若地下水位较高，当开挖基坑或沟槽至地下水位以下时，由于土的含水层被切断，地下水将不断渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。这样不仅使施工条件恶化，而且土被水浸泡后会导致地基承载能力的下降和边坡的坍塌。为了保证工程质量和施工安全，做好施工排水、降水工作，保持开挖土体的干燥是十分重要的。
排除地面水（包括雨水、施工用水、生活污水等），一般采取在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法并尽量利用原有的排水系统，使临时性排水设施与永久性设施相结合。
基坑降水的方法有集水井降水法和井点降水法。集水井降水法一般用于降水深度较小且土层中无细砂、粉砂时；如降水深度较大或土层为细砂、粉砂，或处于软土地区，应尽量采用井点降水法。不论采用哪种方法，降水工作应持续到基础施工完毕并回填土后才停止。
图1.26 集水井降水
1—排水沟；2—集水井；3—水泵
1.4.3.1 集水井降水
集水井降水法是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央开挖有一定坡度的排水沟，在坑底每隔一定距离设一个集水井，地下水通过排水沟流入集水井，用水泵抽走，见图1.26。
集水井降水法是一种常用的简易的降水方法，适用于面积较小、降水深度不大的基坑（槽）开挖工程。对软土或土层中含有细砂、粉砂或淤泥层时，不宜采用这种方法，因为在基坑中直接排地下水将产生自下而上或从边坡向基坑方向流动的动水压力，容易导致边坡塌方和流砂现象并使基底土结构遭受破坏。
1.排水沟
在施工时，于开挖基坑的周围一侧或两侧，有时在基坑中心，设置排水沟。水沟截面要考虑基坑排水量及对邻近建筑物的影响。一般排水沟深度为0.4～0.6m，最小0.3m，宽等于或大于0.4m。水沟的边坡为1：1～1：0.5，水沟应具有0.2%～0.5%的最小纵向坡度，使水流不致阻滞而淤塞。为保证沟内流水通畅，避免携砂带泥，排水沟的底部及侧壁可根据工程具体情况及土质条件采用素土、砖砌或混凝土等形式。
2.集水井
沿排水沟的纵向，每隔30～40m设置一个集水井，使地下水汇流于集水井内，便于用水泵将水排出基坑以外。挖土时，集水井井底应低于排水边沟1m左右，并低于抽水泵进水阀的高度。集水井内壁直径一般为0.6～0.8m。井壁用竹木或砌干砖、水泥管、挡土板等临时简易加固。井底反滤层铺0.3m厚左右的碎石、卵石。排水沟和集水井应随着挖土而加深，以保持水流通畅。
3.水泵
4.流砂及其防治
（1）流砂现象。
基坑挖土至地下水位以下，土质为细砂土或粉砂土的情况下，采用集水坑降低地下水时，坑下的土有时会形成流动状态，并随着地下水流入基坑，这种现象称为流砂现象。出现流砂现象时，土完全丧失承载力，土体边挖边冒流砂，使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度，严重时会引起基坑边坡塌方，临近建筑因地基被掏空而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。
（2）产生流砂现象的原因。
产生流砂现象的原因有其内因和外因。内因取决于土壤的性质。当土的孔隙度大、含水量大、黏粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象经常发生在细砂、粉砂和亚砂土中；但会不会发生流砂现象，还应具备一定的外因条件，即地下水及其产生动水压力的大小。
（3）流砂防治方法。
由于在细颗粒、松散、饱和的非黏性土中发生流砂现象的主要条件是动水压力的大小和方向。当动水压力方向向上且足够大时，土转化为流砂，而动水压力方向向下时，又可将流砂转化成稳定土。因此，在基坑开挖中，防治流砂的原则是“治流砂必先治水”。
防治流砂的主要途径有：减少或平衡动水压力；设法使动水压力方向向下；截断地下水流。其具体措施有：
1）枯水期施工法。枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。
2）抢挖并抛大石块法。分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。
3）设止水帷幕法。将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，从而使地下水只能从支护结构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。
4）人工降低地下水位法。即采用井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射井点等），使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的渗流向下，则动水压力的方向也向下，从而水不能渗流入基坑内，可有效地防止流砂的发生。因此，此法应用广泛且较可靠。
此外，可采用地下连续墙、压密注浆法、土壤冻结法等阻止地下水流入基坑，以防止流砂发生。
1.4.3.2 人工降低地下水位
人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，先在基坑周围埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底以下，直至基础工程施工完毕为止。这样，可使基坑始终保持干燥状态，防止流砂发生，改善了工作条件。但降水前，应考虑在降水影响范围内的已有建筑物和构筑物可能产生附加沉降、位移，从而引起开裂、倾斜和倒塌，或引起地面塌陷，必要时应事先采取有效的防护措施。
人工降低地下水位方法有：轻型井点、喷射井点、管井井点、深井泵以及电渗井点等，可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件等，参照表1.6进行选择。其中以轻型井点采用较广，下面重点阐述轻型井点降水方法。
表1.6 各种井点的适用范围
轻型井点法就是沿基坑的四周将许多直径较细的井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，这样便可将原有地下水位降至坑底以下所要求的深度。其全貌如图1.27所示。
图1.27 轻型井点降水法全貌图
1—井点管；2—滤管；3—集水总管；4—弯联管；5—水泵房；6—原地下水位线；7—降低后的地下水位线
1.轻型井点的设备
图1.28 滤管构造图
轻型井点的设备主要由管路系统和抽水设备两部分组成。轻型井点的管路系统主要包括滤管、井点管、弯联管及总管等。滤管是轻型井点的进水装置，它的上端与井点管连接，其长度为1.0～1.5m、直径为38mm或51mm；管壁上钻有直径为13～19mm、按梅花状排列的小圆孔，其总面积为滤管表面积的20%～25%，管外包裹两层滤网，内层为细滤网，采用网眼为30～50孔/cm2的黄铜丝布、生丝布或尼龙丝布，外层为粗滤网，采用网眼3～10孔/cm2 的铁丝节或尼龙丝布或棕树皮，以便地下水通过滤网吸入井点管，并阻止泥沙进入管内，如图1.28所示。为使吸水流畅，避免吸水孔发生堵塞，在管壁与滤网间用塑料管或铁丝绕成螺旋形，使两者隔开一定间隙；在滤网的最外面，再绕一层粗铁丝保护网；为防止滤管在插入土层时下端进入泥沙，在其下端设置一个铸铁头。
井管为直径38mm或51mm、长度为5～7m的钢管（或镀锌钢管），井点管上端用弯联管与总管连接。弯联管宜用透明塑料管或橡胶软管，每个弯联管上最好装上阀门，以便于调节或检修。
集水总管一般用Φ75～100mm的钢管分节连接，每节长4m，其上装有与井点管连接的短接头，间距为0.8～1.6m。总管应有2.5‰～5‰坡向泵房的坡度。总管与井管用90°弯头或塑料管连接。
轻型井点的抽水设备由真空泵、离心泵和水汽分离器等组成。
2.轻型井点的布置
轻型井点的布置应根据基坑形状与大小、地质和水文情况、工程性质、降水深度等确定。
图1.29 单排井点布置简图
（a）平面布置；（b）高程布置
（1）平面布置。
当基坑（槽）宽小于6m、且降水深度不超过6m时，可采用单排井点，布置在地下水上游一侧，两端延伸长度以不小于槽宽为宜（图1.29）。如宽度大于6m或土质不良、渗透系数较大时，宜采用双排井点，布置在基坑（槽）的两侧。当基坑面积较大时宜采用环形井点（图1.30）；考虑材料、设备等运输通道，一般在地下水下游方向布置成不封闭。井点管距离基坑壁一般可取0.7～1.0m，以防局部发生漏气。井点管间距为0.8m，1.2m，1.6m，由计算或经验确定。井点管在总管四角部分应适当加密。
图1.30 环形井点布置图
（a）平面布置；（b）高程布置
1—总管；2—井点管；3—抽水设备
（2）高程布置。
轻型井点的降水深度，从理论上可以达到10.3m，但由于管路系统的水头损失，其实际的降水深度一般不宜超过6m，如图1.29（b）和图1.30（b）所示。井点管的埋置深度H，可按下式进行计算：
式中 H——井点管的埋置深度，m；
H1——井点管埋设面至基坑底面的距离，m；
h——基坑底面至降低后的水位线的距离，m；
i——水力坡度，单排井点取1/4，双排井点或环状井点取1/10～1/15；
L——井点管至基坑中心的水平距离，m。
图1.31 二级轻型井点降水示意图
1—第一级轻型井点；2—第二级轻型井点；3—集水总管；4—连接管；5—水泵；6—基坑；7—原地面线；8—原地下水位线；9—降低后地下水位线
如果由式（1.33）计算得出的H 值小于6m时，用一级井点降水就能满足要求。如果H 值稍大于6m时，为了满足降水深度的要求，应降低井点管管路系统的埋置面。事先挖槽降低埋置标高，使管路系统安装在靠近原地下水位线甚至稍低于原地下水位线的地方。此时，可设置明沟和集水井，排除事先挖槽所引起的渗水，然后再布置井点系统就能充分利用设备能力，增加降水深度。
当一级井点系统达不到降水深度要求时，可采用二级井点进行降水，即先挖去第一级井点排干的土，然后再布置第二级井点，如图1.31所示。
（3）轻型井点的计算。(www.xing528.com)
轻型井点的计算内容包括涌水量计算、井点管数量和井距的确定等。
1）涌水量计算。
计算涌水量首先要判断水井类型，计算公式依据水井类型而定。水井根据井底是否达到不透水层，分为完整井和非完整井。凡井底达到含水层下面的不透水层的井为完整井，否则为非完整井。根据抽取的地下水层有无压力，水井又分为无压井与承压井（图1.32）。
图1.32 水井的分类
（a）无压完整井；（b）无压非完整井；（c）承压完整井；（d）承压非完整井
a.无压完整井涌水量计算。无压完整井抽水时，井周围的水面最后将落成为渐趋稳定的漏斗状曲面，称为降落漏斗。水井轴线至漏斗最外缘的水平距离称为抽水影响半径R（图1.33）。对于无压完整井的环状井点系统，群井涌水量计算公式为
式中 Q——井点系统的涌水量，m3/d；
K——土的渗透系数，m/d，可以由实验室或现场抽水试验确定；
H——含水层厚度，m；
s——水位降低值，m；
R——抽水影响半径，m；
F——基坑周围井点所包围的面积，m2。
当矩形基坑的长宽比大于5，或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时，需将基坑分块，分别计算涌水量后再相加得到总涌水量。
图1.33 环形井点涌水量计算简图
（a）无压完整井；（b）无压非完整井
b.无压非完整井涌水量计算。无压非完整井涌水量计算较为复杂，为了简化计算，仍可采用完整井公式计算，但需将含水层厚度H 换成有效深度H0，即
其中有效深度H0为经验数值，可以查1.7表得到。
表1.7 有效深度H0 值
c.承压完整井涌水量计算。承压完整井环形井点涌水量计算公式为
式中 M——承压含水层厚度，m；
其他符号含义同前。
d.承压非完整井涌水量计算。承压非完整环状井点系统的涌水量计算公式为
式中 r——井点管的半径，m；
l——滤管长度，m；
其他符号含义同前。
2）井点管数量与井距的确认。
单根井管的最大出水量可用下式计算：
式中 q——单根井管的最大出水量，m3/d；
d——滤管的直径，m；
l——滤管的长度，m；
K——土壤的渗透系数，m/d。
井点管所需的根数n可按下式计算：
井点管间距可根据井点系统布置方式，按下式计算：
式中 D——井点管之间的间距，m；
L——矩形井点系统的长度，m；
B——矩形井点系统的宽度，m。
求出的井点管之间的间距应大于15d，如果井点管太稠密，会影响抽水效果。另外，其间距还应符合总管接头的间距。
（4）轻型井点的施工准备和安装。
轻型井点的施工准备工作包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。
井点系统安装的顺序：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、埋设井点管、埋砂滤层、黏土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。其中井点管的埋设质量是保证轻型井点顺利抽水、降低地下水位的关键。
图1.34 井点管的埋设（单位：mm）
（a）冲孔；（b）埋管
1—冲管；2—冲嘴；3—胶皮管；4—高压水泵；5—压力表；6—起重机吊钩；7—井点管；8—滤管；9—填砂；10—黏土封口
井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔和埋管两个过程，如图1.34所示。冲孔时，先用起重设备将井点管吊起并垂直地插在井点位置上，利用高压水在井管下端冲刷土体，井点管则边冲边沉，直至比滤管底深0.5m时停止冲水。
井孔冲成后，拔出冲管，立即将井点管居中插入，并在井点管与孔壁之间及时均匀地填灌砂滤层以防孔壁塌土。砂滤层宜选用干净粗砂，以免堵塞滤管网眼。距地面以下0.5～1.0m 范围内用黏土填塞封口，以防漏气。
井点系统全部安装完毕后，应进行试抽，以检查有无漏气、漏水现象，出水是否正常，井点管有无淤塞。如有异常，进行检修后方可使用。
（5）轻型井点的使用。
轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。若时抽时停，滤网易堵塞。中途停抽，地下水回升，也会引起边坡塌方事故。地下工程竣工后，用机械或人工拔除井管，井孔用砂石回填，地面下2m范围内用黏土填实。
（6）周围环境保护。
1）降水对周围环境的影响井点管埋设完成开始抽水时，井内水位开始下降，周围含水层的水不断流向滤管，在无承压水等环境条件下，经过一段时间之后，在井点周围形成漏斗状的弯曲水面，即“降水漏斗”。这个漏斗状水面逐渐趋于稳定，一般需要几天到几周的时间。降水漏斗范围内的地下水位下降以后，必然会造成地面沉降。该影响范围较大，有时影响半径可达百米。在实际工程中，由于井点管滤网及砂滤层结构不良，把土层中的黏土颗粒、粉土颗粒甚至细砂连同地下水一同抽出地面的情况也是经常发生的。这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧，造成附近建筑物及地下管线的不同程度的损坏。
2）防治措施。设置地下水位观测孔，并对临近建筑、管线进行监测。在降水系统运转过程中，随时检查观测孔中的水位，发现沉降量达到报警值时，应及时采取措施。
降水施工时，应做好井点管滤网及砂滤层，防止抽水带走土层中的细颗粒。当有坑底承压水时，应采取有效措施防止流砂。
如果施工区周围有湖、河、洪等贮水体时，应在井点和贮水体之间设置止水帷幕，以防抽水造成与贮水体穿通，引起大量涌水，甚至带出土颗粒而产生流砂现象。
在建筑物和地下管线密集区等对地面沉降控制有严格要求的地区开挖深基坑时，应尽可能设止水帷幕，并进行坑内降水。这样，一方面可疏干坑内地下水，以利开挖施工，同时，可利用止水帷幕切断坑外地下水的涌入，大大减小对周围环境的影响。
场地外缘设置回灌系统也是减小降水对周围环境影响的有效方法。回灌系统包括回灌井点和砂沟、砂井回灌两种形式。回灌井点是在抽水井点设置线外4～5m处以间距3～5m插入注水管，将井点中抽取的水经过沉淀后用压力注入管内，形成一道水墙，以防止土体过量脱水，而基坑内仍可保持干燥。这种情况下抽水管的抽水量约增加10%，故可适当增加抽水井点的数量。回灌井点布置如图1.35所示。
图1.35 回灌井点布置
（a）回灌井点布置；（b）回灌井点水位
1—降水井点；2—回灌井点；3—原水位线；4—基坑内降低后的水位线；5—回灌后水位线
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
