摘要：本文对几种基坑降水方法进行了阐述,并对降水设计及施工要求作了探讨,同时剖析列举了几个实际案例。阐述如何合理、经济和可靠的选择基坑降水处理方法。
关键词：基坑降水，施工，止水帷幕
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。一般认为，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。之所以会出现这些异常情况，都是由地下水引起的。所以，在基坑施工中应对地下水的处理给予应有的重视。
一、基坑降水的处理方法基坑降水方法主要有:明沟加集水井降水、轻型井点降水、喷射井点降水、电渗井点降水、深井井点降水等等。各种降水方法有其特点和适用情况,比较如下:
1) 明沟加集水井降水。
明沟加集水井降水是一种人工排降法。它具有施工方便,用具简单,费用低廉的特点,在施工现场应用的最为普遍。在高水位地区基坑边坡支护工程中,这种方法往往作为阻挡法或其他降水方法的辅助排降水措施,它主要排除地下潜水、施工用水和天降雨水。
2) 轻型井点降水。
轻型井点降水(一级轻型井点)是国内应用很广的降水方法,它比其他井点系统施工简单、安全、经济,特别适用于基坑面积不大,降低水位不深的场合。
3) 喷射井点降水。
喷射井点系统能在井点底部产生250 mm水银柱的真空度,其降低水位深度大,一般在8 m~20 m范围。它适用的土层渗透系数与轻型井点一样,一般为 m/d~50 m/d。但其抽水系统和喷射井管很复杂,运行故障率较高,且能量损耗很大,所需费用比其他井点法要高。
4) 电渗井点降水。
电渗井点适用于渗透系数很小的细颗粒土,如黏土、亚黏土、淤泥和淤泥质黏土等。这些土的渗透系数小于 m/d,用一般井点很难达到降水目的。利用电渗现象能有效地把细粒土中的水抽吸排出。它需要与轻型井点或喷射井点结合使用,其降低水位深度决定于轻型井点或喷射井点。在电渗井点降水过程中,应对电压、电流密度和耗电量等进行量测和必要的调整,并做好记录,因此比较繁琐。
5)管井井点降水。
管井井点适用于渗透系数大的砂砾层,地下水丰富的地层,以及轻型井点不易解决的场合。每口管井出水流量可达到50 m3/h~100 m3/h,土的渗透系数在20 m/d~200 m/d范围内,降低地下水位深度约3 m~5 m。这种方法一般用于潜水层降水。
6)深井井点降水。
深井井点是基坑支护中应用较多的降水方法,它的优点是排水量大、降水深度大、降水范围大等。
二、工程案例
1. 轻型井点法在新长铁路施工中的应用
新(沂)一长(兴)铁路海安至南通(DK43+ 000- DK53+600)段地处长江三角洲北侧，属长冲积平原区，地面低平坦荡，沟河纵横，水系发达，全管段水中桥涵共有19座。DK52十140的1一框染涵基础施工采用集水坑降水，人工开挖基坑，挖到原地面以下时，坑底土颗粒随地下水向上翻涌，坑壁发生坍陷。改用轻型井点法降低地下水，取得了很好的效果。因轻型井点有结构简单、重量轻、装拆方便、操作灵活和可重复使用等优点，为此，在新长铁路施工中，被广泛应用。所谓井点降水是指在基坑开挖之前，预先在基坑周围或坑内设置一定数量的滤水管，利用抽水设备从中抽水，使地下水降至基底以下并稳定后开挖基坑。在开挖过程中连续抽水，使地下水位稳定在基底以下，保证地基土的含水量在开挖及基础施工过程中始终处于最佳含水状态。采用井点降水法施工，可从根本上防止流砂、涌砂现象发生，并可改善基坑开挖条件，防止基底隆起，加速地基固结，提高工程质量，加快工程进度。
井点布置
根据基坑平面形状大小，土质和地下水流向及降水深度确定，当基坑宽度大于6n:或土质不良，渗透系数较大时，采用双排井点，布置在基坑两侧。如果基坑面积较大，采用环形井点，挖土运输设备出入道可不封闭。井点管距坑壁不小于1.。0一，间距一般为0。.8一1，6m，人土深度至储水层且比基坑底深。一，集水总管标高尽量接
近地下水位线，沿抽水水流方向设置%一%的上倾坡度，一套抽水设备的集水总管长度一般不大于100m。
新长铁路DK43+小桥，DK51+639框架涵均采用轻型井点法降水，井点布置在基坑四周，间距，集水总管布置在地表以下1，。m，真空泵设在同一标高，井点布置在基坑底部以下，三套轻型井点连续工作3天后，基坑底干燥，为基坑开挖和基础施工的顺利进行创造了良好的条件。
井点管埋设
井点设备、动力、水源及必要材料准备好后，开始井点安装。井点安装一般是先挖井点沟槽，排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管相连，安排抽水设备，试抽水。井点管的埋设可采用射水法、冲孔或钻孔法。利用冲水管冲孔后埋设井点管，冲水管直径为50mm，下端装有圆锥形冲嘴的钢管，冲孔时将冲水管垂直插人土中，并作前后左右各个方向摆动，加剧土层松动，冲水孔直径一般为300mm左右，为使滤管下部有足够的砂滤层，井点管的设计深度增加50mm。井孔冲成后，拔出冲水管立即插人井点管。每组井点安装完毕后，立即抽水，以检查管路接头质量，井点出水情况和抽水设备运转情况，及时处理漏水、漏气、淤塞现象。
井点管使用
井点安装、试抽水完毕后，要连续抽水，一般在抽水2一5天后，水位漏斗基本稳定，出水规律是“先大后小、先浊后清”，否则要进行检查，找出原因及时纠正。在降水过程中，随时调节离心泵的出水阀以控制水量，使抽吸排水保持均匀，并经常检查各接头是否漏气漏水，因为一个漏气点往往会影响整个系统真空度的大小，影响降水效果。若发现井点管堵塞，以对井孔用高压水反向冲冼或拔出重新设置。地下构筑物完工并进行回填后，方可拆除井点系统，拔出井点管采用冲水管冲孔使井孔扩大后拔出。亦可借助于倒链、杠杆或起重机，所留孔洞下部用砂，上部1一用赫土填实。
几点体会
(1)确保连续抽水，是保证施工顺利进行的重要因素。若时抽时停，滤管容易堵塞或抽出土粒，出水混浊，同时导致地下水位回升，引起坑壁坍塌。
(2)与集水坑排水法相比，具有防止流砂且排水效果好，提高边坡稳定等特点。
(3)试抽水并及时处理“死井”(井点淤塞、工作必须引起重视。根据出水情况，经常检查有无漏气、漏水、淤塞现象，如有异常情况，要及时检修，确保施工顺利进行。
(4)设置观测桩，经常观测附近建筑物沉降情况，及时采取措施，杜绝安全事故发生。
(5)轻型井点降水设备简单，便于操作，且可重复使用，在确保施工质量，加快施工进度，降低工程造价等方面，呈现出较强的竞争力。
(6)井点降水若与明沟排水相结合并将总管安装在原地下水位线以下或采用二级轻型井点可进一步增加降水深度。
2. 电渗井点降水在加拿大不列颠哥伦比亚省纳尔逊的库特奈运河的应用
库特奈运河位于蒙火拿的理别水坝建成以后，上库特奈河就栏蓄了大量的水。不列颠哥伦亚水电局决定利用这些额夕}的水量以每秒8里9立方米的流速，引入一杀氏5.了9公里的运河。这条运河，将与一个二十万瓦的水电站相接连。这项工程共开挖了459万立方米的砂、砾石、淤泥和岩石，其中三分之一以上是从福贝(FOREBAY)，佩斯克(PENSTOCKS)以及波豪斯(POWERHOUSE)等基地挖出来的。这些地区的土壤是一大片不稳定的由古代冰川引成的淤泥，这些淤泥沉积在岩石上面的砂粒和砾石中，从而形成今天的这片场地。福贝基地的部份基础标高以及佩斯克与波豪斯基地的全部基础标高都深至淤泥下面的下卧岩石中。要在松散饱和的淤泥中挖出一片稳定的边坡，其挖方的工作量将是惊人的。要把它挖成一个坡度为:1(水平:垂直)的斜坡而且在地震时能持久地保持原状，必须建造挡土墙，或采取其他措施使淤泥坡处于稳定状态。国际电力工程顾问公司以及土质顾问里普利股份有限公司对稳固淤泥层的各种措施进行一r调查。研究结果表明，电渗井点是稳定边坡最经济而又可行的方法。片萨格兰德顾问公司的利奥。格兰德博士，对淤泥的样品进行了土_L实验。认为采用电渗井点进行降水可使淤泥边坡得到持久的稳定。采用电渗井点降水稳固淤泥边坡的投资远比建造挡土墙为少。更为主要的是，省去了挡土墙这项设施使工期缩短一年以上。国际电力工程顾问公司决定采用电渗排水来稳固边坡，并与加拿大井点降水公司签订了合同。用电渗降水稳固土壤的原理是，在土壤中按一定的间隔埋置一些电极(负极和正极)，然后通以直流电。电极所受到的电势使孔隙水中的正离子从正极移向负极。正离子的这种运动迫使孔隙水从正极流向负极。这样就控制了土壤中渗流压力的方向，从而减小了土壤的含水量。恰当地运用上述原理，就可达到稳固土壤的目的。根据斜坡的设计要求，尺寸约为顶部深米，覆盖在岩层上的底部宽为米，沿长为米这样的一个淤泥体需要用电渗井点来进行降水，直至形成坡度为：1的稳定边坡。而且这个楔形体还要能控制住一大片留在它后面的不稳定的淤泥。为了使边坡有良的稳定性，电渗井点系统设置在五条米宽的坡道平台上，其间距沿下坡面方向约为米。每排电渗井点系统由正极与负极组成，正负极相隔米，各电渗井点的间距平均为米。负极由一个喷射井及一根从土表面直至基岩作为电极的钢管组成，该钢管被置于直径为12时厘米)的砂滤层中间。正极用一根从土表面直至基岩，直径为2寸厘米)的钢管作为电极。正、负极以适当的配线与直流发电机中心站相连接，每个负极的排水井通过压力集水管与回水管与中心泵站相通。共设置269个正极与271个负极。所采用的直流电为220千瓦，150伏特。
负极的设置先采用冲水法将直径12寸厘米)的套管埋入至基岩，深度为米。然后在套管中设置排水井与钢制电极.并灌入滤砂，最后将套管取出。正极的设置采用冲水法将2告时厘米)直径的钢管埋入至基岩。每排电渗井点系统的安置时间平均为二星期。每级坡道平台经电渗处理一周，进行开挖，挖至下一级标高。在所有五排电渗井点系统都已设置完竣，最后的边坡面要经五个月电渗处理。在用电渗井点降水期间，福贝、佩斯克与波毫斯三地段的岩石层同时进行开挖。对淤土中的地下水位采用地下水位计来作记录。整个边坡的地下水位最后降至距岩层表面30厘米以内。对土层定期取样，以确定淤泥中含水量的减少以及密度变化的情况。淤增的含水量平均减少一广仔于之四，其密度也有增加。当坡面降水处理完成以后，在坡面上第四排与第五排井点系统之间开挖了二个直达基岩面的四壁垂直的试坑(宽米，长米，深米)。在波豪斯基地进行岩石爆破的六个星期中，该二个试坑不设任何支撑，并一直敞开着，但仍保持稳定。为了防止边坡因冻融现象而受到浸蚀，，利用基坑开挖出来的石方在边坡上铺了一层60厘米厚的渗滤石块以及米厚的一层填石。整个电渗井点系统的设置、降水处理以及最后拆除工作在十一个月内完成。
3.管井井点降在水咸阳渭河上林大桥工程中的应用
咸阳渭河上林大桥全桥长度 1 300 m，主跨结构为 6×30+5×4×50+4×30 的先简后连 T 梁结构，主跨有多跨桥墩位于渭河主河道中，水深 2 m。桩径为 m，桩长 55 m，单个承台由 8根灌注桩支承，承台尺寸为 m× m× m，承台底标高在水面下约 5 m。该段地质资料：从地面线往下 16 m范围内为粉细砂，其下为 3 m厚圆砾土。
针对渭河特点，项目部制定了以下施工方案：采用筑岛法施工，河道中桩基在岛上用回旋钻成孔，承台基坑开挖防护从技术、经济方面比选了管井降水配合明挖、薄壁沉井、钢板桩围堰等多种方案后拟定采用管井降水配合明挖施工。
管井降水设计与计算：
管井降水方案实施
（1）根据地质情况采用冲击钻机泥浆护壁施工降水井。
（2）钻机就位：钻机安装要求平稳牢固，钻机就位，偏差不许大于 5 mm。成井垂直度偏差小于 1%。
（3）钻进达到设计深度以后，冲捞沉渣，泥浆比重小于 ，之后下井管及滤管。
（4）选用管壁整体强度较高且透水性较好的豆石水泥制井管。下井管时接管部位包扎纱网或尼龙布，井管四周用竹片及铁丝扎紧扎牢，防止泥砂等进入井孔内，每隔 2 m 对称设置 4 个定位器，使井管居中。
（5）选用级配较好的 3 mm~5 mm圆砾，填砾时沿井壁与井管间缓慢投入，洗井时砾料下沉，应及时补填砾料。砾料含泥量小于 3%。
（6）选用排气量为 9 m的空压机，利用气举反循环的工作原理进行多次反复洗井，使井内清渣干净。之后下入潜水泵进行抽水，并及时填写水位观测记录。
（7）抽水：洗井工作完成后，下入 10 m扬程 20 m 的潜水泵进行抽水，当出水清澈时撤泵，期间要定时观测井内水位，水位记录见表 2。降水效果经过咸阳渭河上林大桥水中基坑降水设计与施工对照，降水48 h 降水深度达到 6 m 的效果，降水深度低于承台底标高约 1 m，
承台内侧壁及基底无渗流、处于干燥状态，边坡坡比 1∶1 时处于稳定状态，达到干槽作业和安全施工的目的。
4. 深井井点降水在洛阳洛河沿岸深基坑开挖中的应用
近几年随着洛阳城市建设力度的加大, 沿洛河两岸不断兴建大批的高层建筑, 某些高层建筑在进行基坑开挖处理时因地下水位较浅常需要基坑降水。在洛河南岸某高层建筑基坑开挖施工中应用深井井点降水技术施工方便、降水效果好, 某建筑高 33 层, 有高层裙楼及地下车库部分组成, 高层筏板基础下的软弱层需进行开挖换填, 基面长64m, 宽 , 基坑底位于地下水位以下, 基础施工时需降水; 地下水位埋深在自然地表以下- , 需降水至基底下 , 降深达到 。根据地质报告, 地表 4m 左右有近期的杂填土和第四系全新统冲积形成的黄土状粉质粘土和沙, 下部为卵石和含粉质粘土夹层; 地下水类型属孔隙潜水, 含水层为下部卵砾石层, 地下水旺、渗透系数为100~150m/d。
深井井点布置
根椐水文地质条件及工程实际情况, 该工程地下水丰富, 需降水深、面积大、时间长, 经对比讨论采用排水量大, 降水深的深井井点降水方案, 依据基坑平面形态, 按环形井点布置, 布置在- 基坑面, 深井井点沿基坑上缘 ～, 通过计算需 20 眼井, 井间距 ~。
深井井点降水的主要设备
①.深井管 采用 400mm 的无砂混凝土管, 每节 , 长度 20m,滤水管长度 。
②.用集水渠 用 400mm 水泥管道或在地面设沉淀池和集水渠与市政雨水管网相连进行排水。
③.潜水泵 采用 QJ80- 33 潜水泵( 外径 250mm), 排水量 80T, 扬程 33m, 额定功率 11KW, 每井一台共用 20 台, 备用 2 台, 排水井管内用牛筋管, 地面用排砂胶管至排水渠。
深井井点的施工工艺
深井井点的施工工艺程序: 井点测量定位, 钻机就位→挖井口→埋护筒→钻孔→清孔→吊放井管→回填滤料→洗井→井管内下设水泵→安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→降水
完毕封井。
①定位: 依据基坑降水平面布置图, 按要求定出每个深井的准确位置。
②成孔: 降水井采用 JKS- 3 型卷扬机式冲击钻机进行成孔、泥浆护壁、十字型钻头钻进, 孔径 650mm, 钻孔深度 20m.
③清孔: 钻孔施工到预定深度后进行抽渣清孔, 保证孔内水位高度, 使泥浆比重保持在 3cm。
④下井管: 先将底节放好下端封闭、外侧均匀放置三根竹片用铁丝捆好, 穿好钢丝绳利用卷扬机逐节下入,接头顺直对齐用铁丝捆好,井管下到井底应具中,管顶比自然地面高 300mm。
⑤填滤料: 井管下入后及时均匀填入直径 5- 10mm 的豆砾, 填至距地面 1 米时上部用粘土分层夯实回填; 每口井填入滤料约。
⑥洗井: 洗井用 6 立方空压机进行洗井、拢水管用 3 寸牛筋管代替,用 6 分的白塑料管作为风管,下部为 2m 长 3 寸无缝钢管( 下部马蹄形) 进行快洗,直至水清砂净, 每口井洗 6- 8 小时。
⑦安装水泵: 水泵下到井底后, 上拔 距离, 每台水泵应设两根钢丝绳一根固定, 一根备用, 便于水泵检修。
⑧降水: 现场设置四个电源箱每五台水泵为一组,对每眼井进行编号, 并有醒目指示牌,单泵单闸,设专人 24 小时进行管理, 定时定期进行水位观测, 特别是对观测井水位的测量, 做好水位观测记录; 基坑内 20 个管井应同时进行抽水, 使水位差控制在能满足施工要求范围
之内, 直到基础回填完毕为至。
⑨封井: 降水结束后, 根据施工需要依次对停用的管井下部用砂砾石封填, 上部用砼进行封填。
施工中应注意的事项
①施工现场对电源的安设、排水管路作合理的规划, 以不影响下工序施工又能及时排出抽出的地下水。
②排水明渠砌筑应做防渗处理, 坡度不小于 1%, 过集水坑往市政雨水管道的坡度不小于 1%, 管径不小于 500mm。
③水泵在安装前应对水泵本身和控制系统作一次全面检查, 检验电机旋转方面, 各部位螺栓是否拧紧, 润滑油是否加足, 电缆插头封口是否松动, 电缆线有无破损松动, 水泵安装后应进行试抽水。
④井点降水一经开始, 就要不间断进行, 防止地下水回升影响施工; 应设发电机做备用电源防停电、准备两台水泵及管具防设备故障应急措施。
⑤潜水泵在运行时要注意检查电缆线和井壁是否相碰, 有无损坏, 定期检查水泵的密封可靠性能。
运用效果评价
本工程采用无砂混凝土管深井井点降水, 用 JKS- 3 型冲击钻机进行施工, 每两天完成一个管井, 边施工边抽水, 10 天全部管井即施工完毕, 两天后水位降至- 以下; 在管井施工完毕后即可组织开挖, 开挖过程中基坑内未见地下水, 为深基坑机械化开挖创造了良好作业条件, 保证了边坡稳定和施工正常进行, 后期降水运行两个月降深 , 造价 65 元/m费用相对较低, 表明采用本法降水技术上是合理的, 经济上是可行的; 同时把深井井点降水技术作为洛河沿岸高层建筑深基坑施工较实用、简便、经济有效的一种降水方法。
三．小结
在深基础施工过程中，根据工程要求，施工条件及地质特点选择合适的降水方法，能避免返工，保证工期，控制成本，是深基础施工中的一个重要环节。
参考文献:
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4. 李志鹏, 关颂伟, 李云青, 等. 给水排水工程[M].北京: 中国电力出版社, 2006.
5. 冯国栋.土力学[M].北京: 水利电力出版社, 1989.
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