场合，深井点降低承压水位，有助于减除压力、保证基坑的安全性。深井点的缺点是：由于降水深度大、出水量大和水位降落曲线陡等原因，势必造成降水的影响范围和影响程度大，因此基坑周围建筑物的不均匀沉降要足够重视、慎重对待、定时观察，及时处理。 4、 电渗井点降水

电渗井点适用于渗透系数很小的细颗粒土，如粘土、亚粘土、淤泥和淤泥质粘土等。这些土的渗透系数小于0.1m/d，用一般井点很难达到降水目的。 利用电渗现象能有效地把细粒土中的水抽吸排出。其原理为在上述的土中插入二个电极，并施加一定强度的直流电，则发现土中的水将与土分离，由阳极流向阴级，若将井点作为阴级，则可将分离的水抽出这样，本来土中抽不出的趋向基坑边坡并减低稳定性的地下水，由于施加直流电的影响就渗流到井点排出，从而增加了土的强度和边坡的稳定性。根据美国 Cassagrande 的研究表明：电渗渗透系数 k ，或电渗流的流动速率，在砂土、粉土或粘土中大致相同，为实用起见，他假定大多数土的电渗渗透系数，当在每厘米1伏特的梯度情况下，为 0.5x10-2m/s。电渗井点需要与轻型井点或喷射井点结合应用，其降低水位深度决定于轻型井点或喷射井点。在电渗井点降水过程中，应对电压、电流密度和耗电量等进行量测和必要的调整，并做好记录，因此比较繁琐。 5、 管井井点降水

管井井点适用于渗透系数大的砂砾层，地下水丰富的地层，以及轻型井点不易解决的场合。每口管井出水流量可达到50-100m3/h，土的渗透系数在20-200m/d范围内，降低地下水位深度约3-5m。这种方法一般用于潜水层降水。 6、其他降水方法 a、真空井点

当基坑处于渗透系数较小的 （k<（0.1-10）x10-2m/s） 细粒粉土的场合时，用普通井点己不能成功地降水，这是因为土中有一部分由于毛细管力的作用而不能用重力的方法抽出。因此必须采用真空井点降水。真空降水是在井点的顶部用粘土或膨润土封住，其厚度约为 1～1.5m ，以保持滤管和其填料内的真空度，从而使井点的水力坡降增加，特别是在层状土的情况下，在井点周围的土被大气压力所稳定，阻止渗流趋向基坑并增加土的有效应力和抗剪强度。这种情况的降水要求其井点的间距要小，从而使地下水易于抽出.就井点系统而言，其在滤管及其周围的填料的净真空度，等于在总管的真空度减去井点管的长度。因此，如果降水超过 4.5m ，则在系统内所能获得的真空度就相对地小了。如果再有较大的空气损失（如总管、弯联管及其他各处接合不严，封口粘上失效等等），那就需要另外增加一台真空泵，以保证系统内获得最大的真空度。除封口处的粉质粘

土外，所有多层土的地下水都能受到真空的作用而流向滤管及其周围的填料。