土方开挖过程中，当基坑（槽）底面标高低于地下水位时，由于土壤的含水层被切断，地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。为了保证施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力下降，必须做好基坑降排水工作。降水方法可分为明排水法和人工降低地下水位两种。
1.5.1 明排水法
图1－24 集水井降水
1—排水沟；2—集水井；3—排水泵
明排水法最常用的是集水井降水法。即在基坑（槽）开挖过程中，在坑（槽）底设置集水井，并沿坑（槽）底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水井中，然后用水泵抽水（如图1－24）。集水井明排法由于设备简单，操作简便，所以是最经济、最广泛的降水方法。
1）排水明沟
排水明沟宜布置在拟建建筑基础范围以外，沟边缘离开边坡坡脚应不小于0.3m。排水沟宽0.2～0.3m，深0.3～0.6m，沟底设纵坡0.2%～0.5%。排水明沟的底面应比挖土面低0.3～0.4m。
2）集水井
集水井应设置在基础范围以外，地下水流的上游。根据地下水水量大小、基坑平面形状及水泵抽排能力，集水井每隔20～40m设置一个。其直径或宽度一般为0.6～0.8m，集水坑底应低于排水沟底面0.5m以上，并铺设碎石滤水层（0.3m厚），以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出，并防止坑底土被扰动。
3）排水泵
建筑工程中用于排水的水泵主要有潜水泵、离心式水泵和泥浆泵。根据地下水水量大小和抽水的高度合理选用。
4）流砂及其防治
当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。一旦发生流砂现象，土就完全失去承载力，土边挖边冒，难以达到设计深度，同时严重影响基坑边坡稳定，容易引起边坡塌方。若基坑附近有建筑物，常常会因地基被掏空而使建筑物下沉、倾斜甚至倒塌。
根据水在土中渗流的分析和实践经验可知，流砂的产生主要与动水压力的大小和方向有关。如果动水压力等于或大于土的饱和密度，则土粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒随着渗流的水一起流动，即形成流砂。因此，在基坑开挖中，防治流砂的原则是“治流砂必先治水”，方法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。防治流砂的具体措施有抢挖法、打板桩法、水下挖土法、人工降低地下水位法、地下连续墙法。
1.5.2 人工降低地下水位
人工降低地下水位最常用的是井点降低地下水。即基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。这样可使所挖的土始终保持干燥状态，改善施工条件。
井点降低地下水位的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等，各种方法的选用，可根据土的渗透系数、降低水位深度、工程特点及设备条件综合选用。各井点的适用范围见表1－4所示。各种降水井点中轻型井点使用最为广泛，下面重点介绍轻型井点降水的设计和施工。
表1－4 各类井点适用范围
轻型井点（图1－25）就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管（下端为滤管）埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。
1）轻型井点组成
轻型井点由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤水管、井点管、弯联管及总管；抽水设备有干式真空泵、射流泵等。
图1－25 轻型井点降水全貌图
1—井点管；2—滤水管；3—总管；4—弯联管；5—抽水设备；6—原有地下水位线；7—降低后地下水位线
滤水管是井点设备的一个重要部分，其构造是否合理对抽水效果影响较大。通常采用长1.0～1.5m、直径38～51mm的无缝钢管，管壁钻有直径为12～19mm按梅花状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20%～25%。滤管外包两层滤网，内层细滤网采用30～40眼／cm的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用5～10眼／cm的塑料纱布。为使水流畅通，避免滤孔淤塞时影响水流进入滤管，在管壁与滤网间用小塑料管（或铁丝）绕成螺旋形隔开。滤网的外面用带孔的薄铁管或粗铁丝网保护。滤管的上端与井点管连接，下端为一铸铁头子（工地常用木头堵塞）（图1－26）。
井点管为直径38～51mm、长5～7m的钢管，可整根或分节组成。井点管的下端与滤水管相连（工程实际中井点管与滤水管通常为同一根钢管），上端用弯联管与总管相连。弯联管宜用透明塑料管（能随时看到井点管的工作情况）或用橡胶软管。
集水总管为直径100～127 mm的无缝钢管，每段长4m，通常采用法兰盘连接。总管上焊接有与井点管连接的短接头，间距通常为0.8m、1.0m、1.2m、1.4m、1.6m。
常用的抽水设备有干式真空泵、射流泵等。干式真空泵是由真空泵、离心泵和水气分离器（又称集水箱）等组成。
2）轻型井点工作原理
如图1－27所示。抽水时先开动真空泵19，将水气分离器10内部抽成一定程度的真空，使土中的水分和空气受真空吸力作用而吸出，进入水气分离器10。当进入水气分离器内的水达到一定高度即可开动离心泵24。在水气分离器内水和空气向两个方向流去：水经离心泵排出；空气集中在上部由真空泵排出，少量从空气中带来的水从放水口18放出。
图1－26 滤水管构造
1—钢管；2—滤孔；3—缠绕的塑料管；4—细滤网；5—粗滤网；6—粗铁丝保护网；7—井点管；8—铸铁头
图1－27 轻型井点设备工作原理
1—滤水管；2—井点管；3—弯管；4—阀门；5—集水总管；6—闸门；7—滤管；8—过滤器；9—淘沙孔；10—水气分离器；11—浮筒；12—阀门；13，15—真空计；14—进水管；16—副水气分离器；17—挡水板；18—放水口；19—真空泵；20—电动机；21—冷却水管；22—冷却水箱；23—循环水泵；24—离心泵
一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）为100m左右。常用的W5、W6型干式真空泵的最大负荷长度分别为80m和100m，有效负荷长度为60m和80m。
3）轻型井点降水布置
轻型井点降水应根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度等要求进行平面和高程两方面的布置。
（1）平面布置
当基坑或沟槽宽度小于6m且降水深度不超过5m时，一般可采用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，其两端的延伸长度一般以不小于坑（槽）宽为宜（图1－28（a））。如基坑宽度大于6m或土质不良，则宜采用双排井点（图1－28（b））。当基坑面积较大时，宜采用环形井点（图1－28（c））；有时为了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封闭，为U形井点（图1－28（d））。井点管距离基坑壁一般不宜小于0.7～1.0m，以防局部发生漏气。井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等按计算或经验确定，一般采用0.8～1.6m。靠近河流处与总管四角部位，井点应适当加密。
图1－28 轻型井点的平面布置
（2）高程布置
高程布置系确定井点管埋深，即滤水管上口至总管埋设面的距离，主要考虑降低后的水位应控制在基坑底面标高以下，保证坑底干燥。轻型井点的降水深度在考虑设备水头损失后一般以不超过6m为宜。
基坑降水深度s是指原有地下水位线与降低后地下水位线之间的高程差，降低后地下水位线成漏斗状。
井点管的埋设深度H（不包括滤管长）（图1－29）按下式计算：
图1－29 轻型井点的高程布置
式中：H——井点管埋深（m）。
H1——总管埋设面至基底的距离（m）。
h——基底（单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘；环形或双排井点为基坑中心处）至降低后的地下水位线的距离，一般取0.5～1.0m。
i——水力坡度。对单排布置的井点，取1／4～1／5；对双排布置的井点，取1／7；对U形或环形布置的井点，取1／10。
L——基坑短边处井点管至水井中心的水平距离，当井点管为单排布置时，L为井点管至对边底边的水平距离（m）。
此外，确定井点埋深时，为了安装井点总管的需要，井点管一般要露出地面0.2m左右。
如果计算出的H值大于井点管的长度（井点管的长度宜为5～7m），可以降低井点管的埋置深度，但降低深度不低于地下水位（图1－30）。降低埋置深度后仍然超过了一级井点系统的降水要求时，可视具体情况采用其他方法降水。如采用二级井点，即先挖去第一级所疏干的土，然后再在其底部装设第二级井点（图1－31）。
图1－30 降低井点管的埋置深度高程布置图
图1－31 二级井点示意图
1—第一级井点管；2—第二级井点管
4）轻型井点降水施工
施工工艺：放线定位→挖管沟铺设总管→冲孔→安装井点管→填砂砾滤料→黏土封口→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备→开动设备试抽水→测量观测井中地下水位变化。
（1）井点管的埋设一般采用水冲法，分为冲孔和埋管两个过程。冲孔时，将冲管插在井点的位置，借助高压水泵将土冲松，冲管边冲边沉。冲孔的直径一般为300mm，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层；冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右，以防冲管拔出时部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。井孔冲成后立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上1～1.5m，以保证水流畅通。井点填砂后，须用黏土封口，以防漏气。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键，应认真对待。
（2）井点系统安装完毕后必须及时试抽，并全面检查管路接头质量、井点出水状况和抽水机械运转情况等，如发现漏气和死井应立即处理。每套机组所能带动的集水管总长度必须严格按机组功率及试抽后确定。
（3）试抽合格后，井点孔口到地面下1.0m的深度范围内，用黏性土填塞严密，以防漏气。
（4）开始抽水后一般应连续抽水，时抽时停滤网易堵塞，也易抽出土粒，并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂。正常的出水规律是“先大后小，先混后清”。
（5）井点降水工作结束后所留的井孔必须用砂粒或黏土填实。
5）轻型井点的计算
轻型井点的计算内容包括涌水量计算、井点管数量与井距的确定以及抽水设备选用等。井点计算由于受水文地质和井点设备等许多因素影响，算出的数值只是近似值。本书只介绍基坑面积较大，但矩形基坑的长宽比小于5且基坑宽度小于抽水影响半径的2倍时，环状轻型井点的计算。
（1）井点系统涌水量计算
井点系统涌水量计算是按水井理论进行的。水井根据井底是否达到不透水层，分为完整井与不完整井。凡井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为完整井（如图1－32所示），否则称为不完整井。根据地下水有无压力，又分为无压力井（即水井布置在潜水埋藏区，吸取的地下水是无压潜水时）和承压井（即水井布置在承压水埋藏区，吸取的地下水是承压水时）。各类井的涌水量计算方法都不同，其中以无压完整井的理论较为完善。
图1－32 水井的分类
1—承压完整井；2—承压非完整井；3—无压完整井；4—无压非完整井(www.xing528.com)
①无压完整井的环状井点系统（图1－33），涌水量的计算公式为：
式中：Q——井点系统的涌水量（m3／d）；
K——土的渗透系数，可以由实验室或现场抽水试验确定（m／d）；
H——含水层厚度（m）；
s——基坑中心的水位降低值（m）；
R——抽水影响半径（m）；
x0——基坑假想半径（m）；
F——环状井点系统所包围的面积（m2）。
图1－33 无压完整井涌水量计算简图
②承压完整井的环状井点系统，涌水量的计算公式为：
式中：M——承压含水层厚度（m）；
K、R、x0、s——意义同前。
（2）井点管数量与井距的确定
①单根井点管的最大出水量q按下式确定：
式中：q——单根井点管的最大出水量（m3／d）；
d——滤管直径（m）；
l——滤管长度（m）；
K——渗透系数（m／d）。
②井点管的最少根数n
③井点管间距D
式中：L——总管长度（m）；
n——井点管根数。
井点管间距经计算确定后，布置时还应考虑实际出水量，并应与总管接头的间距（0.8m、1.0m、1.2m、1.6m）相吻合（并由此反求n）。
在建筑物施工中，井点降低地下水一般都是由当地的专业降低地下水的公司来承担，这些公司对于当地的土的渗透系数和涌水量的大小积累了丰富的经验，在进行集水总管加工时，就已经确定好了井点管的间距，所以轻型井点的计算就简单多了。
【例1－5】 某工程地下室，基坑底面尺寸为35m×16m，底面标高－4.5m，已知地下水位面标高为－1.5m，不透水层标高－15.0m，基坑边坡1∶0.5。拟采用轻型井点降水，试（1）绘制井点系统平面布置和高程布置；（2）基坑中心降水深度。
【解】 （1）平面布置
按照边坡1∶0.5进行放坡开挖，则基坑开挖后上表面尺寸为：
长＝35＋2×0.5×4.5＝39.5m
宽＝16＋2×0.5×4.5＝20.5m
由于基坑面积较大，且长宽之比小于5，采用环形井点布置。井点管初步布置在距离基坑上口边缘0.7m，则井点管所围成的尺寸为：
长＝39.5＋2×0.7＝40.9m
宽＝20.5＋2×0.7＝21.9m
（2）基坑中心降水深度
故采用一级轻型井点降水（一级轻型井点降水深度一般为3～6m）。
（3）高程
井点管要求的埋设深度H为：
为了安装井点总管的需要，井点管一般要露出地面0.2m，则井点管的实际长度为6.1＋0.2＝6.3m（轻型井点管的长度一般以5～7m为宜），符合要求。
图1－34 平面布置图
图1－35 高程布置图
【例1－6】 某工程地下室，基坑底面尺寸为35m×16m，底面标高－5.5m，已知地下水位面标高为－2.0m，不透水层标高－15.0m，基坑边坡1∶0.5。拟采用轻型井点降水，其井点管长度为6m，滤管长度不限定，同时为防止井管漏气，井管距离基坑边缘为0.7m。试确定：（1）井点管平面布置方式及总管长度；（2）基坑中心降水深度；（3）井点管高程布置。
【解】 （1）平面布置及总管长度
由于井点管的长度为6 m，为了充分利用井点管的长度，将总管埋设在地面下1.8 m处，即先挖1.8m的沟槽，然后在槽底铺设总管。按照边坡1∶0.5进行放坡开挖，则基坑开
挖后上表面尺寸为：
长＝35＋2×0.5×（6－1.8）＝39.2m
宽＝16＋2×0.5×（6－1.8）＝20.2m
由于基坑面积较大，且长宽之比小于5，采用环状井点布置。井点管布置在距离基坑上
口边缘0.7m，则井点管所围成的尺寸为：
长＝39.2＋2×0.7＝40.6m
宽＝20.2＋2×0.7＝21.6m
总管的长度＝（40.6＋21.6）×2＝124.4m
（2）基坑中心降水深度
s＝5.5－2＋0.5＝4m （h＝0.5m）
一级轻型井点降水深度一般为3～6m，满足要求。
（3）高程
井点管要求的埋设深度H为：
为了安装井点总管的需要，井点管露出地面0.2m，则井点管实际需要的长度为5.78＋0.2＝5.98m，小于井点管的长度6m，符合要求。
图1－36 平面布置图
图1－37 高程布置图
1.5.3 降水对周围建筑的影响及防止措施
降低地下水会产生较大的地面沉降，导致周围建筑物基础下沉或房屋开裂。因此，在建筑物附近进行井点降水时，为防止降水影响或损害区域内的建筑物，就必须阻止建筑物下的地下水流失。为此，在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕外，还可用回灌井点补充地下水的办法来保持地下水位。
回灌井点是防止井点降水损害周围建筑物的一种经济、简便、有效的办法，它能将井点降水对周围建筑物的影响减少到最低程度。为确保基坑施工的安全和回灌的效果，回灌井点与降水井点之间应保持一定的距离，一般不小于6m（图1－38）。
图1－38 回灌井点布置
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
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