基坑施工的排水与降水.

项目四基坑施工的排水与降水【职业能力目标】当基础深度在天然地下水位以下时，在基础施工中常常会遇到地下水的处理问题。

通常，基坑开挖要具备以下的必要条件：首先保持基坑干燥状态，创造有利于施工的环境；其次是确保边坡稳定，做到安全施工，如果忽视这些必要条件，其后果是严重的。

有的基坑积水或土质稀软，工人难以立足，无法施工；有的出现“流砂现象”导致边坡塌方，地质破坏；有的内部基坑土体发生较大的位移，影响邻近建筑物的安全。

工程实践表明，绝大部分基坑事故都与地下水有关，因此，在基坑工程施工中必须对地下水进行有效治理。

通过本项目的学习，熟悉动水压力的概念，掌握流砂产生的现象、原因、危害及防治措施；了解人工降水的常见方法；了解熟悉地面排水的要求和施工方法；熟悉井点降水的原理、方法和施工程序；掌握集水井降水的要求和施工方法；掌握轻型井点降水的设计步骤和方法；了解轻型井点降水的施工要求；了解喷射井点、深井井点、电渗井点、管井井的的降水原理和适用范围。

【关键词】（中英文）基坑foundation ditch ;地面排水surface drainage集水井catchment well;井点降水well-point dewatering明沟排水gutter drainage任务一地面排水一、概述施工排水包括排除地下自由水、地表水和雨水。

在开挖基坑或沟槽时，土壤的含水层常被切断，地下水将会不断地涌人坑内。

雨季施工时，地面水也会流入基坑内。

为了保证施工的正常进行，防止边坡坍塌和地基承载力下降，必须做好基坑降水工作。

地下含水层内的水分有水气、结合水和自由水三种状态。

结合水没有出水性。

自由水又分为潜水和承压水两种，如图2-1所示。

图2-1含水层的构造潜水是存在于地表以下、第一个稳定隔水层顶板以上的地下自由水，有一个自由水面，其水面受当地地质、气候及环境的影响。

雨季水位高，冬季水位下降，附近有河、湖等地表水存在时也会互相补给。

承压水亦称层间水，是埋藏于两个隔水层之间的地下自由水。

承压水有稳定的隔水层顶板，水体承受压力，没有自由水面。

承压水一般不是当地补给的，其水位、水量受当地气候的影响较潜水为小。

二、基坑施工时的地面排水为保证施工顺进行，对施工现场的排水系统，应有一个总体规划，做到场地排水畅通，特别是雨期施工，应将地面水尽快排走，以保证场地土体干燥。

地面水的排除可采取设置排水沟、截水沟或修筑土堤等设施来进行。

在施工区域，考虑临时排水系统时，应注意与原排水系统相结合。

原排水系统指原自然排水系统和已有的排水设施，临时排水设施应尽量与永久性排水设施相结合。

排水沟的设置应尽量利用自然地形，以便将水直接排至场外，或流入排水坑内，再用水泵抽走。

主要排水沟最好设置在施工区域的边缘或道路的两旁，其断面大小由施工期内最大流量确定。

一般横断面不小于0.5×0.5m,纵向坡度一般不小于2‰~3‰。

在山坡地形施工时，应在较高一面的坡上，先作好永久性（或临时）截水沟，阻止山坡水流入施工现场。

在平坦地区施工时，除开挖排水沟外，必要时还应修筑土堤，以阻止场外水流入施工场地。

出水口应设置在原有的排水系统进水口处，或远离建筑物或构筑物的低洼地点，并应保证排水畅通。

任务二集水井降水地下水的处理有多种可行的方法，从降水方式来说可总分为止水法和排水法人工降低地下水位。

2、流砂现象当基底挖至地下水位以下时，有时坑底土会成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。

发生流砂现象时，土完全丧失承载力，工人难以立足，土边挖边冒，难以达到设计深度，流砂严重时会引起基坑边坡塌方，附近建筑物因地基被掏空而下沉、倾斜，甚至倒塌。

因此，流砂现象如果不能控制将对土方施工和附近建筑物产生很大的危害。

流砂现象产生的原因是动水压力大于等于土的浸水溶重。

此时土粒失去自重，悬浮于水中，并随地下水一起流动。

动水压力指的是流动中水对土产生的作用力，这个力的大小与水位差成正比，与水流的路径成反比，与水流的方向相同。

因此，防治流砂现象的主要途径是改变动水压力的方向和减小动水压力，其具体措施主要有：⑴选择在全年最低水位季节施工。

因为地下水位低，坑里坑外水位差小，所以动水压力减小，也就不易产生流砂现象，至少可以减轻流砂现象。

⑵抛大石块。

往坑底抛大石块，可增加土体的压重，减小或平衡动水压力。

采用此法时应组织土方的抢挖，使挖土速度大于冒砂速度，挖至标高后应立即铺草袋等并抛大石块把砂压住。

此法主要用于解于局部或轻微的流砂现象比较有效。

如果坑底冒砂快，土已丧失承载力，则抛入坑内的石块就会沉入土中，无法阻止流砂现象。

⑶打钢板桩。

沿基坑外侧打入超过基底以下深度的钢板桩，可以增加水流的路径，减小动水压力，同时可以改变水流的方向，使之向下从而达到防治流砂的目的。

但施工成本较高。

⑷采用化学压力注浆或高压水泥注浆，固结基坑周围粉砂使之形成防渗帷幕。

⑸人工降低底下水位。

使地下水位降低至基坑底下0.5m以下，使地下水流方向朝下，增大土粒间的压力，因而也就可以有效地制服了流砂现象。

此法运用广泛。

任务三井点降水人工降水法（井点降水法），就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备连续不断地抽水，使地下水位降至基底以下，直至基础施工完毕为止。

因此，在基坑土方开挖过程中保持干燥，从而根本上消除了流砂现象，稳定了边坡,改善了工作条件。

由于基坑内土方干燥，有利机械化施工，缩短工期，保证工程质量与安全。

同时，由于土层水分排除后，还能使土密实，增加地基土地承载能力。

在基坑开挖时，土方边坡也可陡些，从而减少了挖方量。

目前国内常用的井点降水法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井井点等。

施工时可根据土层的渗透性，要求降低水位的深度、设备条件及经济比较等因素确定，可参照表1—4。

必要时应组织专家论证其可行性。

各种井点的适用范围表1~4井点降水法具有下列优点：施工简便，操作技术易于掌握；适应性强，可用于不同几何图形的基坑；降水后土壤干燥，便于机械化施工和后续工作工序的操作；井点作用下土层固结，土层强度增加，边坡稳定性提高；地下水通过滤水管抽走，防止了流砂的危害；节省支撑材料，减少土方工程量等。

井点降水法已成为目前在含水透水位土层实施的一种行之有效的方法。

一、轻型井点降水实际工程中，一般轻型井点应用广泛，下面介绍这类井点。

⑴管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管等。

滤管（图1—8）为进水口，采用长度1.0~1.5m，直径Φ38~55的无缝钢管，管壁钻有直径Φ12~18梅花型的滤孔。

管壁外包两层滤网，内层为细滤网，采用30~50孔/cm2黄铜丝布或生丝布，外层为粗滤网，采用8~10孔/cm2的铁丝丝布或尼龙布。

为使水流畅通，在管壁与滤网间用铁丝或塑料管隔开，滤网外面再绑一层粗铁丝保护网，滤管下端为一铸铁塞头，滤管上端与井点管连接。

井点管为Φ38~51，长5~7m的钢管。

井点管上端通过弯联管与总管连接。

集水总管为Φ100~127的钢管，每段长4m ,其上装有间距0.8m或1.2m的短接头，并用皮管或塑料管与井点管连接。

⑵抽水设备是由真空泵、离心泵和集水箱（又叫水气分离器）等组成，其工作原理如图1—9所示。

工作时先开动真空泵。

集水箱内部形成一定程度的真空，使地下水及空气受真空吸力的作用沿总管进入集水箱。

当集水箱内的水达到一定高度时，开动离心水泵将集水箱内水排出。

2）轻型井点的布置，根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度与要求及设备条件等确定。

⑴平面布置包括确定井点布置形式、总管的长度、井点管数量、水泵数量及位置等。

根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用单排布置、双排布置及环状布置（图1—10）单排布置适用于基坑（槽）宽度小于6m，且降水深度不超过5m的情况。

井点布置在地下水流向的上游一侧，其两端的延伸长度一般不宜小于坑（槽）的宽度（图1—10a）双排布置适用于基坑（槽）大于6m或土质不良的情况。

环状布置适用于基坑面积较大的情况。

井点管距离基坑壁一般不小于0.7~1.0m，以防局部发生漏汽。

井点管的间距应根据土质、降水深度、工程性质等确定，通常为0.8m、1.2m、1.6m或2.0m。

⑵高程布置确定井点管的埋设深度，即滤管上口至总管埋设面的距离可按下式进行计算（图1—11）H ≥H1+h+IL （1-5）式中：H—井点管埋深(m);H1—井点管埋设面至基坑底的距离（m）；h—基底至降低后的地下水位线的距离，一般为0.5~1m；式中Q—井点系统的涌水量（m3/d）；K—土的渗透系数（m/d）；H—含水层厚度（m）；S—水位降低值（m）；R—抽水影响半径（m），可用下式计算：R=1.95S H0K （m）X0—环状井点系统的假想半径（m），对于矩形基坑，当长宽比不大于5时可按下式计算：X0=F/π（m）式中F—环状井点系统所包围的面积（m2）。

渗透系数K值，确定得是否准确，对计算结果影响较大。

渗透系数的测定方法有：现场抽水试验与实验室测定两中。

对大型工程，一般宜采用现场抽水试验，值。

有效深度H0值表1—5承压完整井环状井点涌水量计算公式为：Q=2.73KMSlgR-lgx0（m3/d）（1—7）式中M—承压含水层厚度（m）；K、R、X0、S—同公式1—6 。

②井点管数量与井距的确定a.单根井点管出水量由下式确定：q=120πrl3K(1—8) 式中r—滤管半径（m）；l—滤管长度（m）；K—渗透系数（m/d）。

b.井点管数量由下式确定：n≥1.1 Qq（1—9）式中Q—总涌水量（m3/d）；q—单井出水量（m3/d）。

c.井点管间距由下式确定：D= Ln（1—10）式中L—总管长度（m）。

求出的井点管间距应大于15倍滤管的直径，以防由于井点管太密而影响抽水的效果，同时应尽量符合总管接头的间距模数（0.8、1.2、1.6、2.0）。

最后根据实际情况确定出井点管的数量。

③选择抽水设备定型的轻型井点设备配有相应的真空泵、水泵和动力机组。

真空泵的规格主要根据所需的总管长度、井点管根数及降水深度而定，水泵的流量主要根据基坑井点系统涌水量而定。

在满足真空高度的条件下，可从所选水泵性能表上查出一套满足涌水量要求的机组。

4）轻型井点降水法的施工包括井点系统的埋设、安装、运行及拆除等，井点管的埋设，一般用水冲法，并分为冲孔与埋管两个过程。

冲孔时，利用起重设备将冲管吊起并插在（图1—14）井点的位置上，开动高压水泵将土冲松，冲管则边冲边沉。

孔洞要垂直，直径一般为300 mm，以保证井管四壁有一定厚度的砂滤层，冲孔深度宜比滤管底深0.5 m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。

a）冲孔b）埋管1—冲管；2—冲嘴；3—胶管；4—高压水泵；5—压力表6—起重机吊钩；7—井点管；8—滤管；9—粗砂；10—粘土封口图1—14 井点管的埋设轻型井点设备的安装程序为：先排放总管，再埋设井点管，然后用弯联管将井点管与总管连通，最后安装抽水设备。