基坑排水：如何确保施工顺利进行？

项目六　基坑排水

当围堰合拢闭气后，应立即进行排除基坑内的积水和渗水，以保证基坑开挖、地基处理和建筑物施工的正常进行。基坑积水的排除称为初期排水，以后基坑开挖及建筑物基础施工过程中排水称为经常性排水。初期排水采用明排法，经常性排水则有明排法和人工降低地下水位两种。中小型水利水电工程在经常性排水中，一般采用明排法，这种方法简单，易于操作。

一、初期排水

基坑积水主要是指围堰闭气后存于基坑内的水体，还要考虑排除积水过程中从围堰及地基渗入基坑的水量和降雨。初期排水的流量是选择水泵数量的主要依据，应根据地质情况、工期长短、施工条件等因素确定。初期排水流量可按下式估算：

式中：Q——初期排水流量（m₃/s）；

　　　V——基坑积水的体积（m₃）；

　　　K——积水系数，考虑了围堰、基坑渗水和可能降雨的因素，对于中小型工程，取K＝2～3；

　　　T——初期排水时间（s）。

初期排水时间与积水深度和允许的水位下降速度有关。如果水位下降太快，围堰边坡土体的动水压力过大，容易引起坍坡；如水位下降太慢，则影响基坑开挖工期。基坑水位下降的速度一般控制在0.5～1.5 m/d为宜。在实际工程中，应综合考虑围堰形式、地基特性及基坑内水深等因素而定。对于土围堰，水位下降速度应小于0.5 m/d。

根据初期排水流量即可确定水泵工作台数，并考虑一定的备用量。水利工地常用离心泵或潜水泵。为了运用方便，可选择容量不同的水泵，组合使用。水泵站一般布置成固定式或移动式两种，见图2－28，当基坑水深较大时，采用移动式。

图2－28　基坑初期排水示意图（a）固定式排水；（b）移动式排水

二、经常性排水

当基坑积水排除后，立即进行经常性排水。对于经常性排水，主要是计算基坑渗流量，确定水泵工作台数，布置排水系统。

1.排水系统布置

经常性排水通常采用明式排水，排水系统包括排水干沟、支沟和集水井等。一般情况下，排水系统分为两种情况，一种是基坑开挖中的排水，另一种是建筑物施工过程中的排水。前者是根据土方分层开挖的要求，分次下降水位，通过不断降低排水沟高程，使每一个开挖土层呈干燥状态。排水系统排水沟通常布置在基坑中部，以利两侧出土；当基坑较窄时，将排水干沟布置在基坑上游侧，以利于截断渗水。沿干沟垂直方向设置若干排水支沟。基础范围外布置集水井，井内安设水泵，渗水进入支沟后汇入干沟，再流入集水井，由水泵抽出坑外。后者排水目的是控制水位低于坑底高程，保证施工在干地条件下进行。排水沟通常布置在基坑四周，离开基础轮廓线不小于0.3～1.0 m。集水井离基坑外缘之距离必须大于集水井深度。排水沟的底坡一般不小于2‰，底宽不小于0.3 m，沟深为：干沟1.0～1.5 m，支沟为0.3～0.5 m。集水井的容积应保证水泵停止运转10～15 min井内的水量不致漫溢。井底应低于排水干沟底1～2 m。经常性排水系统布置见图2－29所示。

2.经常性排水流量

经常性排水主要排除基坑和围堰的渗水，还应考虑排水期间的降雨、地基冲洗和混凝土养护弃水等。这里仅介绍渗流量估算方法。

（1）围堰渗流量

透水地基上均质土围堰，每米堰长渗流量q可按下式计算：

式中：L＝l₀＋l－0.5mH（m）

　　　q——渗入基坑的围堰单宽渗透流量，m₃/（d·m）；

　　　K——渗透系数，m/d。

其余符号如图2－30。

图2－29　修建建筑物时基坑排水系统布置　（a）开挖过程中排水；（b）基础施工过程中排水
1.围堰；2.集水井；3.排水干沟；4.支沟；5.排水沟；6.基础轮廓；7.水流方向

图2－30　透水地基上的渗透计算简图

（2）基坑渗流量

由于基坑情况复杂，计算结果不一定符合实际情况，应用试抽法确定。近似计算时可采用表2－5所列参数。

表2－5　地基渗流量［m₃/（h、m、m₂）］

降雨量按在抽水时段最大日降水量在当天抽干计算，施工弃水包括基岩冲洗与混凝土养护用水，两者不同时发生，按实际情况计算。

排水水泵根据流量及扬程选择，并考虑一定的备用量。

三、人工降低地下水位

经常性排水过程中，为了保持基坑开挖工作始终在干地进行，常常要多次降低排水沟和集水井的高程，变换水泵站的位置，影响开挖工作的正常进行。此外，在开挖细砂土、砂壤土一类地基时，随着基坑底面的下降，坑底与地下水位的高差愈来愈大，在地下水渗透压力作用下，容易产生边坡脱滑、坑底隆起等事故，甚至危及临近建筑物的安全，对开挖工作带来不良影响。

采用人工降低地下水位，可以改变基坑内的施工条件，防止流砂现象的发生，基坑边坡可以陡些，从而可以大大减少挖方量。人工降低地下水位的基本做法是：在基坑周围钻设一些井，地下水渗入井中后，随即被抽走，使地下水位线降到开挖的基炕底面以下，一般应使地下水位降到基坑底部0.5～1.0 m处。

人工降低地下水位的方法按排水工作原理可分为管井法和井点法两种。管井法是单纯重力作用排水，适用于渗透系数Ks为10～250 m/d的土层；井点法还附有真空或电渗排水的作用，适用于Ks为0.1～50 m/d土层。

（一）管井法降低地下水位

管井法降低地下水位时，在基坑周围布置一系列管井，管井中放入水泵的吸水管，地下水在重力作用下流入井中，被水泵抽走。管井法降低地下水位时，须先设置管井，管井通常由下沉钢井管而成，在缺乏钢管时也可用木管或预制混凝土管代替。

图2－31　滤水管节构造简图

1.多孔管，钻孔面积占总面积的20%～25%；2.绕面螺旋状的铁丝_φ3～4 mm；3.铅丝网，1～2层；4.沉淀管求

井管的下部安装滤水管节（滤头），有时在井管外还需设置反滤层，地下水从滤水管进入井内，水中的泥沙则沉淀在沉淀管中。滤水管是井管的重要组成部分，其构造对井的出水量和可靠性影响很大。要求它过水能力大，进入的泥沙少，有足够的强度和耐久性。见图2－31所示是滤水管节的构造简图。

井管埋设可采用射水法、振动射水法及钻孔法下沉。射水下沉时，先用高压水冲土下沉套管，较深时可配合振动或锤击（振动水冲法），然后在套管中插入井管，最后在套管与井管的间隙中间填反滤层并拔套管，反滤层每填高一次便拔一次套管，逐层上拔，直至完成。

管井中抽水可应用各种抽水设备，但主要的是普通离心式水泵、潜水泵或深井水泵，分别可降低水位3～6 m、6～20 m和20 m以上，一般采用潜水泵较多。用普通离心式水泵抽水，由于吸水高度的限制，当要求降低地下水位较深时，要分层设置管井，分层进行排水。

在要求大幅度降低地下水位的深井中抽水时，最好采用专用的离心式深井水泵。每个深井水泵都是独立工作，井的间距也可以加大。深井水泵一般深度大于20 m，排水效果高，需要井数少。

（二）井点法降低地下水位

井点法和管井法不同，它把井管和水泵的吸水管合二为一，简化了井的构造。井点法降低地下水位的设备，根据其降深能力分轻型井点（浅井点）和深井点等。其中最常用的轻型井点，轻型井点是由井管、集水总管、普通离心式水泵、真空泵和集水箱等设备所组成的一个排水系统，见图2－32所示。

轻型井点系统的井点管为直径_φ38～50 mm的无缝钢管，间距为0.6～1.8 m，最大可到3.0 m。地下水从井管下端的滤水管借真空泵和水泵的抽吸作用流入管内，沿井管上升汇入集水总管，流入集水箱，由水泵排出。轻型井点系统开始工作时，先开动真空泵，排除系统内的空气，待集水井内的水面上升到一定高度后，再启动水泵排水。水泵开始抽水后，为了保持系统内的真空度，仍需真空泵配合水泵工作。这种井点系统也叫真空井点。井点系统排水时，地下水位的下降深度，取决于集水箱内的真空度与管路的漏气和水的损失。一般集水箱内真空度80 kPa，相当的吸水高度为5～8 m，扣除各种损失后，地下水位的下降度深为4～5 m。当要求地下水位降低的深度超过4～5 m时，可以像管井一样分层布置井点，每层控制范围3～4 m，但以不超过3层为宜。分层太多，基坑范围内管路纵横，妨碍交通。影响施工，同时也增加挖方量，而且当上层井点发生故障时，下层水泵能力有限，地下水位回升，基坑有被淹没的可能。(www.xing528.com)

图2－32　轻型井点系统

1.真空泵和集水箱的离心式水泵；2.集水总管；3.井管；4.原地下水位；5.排水后水面降落曲线；6.基坑；7.不透水层；8.排水管

真空井点抽水时，在滤水管周围形成一定的真空梯度，加速了土的排水速度，因此即使在渗透系数小到0.1 m/d的土层中，也能进行工作。布置井点系统时，为了充分发挥设备能力，集水总管、集水管和水泵应尽量接近天然地下水位。当需要几套设备同时工作时，各套总管之间最好接通，并安装开关，以便相互支援。井管的安设，一般用射水法下沉。距孔口1.0 m范围内，应用黏土封口，以防漏气。排水工作完成后，可利用杠杆将井管拨出。

深井点与轻型井点不同，它的每一根井管上都装有扬水器（水力扬水器或压气扬水器），因此它不受吸水高度的限制，有较大的降深能力。深井点有喷射井点和扬水井点两种，喷射井点由集水池、高压水泵、输水干管和喷射井管等组成。通常一台高压水泵能为30～35个井点服务，其最适宜的降水位范围为5～18 m。喷射井点的排水效率不高，一般用于渗透系数为3～50 m/d，渗流量不大的场合。压气扬水井点是用压气扬水器进行排水。排水时压缩空气由输气管送来，由喷气装置进入扬水管，于是，管内容重较轻的水汽混合液。在管外水压力的作用下，沿水管上升到地面排走。为达到一定的扬水高度，就必须将扬水管沉入井中有足够的潜没深度，使扬水管内外有足够的压力差。压气扬水井点降低地下水位最大可达40 m。

（三）人工降低地下水位的设计与计算

采用人工降低地下水位进行施工时，应根据要求的地下水位下降深度、水文地质条件、施工条件以及设备条件等，确定排水总量（即总渗流量），计算管井或井点的需要量，选择抽水设备，进行抽水排水系统的布置。

总渗流量的计算，可参考前面经常性排水中所介绍的方法和其他有关论著。

管井和井点数目n可根据总渗流量Q和单井集水能力q_max决定，即

单井的集水能力决定于滤水管面积和通过滤水管的允许流速，即

式中：r₀——滤水管的半径（m层时，半径应包括反滤层在内；

　　　l——滤水管长度（m）；

　　　v_p——允许流速（m/d），，其中K为渗透系数（m/d）。

根据上面计算确定的n值，考虑到抽水过程中有些井可能被堵塞，因此尚应增加5～10%。管井或井点的间距d可根据排水系统的周线长度L来确定，即

在进行具体布置时，还应考虑满足下列要求：第一，为了使井的侧面进水不过分减少，井的间距不宜过小，要求轻型井点d_≈（5～10）2_πγ0，深井点d_≈（15～24）2_πγ0；第二，在渗透系数小的土层中，若间距过大，地下水位降低时间太长，因此要以抽水、降低地下水位时间来控制井的间距；第三、井的间距要与集水总管三通的间距相适应；第四、在基坑四角和靠近地下水流方向一侧，间距宜适当缩短。

井的深度可按下式进行计算：

式中：Δh——进入滤水管的水头损失，约0.5～1.0 m；

　　　h₀——要求的滤水管沉没深度（m），视井点构造不同而异，多小于2.0 m；

　　　s₀——原地下水位与基坑底的高差（m）；

　　　Δs——基坑底与滤水管处降落水位的高差（m），可用下式确定。

单元讨论思考题

1.何谓施工导流？施工导流有哪两种基本方法？

2.分段围堰法导流的分段与分期各是何意义？两者有何区别？

3.分段围堰法选择河床束窄程度应考虑哪几方面的因素？

4.简述底孔导流的优、缺点？

5.在何种情况下采用过水围堰允许基坑淹没的导流方法比较有利？

6.选择围堰形式应满足那些基本要求？

7.圆筒形格体钢板桩围堰的建造包括那些工序？向格体内填料时应注意什么问题？

8.草土围堰有哪些优点？

9.简述草土围堰的施工过程？

10.混凝土围堰具有哪些特点（优点）？

11.过水土石围堰的修建分哪两期进行？

12.什么是导流方案？

13.简述选择导流方案时应考虑的主要因素？

14.立堵截流具有什么特点？适用于什么情况？

15.平堵截流具有什么特点？适用于什么情况？

16.龙口位置根据哪些技术条件来选择？

17.截流材料有哪几种？根据什么条件选择截流材料？

18.混凝土坝施工，若坝身在汛前浇筑不到拦洪高程，应采取什么措施以保证汛期不停工？

19.混凝土坝用临时断面挡水时，对施工纵缝应如何处理？

20.如何确定水库开始蓄水日期？

21.水库蓄水要解决哪几个主要问题？

22.基坑排水有哪几种，水源分别来自哪些方面？

23.经常性排水一般采用哪几类方法？

24.井管排水法的基本原理是什么？