「施工技术」基坑工程→地下水控制施工工艺

1地下水控制主要方法和原则

1.1地下水控制主要方法

基坑工程施工中为避免产生流砂、管涌、坑底突涌，防止坑壁土体坍塌，减少开挖对周边环境的影响，便于土方开挖和地下结构施工作业，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层，坑底以下存在承压含水层时，需选择合适的方法对地下水进行控制。

地下水控制是基坑工程的重要组成部分，主要方法包括集水明排、井点降水、隔水和回灌，其适用条件大致如表1所示，选择时根据土层情况、降水深度、周围环境、支护结构类型等综合考虑后优选。根据降水目的不同，分为疏干降水和减压降水。井点类型主要包括轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和真空管井井点。当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用隔水或回灌方法。

地下水控制方法适用条件 表1

1. 2地下水控制主要原则

（1） 应根据基坑围护设计方案和环境条件，制定有效的地下水控制方案，疏干降水后 的坑内水位线宜低于基坑开挖面及基坑底面0. 5—1. 5m。

（2） 满足承压水稳定性要求。当承压含水层顶板埋深小于基坑开挖深度，应通过有效的减压降水措施，将承压水水头降低至安全埋深以下。

（3） 对于涉及承压水控制的基坑工程，应进行专门的基坑降水设计。降水设计前应进 行专门的水文地质勘察，通过现场水文地质抽水试验，获取降水影响范围内的含水层或含水层组的水文地质参数。

（4） 降低承压水应按照按需降水的原则，即在降水方案设计中计算出每层土方开挖需降低的承压水高度，在土方开挖前通过群井抽水试验确定降压井运行方案, 在土方开挖及降压井运行过程中通过观测井监测承压水水位，严格按照降水方案和群井抽水试验中规定的要求抽水，严禁多抽，从而把因降水引起的周边地表沉降降到最低。观测井在坑内可以利用备用井，坑外观测井需另外打设。

（5） 可组合采用多种地下水控制措施，如轻型井点结合管井井点降水，即在浅层采用 轻型井点，开挖深度大于6m后采用管井井点。

2集水

2.1基坑外侧集水明排

应在基坑外侧场地设置集水井、排水沟等组成的地表排水系统，避免坑外地表水流入基坑。集水井、排水沟宜布置在基坑外侧一定距离，有隔水帷幕时，排水系统宜布置在隔水帷幕外侧且距隔水帷幕的距离不宜小于0-5m；无隔水帷幕时，基坑边从坡顶边缘起计算。

2.2基坑内集水明排

应根据基坑特点，沿基坑周围合适位置设置临时明沟和集水井（图1），

图1：普通明沟排水方法

1一排水明沟；2一集水井；3一水泵；4—基础边线；

5—原地下水位线；6一降低后地下水位线

临时明沟和集水井应随土方开挖过程适时调整。土方开挖结束后，宜在坑内设置明沟、盲沟、集水井。基坑采用多级放坡开挖时，可在放坡平台上设置排水沟。面积较大的基坑，还应在基坑中部增设排水沟。当排水沟从基础结构下穿过时，应在排水沟内填碎石形成盲沟。

2.3基本构造

一般每隔30?40m设置一个集水井。 集水井截面一般为0. 6mX0. 6m~0. 8m X0. 8m,其深度随挖土加深而加深，并保持低于挖土面0.8?1.0m,井壁可用砖砌、木板或钢筋笼等简易加固。挖至坑底后，井底宜低于坑底1m,并铺设碎石滤水层，防止井底土扰动。基坑排水沟一般深0. 3 ~ 0. 6m,底宽不小于 0.3m,沟底应有一定坡度，以保持水流畅通。排水沟、集水井的截面应根据排水量确定。若基坑较深，可在基坑边坡上设置2 ?3层明沟及相应的集水井，分层阻截地下水（图2）排水沟与集水井的设计及基本构造，与普通明沟排水相同。

图2分层明沟排水方法

1—底层排水沟；2—底层集水井；3—二层排水沟；4--层 集水井；

5—水泵；6—原地下水位线；7一降低后地下水位线

2.4排水机具的选用

排水所用机具主要为离心泵、潜水泵和泥浆泵。选用水泵类型时，一般取水泵排水量为基坑涌水量的1. 5-2. 0倍。

2.5集水明排施工和维护

为防止排水沟和集水井在使用过程中出现渗透现象，施工中可在底部浇筑素混凝土垫 层，在沟两侧采用水泥砂浆护壁。土方施工过程中，应注意定期清理排水沟中的淤泥，以防止排水沟堵塞。另外还要定期观测排水沟是否出现裂缝，及时进行修补，避免渗漏。

3基坑隔水

基坑工程隔水措施可采用水泥土搅拌桩、高压喷射注浆、地下连续墙、咬合桩、小齿口钢板桩等。有可靠工程经验时，可采用地层冻结技术(冻结法)阻隔地下水。当地质条件、环境条件复杂或基坑工程等级较高时，可采用多种隔水措施联合使用的方式，增强隔水可靠性。如搅拌桩结合旋喷桩、地下连续墙结合旋喷桩、咬合桩结合旋喷桩等。

隔水帷幕在设计深度范围内应保证连续性，在平面范围内宜封闭，确保隔水可靠性。 其插入深度应根据坑内潜水降水要求、地基土抗渗流(或抗管涌)稳定性要求确定。隔水帷幕的自身强度应满足设计要求，抗渗性能应满足自防渗要求。

基坑预降水期间可根据坑内、外水位观测结果判断止水帷幕的可靠性；当基坑隔水帷幕出现渗水时，可设置导水管、导水沟等构成明排系统，并应及时封堵。水、土流失严重时，应立即回填基坑后再釆取补救措施。

4基坑降水

4.1基坑降水井点的选型

基坑降水应根据场地的水文地质条件、基坑面积、开挖深度、各土层的渗透性等，选择合理的降水井类型、设备和方法。常用降水井类型和适用范围见表2

应根据基坑开挖深度和面积、水文地质条件、设计要求等，制定和采用合理的降水方案，并宜参照表3中的规定施工。

续表

4.2轻型井点降水

轻型井点降低地下水位，是按设计要求沿基坑周围埋设井点管，一般距基坑边0.7? 1.0m,铺设集水总管（并有一定坡度），将各井点与总管用软管（或钢管）连接，在总管中段适当位置安装抽水水泵或抽水装置。

1.轻型井点构造

井点管为?38?55mm的钢管，长度5?7m,井点管水平间距一般为1. 0?2. 0m （可根据不同土质和预降水时间确定）。管下端配有滤管和管尖。滤管直径与井点管相同，管壁上渗水孔直径为12?18mm,呈梅花状排列，孔隙率应大于15%；管壁外应设两层滤网，内层滤网宜采用30—80目的金属网或尼龙网，外层滤网宜采用3?10目的金属网或尼龙网；管壁与滤网间应采用金属丝绕成螺旋形隔开，滤网外面应再绕一层粗金属丝。滤管下端装一个锥形铸铁头。井点管上端用弯管与总管相连。

连接管常用透明塑料管。集水总管一般用直径75?110mm的钢管分节连接，每节长4m,每隔0.8?1.6m设一个连接井点管的接头。根据抽水机组的不同，真空井点分为真空泵真空井点、射流泵真空井点和隔膜泵真空井点，常用者为前两种。

2.轻型井点设计

轻型井点的布置主要取决于基坑的平面形状和基坑开挖深度，应尽可能将要施工的建筑物基坑面积内各主要部分都包围在井点系统之内。开挖窄而长的沟槽时, 可按线状井点布置。如沟槽宽度大于6m, 且降水深度不超过6m时，可用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，两端适当加以延伸，延伸宽度以不小于槽宽为宜, 如图3所示。

图3单排线状井点布置

1一井点管；2—集水总管；3一抽水设备；4一基坑;

5—原地下水位线；6一降低后地下水位线 H一井管长度；Hi一井点埋设面至坑底距离；

l一滤管长度；h一降低后水位至坑底安全距离； L一井管至坑边水平距离

当因场地限制不具备延伸条件时可采取沟槽两端加密的方式。如开挖宽度大于6m或土质不良，则可用双排线 状井点。当基坑面积较大时，宜采用环状井点（图4）,有时亦可布置成“U”形，以利于挖土机和运土车辆出入基坑。井点 管距离基坑壁一般可取0. 7?1. 0m以防局部发生漏气。在确定井点管数量时应考虑在基坑四角部分适当加密。当基坑采用隔水帷幕时，为方便挖土，坑内也可采用轻型井点降水。

图4环形井点布置图

1一井点；2一集水管；3—弯联管；4—抽水 设备；5一基坑；6一填黏土；

7一原地下 水位线；8一降低后地下水位线

一套机组携带的总管最大长度：真空泵不宜超过100m；射流泵不宜超过80m；隔膜泵不宜超过60m。当主管过长时，可采用多套抽水设备；井点系统可以分段，各段长度应大致相等，宜在拐角处分段，以减少弯头数量，提高抽吸能力；分段宜设阀门，以免管内水流紊乱， 影响降水效果。

真空泵由于考虑水头损失，一般降低地下水深度只有5. 5?6m。当一级轻型井点不能满 足降水深度要求时，可采用明沟排水结合井点的方法，将总管安装在原地下水位线以下，或 采用二级井点排水（降水深度可达7?10m）, 即先挖去第一级井点排干的土，然后再在坑内 布置埋设第二级井点，以增加降水深度，如图 5所示。抽水设备宜布置在地下水的上游， 并设在总管的中部。

图5：二级轻型井点布置图

3.轻型井点施工

（1）轻型井点的施工工艺

定位放线→挖井点沟槽→敷集水总管→冲孔（或钻孔）→安装井点管→灌填滤料、黏土封口→用弯联管连通井点管与总管→安装抽水设备并与总管连接→安装排水管→真空泵排气→离心水泵试抽水→观测井中地下水位

（2）井点管的埋设

井点管埋设可用射水法、钻孔法和冲孔法成孔，井孔直径不宜小于300mm,孔深宜比滤 管底深0.5?1.0m。在井管与孔壁间应用滤料回填密实，滤料回填至顶面与地面高差不宜小 于1.0m。滤料顶面至地面之间，须采用黏土封填密实，以防止漏气。填砾石过滤器周围的 滤料应为磨圆度好、粒径均匀、含泥量小于3%的砂料，投入滤料数量应大于计算值的85%。目前常用的方法是冲孔法，冲孔时的冲水压力如表4所示。

4. 3喷射井点降水

喷射井点是利用循环高压水流产生的负压把地下水吸出。喷射井点主要适用于渗透系数较小的含水层和降水深度较大（8~20m）的降水工程。其工作原理如图6、图7所示。

图6：喷射井点布置示意图

1一喷射井管；2一滤管；3—供水总管；4一排水总管；

5—高压离心水泵；6一水池；7一排水泵；8—压力表

图7：喷射井点扬水装置 （喷嘴和混合室）构造

1—扩散室；2—混合室；3一喷 嘴；4一喷射井点外管；5一喷射井点内管

喷射井点的主要工作部件是喷射井管内管底端的扬水装置一喷嘴的混合室 （图7）；当喷射井点工作时，由地面高压离心水泵供应的高压工作水，经过内外管之间的环形空间直达底端，在此处高压工作水由特制内管的两侧进水孔进入至喷嘴喷出，在喷嘴处由于过水断面突然收缩变小，使工作水流具有极高的流速（30?60m/s）,在喷口附近造成负压（形成真空），因而将地下水经滤管吸入，吸入的地下水在混合室与工作水混合，然后进入扩散室，水流从动能逐渐转变为位能，即水流的流速相对变小，而水流压力相对增大，把地下水连同工作水一起扬升出地面，经排水管道系统排至集水池或水箱, 由此再用排水泵排出。

1. 喷射井点布置

喷射井点降水设计方法与轻型井点降水设计方法基本相同。基坑面积较时，井点采用环形布置（图8）；基坑宽度小于10m时采用单排线型布置。喷射井管管间距一般为 2?4m。当采用环形布置时，进出口（道路）处的井点间距可扩大为5?7m。冲孔直径为400?600mm,深度比滤管底深1m以上。

图8：管