土方与基坑工程：地下水控制

6-2-8 地下水控制
基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制，即在基坑工程施工过程中，地下水要满足支护结构和挖土施工的要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的环境和设施带来危害。

6-2-8-1 地下水控制方法选择
在软土地区基坑开挖深度超过3m，一般就要用井点降水。

开挖深度浅时，亦可边开挖边用排水沟和集水井进行集水明排。

地下水控制方法有多种，其适用条件大致如表6-123所示，选择时根据土层情况、降水深度、周围环境、支护结构种类等综合考虑后优选。

当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法。

地下水控制方法适用条件表6-123
当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施，保证坑底土层稳定。

否则一旦发生突涌，将给施工带来极大麻烦。

6-2-8-2 基坑涌水量计算
根据水井理论，水井分为潜水（无压）完整井、潜水（无压）非完整井、承压完整井和承压非完整井。

这几种井的涌水量计算公式不同。

1．均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算
根据基坑是否邻近水源，分别计算如下：
（1）基坑远离地面水源时（图6-168a ）
)
1lg()2(366.10
r R S
S H K
Q +-= （6-124） 式中 Q ——基坑涌水量；
K ——土壤的渗透系数； H ——潜水含水层厚度； S ——基坑水位降深；
R ——降水影响半径；宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑安全等级
为二、三级时，对潜水含水层按下式计算：
kH S R 2= （6-125）
对承压含水层按下式计算：
k S R 10= （6-126）
k ——土的渗透系数；
r 0——基坑等效半径；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。

当基坑
非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算：
r 0＝0.29（a ＋b ） （6-127）
式中 a 、b ——分别为基坑的长、短边。

对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算：
π
A
r =
0 （6-128）
式中 A ——基坑面积。

（2）基坑近河岸（图6-168b ）
2lg )2(366.1r b S
S H k
Q -= （b ＜0.5R ） （6-129） （3）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间时（图6-168c ）
]
)
()(2cos )(2lg[)2(366.12121021b b b b r b b S
S H k
Q +-+-=ππ （6-130）
（4）当基坑靠近隔水边界时
)
2(lg )lg(2)2(366.1000r b r r R S
S H k
Q +-+-= （6-131）
图6-168 均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算简图
（a ）基坑远离地面水源；（b ）基坑近河岩； （c ）基坑位于两地表水体之间；（d ）基坑靠近隔水边界
2．均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算 （1）基坑远离地面水源（图6-169a ）
)
2.01lg()1lg(366.10
02
2r h l l h r R h H k
Q m m m +-++-= )2
(h
H h m += （6-132） （2）基坑近河岸，含水层厚度不大时（图6-169b ）
]14.0lg 25.066.0lg 2lg [
366.12
2
200l M b M l r l l r b s l ks Q -+++= （b ＞M/2） （6-133） 式中 M ——由含水层底板到滤头有效工作部分中点的长度。

（3）基坑近河岸（含水层厚度很大时）：
]44.022.066.0lg 2lg [
366.100b l arsh r l l
r b s l ks Q -++= （b ＞l ） （6-134） ]11.066.0lg 2lg [
366.100b
l r l l
r b s l ks Q -++= （b ＜l ） （6-135）
图6-169 均质含水层潜水非完整井涌水量计算简图
（a ）基坑远离地面水源；（b ）基坑近河岸，含水层厚度不大；
（c ）基坑近河岸，含水层厚度很大
3．均质含水层承压水完整井基坑涌水量计算 （1）基坑远离地面水源（图6-170a ）
)
1lg(73.20
r R
MS k
Q += （6-136）
式中 M ——承压含水层厚度。

（2）基坑近河岸（图6-170b ）
)2lg(73.20
r b MS
k
Q = （b ＜0.5r 0） （6-137） （3）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间（图6-170c ）
]
)
(
)
(
2
cos
)
(2
lg[
)
2(
73
.2
2
1
2
1
2
1
b
b
b
b
r
b
b
S
S
H
k
Q
+
+
+
-
=
π
π
（6-138）
图6-170 均质含水层承压水完整井涌水量计算简图（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸；（c）基坑位于两地表水体之间4．均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算（图6-171）
)
2.0
1
lg(
)
1
lg(
73
.2
r
M
l
l
M
r
R
MS
k
Q
+
-
+
+
=（6-139）
图6-171 均质含水层承压水非完整井涌水量计算简图5．均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算
)
1
lg(
)
2(
366
.1
2
r
R
h
M
M
H
k
Q
+
-
-
=（6-140）
图6-172 均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算简图
6-2-8-3 集水明排法
在地下水位较高地区开挖基坑，会遇到地下水问题。

如涌入基坑内的地下水不能及时排除，不但土方开挖困难，边坡易于塌方，而且会使地基被水浸泡，扰动地基土，造成竣工后的建筑物产生不均匀沉降。

为此，在基坑开挖时要及时排除涌入的地下水。

当基坑开挖深度不很大，基坑涌水量不大时，集水明排法是应用最广泛，亦是最简单、经济的方法。

1．明沟、集水井排水
明沟、集水井排水多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（图6-173）。

图6-173明沟、集水井排水方法
1-排水明沟；2-集水井；3-离心式水泵；
4-设备基础或建筑物基础边线；5-原地下水位线；6-降低后地下水位线
排水明沟宜布置在拟建建筑基础边0.4m 以外，沟边缘离开边坡坡脚应不小于0.3m 。

排水明沟的底面应比挖土面低0.3~0.4m 。

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，以保持水流畅通。

沟、井的截面应根据排水量确定，基坑排水量V 应满足下列要求：
V ≥1.5Q （6-141）
式中 Q ——基坑总涌水量，按6-2-8-2节提供的方法计算。

明沟、集水井排水，视水量多少连续或间断抽水，直至基础施工完毕、回填土为止。

当基坑开挖的土层由多种土组成，中部夹有透水性能的砂类土，基坑侧壁出现分层渗水时，可在基坑边坡上按不同高程分层设置明沟和集水井构成明排水系统，分层阻截和排除上部土层中的地下水，避免上层地下水冲刷基坑下部边坡造成塌方（图6-174）。

图6-174分层明沟、集水井排水法
1-底层排水沟；2-底层集水井；3-二层排水沟；
4-二层集水井；5-水泵；6-原地下水位线；7-降低后地下水位线
2．水泵选用
集水明排水是用水泵从集水井中排水，常用的水泵有潜水泵、离心式水泵和泥浆泵，其技术性能如表6-124、表6-125、表6-126和表6-127所示。

排水所需水泵的功率按下式计算：
2
1175ηηQH
K N =
（6-142）
式中 K
——安全系数，一般取2；
1
Q——基坑涌水量（m3/d）；
H——包括扬水、吸水及各种阻力造成的水头损失在内的总高度（m）；
——水泵效率，0.4~0.5；
η
1
——动力机械效率，0.75~0.85。

η
2
一般所选用水泵的排水量为基坑涌水量的1.5~2.0倍。

潜水泵技术性能表6-124
B型离心水泵主要技术性能表6-125。