[科普中国]-降低地下水位法

简介

降低地下水位法是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或一侧、二侧、三侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，以总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下。井点分为轻型井点(包括电渗井点及喷射井点)和管井井点(包括深井点)。各类降低地下水位法应根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济性等的要求来选用。1

作用降低地下水位法是在基坑槽开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管和离心水泵，利用真空原理，通过抽水设备不断地抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，使所挖的土始终保持较干燥状态。其作用主要表现在：杜绝地下水涌入坑内(图a)、阻止边坡塌方(图b)、防止坑底土的管涌(图c)、减小侧向水平荷载(图d)、消除流砂现象(图e)。1

目的在地下水位较高地区开挖深基坑时，土的含水层被切断，地下水会不断地渗流入基坑内。为了保证施工的正常进行，防止出现流砂、边坡失稳和地基承载力下降，必须做好基坑的降水工作。主要目的是：

⑴ 以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工。

⑵ 非但可避免大量涌水、冒泥、翻浆，而且在粉细砂、粉土地层中开挖基坑时，采用井点法降低地下水位，可防止流砂现象发生。

⑶ 同时由于土中水分排除后，动水压力减小或消除，大大提高边坡稳定性，边坡可放陡，可减少土方开挖量。

⑷ 由于渗流向下，动水压力加强重力，增加土颗粒间的压力使坑底土层更为密实，改善土的性质。

⑸ 井点降水可大大改善施工操作条件，提高工效，加快工程进度。1

方法分类喷射井点当基坑开挖所需降水深度超过6m时，一级的轻型井点就难以收到预期的降水效果，这时如果场地许可，可以采用二级甚至多级轻型井点以增加降水深度，达到设计要求。但是这样一来会增加基坑土方施工工程量、增加降水设备用量并延长工期，二来也扩大了井点降水的影响范围而对环境不利。为此，可考虑采用喷射井点。

根据工作流体的不同，以压力水作为工作流体的为喷水井点；以压缩空气作为工作流体的是喷气井点，两者的工作原理是相同的。

喷射井点系统主要是由喷射井点、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统组成。如图所示。喷射井管由内管和外管组成，在内管的下端装有喷射扬水器与滤管相连。当喷射井点工作时，由地面高压离心水泵供应的高压工作水经过内外管之间的环行空间直达底端，在此处工作流体由特制

内管的两侧进水孔至喷嘴喷出，在喷嘴处由于断面突然收缩变小，使工作流体具有极高的流速，（30～60m/s）在喷口附近造成负压（形成真空），将地下水经过滤管吸入，吸入的地下水在混合室与工作水混合，然后进入扩散室，水流在强大压力的作用下把地下水同工作水一同扬升出地面，经排水管道系统排至集水池或水箱，一部分用低压泵排走，另一部分供高压水泵压入井管外管内作为工作水流。如此循环作业，将地下水不断从井点管中抽走，使地下水渐渐下降，达到设计要求的降水深度。

喷射井点用作深层降水，应用在粉土、极细砂和粉砂中较为适用。在较粗的砂粒中，由于出水量较大，循环水流就显得不经济，这时宜采用深井泵。一般一级喷射井点可降低地下位8～20m，甚至20m以上。1

电渗井点在粘土和粉质粘土中进行基坑开挖施工，由于土体的渗透系数较小，为加速土中水分向井点管中流入，提高降水施工的效果，除了应用真空产生抽吸作用以外，还可加用电渗。

所谓电渗井点，一般与轻型井点或喷射井点结合使用，是利用轻型井点或喷射井点管本身作为阴极，一金属棒（钢筋、钢管、铝棒等）作为阳极。通入直流电（采用直流发电机或直流电焊机）后，带有负电荷的土粒即向阳极移动（即电泳作用），而带有正电荷的水则向阴极方向集中，产生电渗现象。在电渗与井点管内的真空双重用下，强制粘土中的水由井点管快速排出，井点管连续抽水，从而地下水位渐渐降低。

因此，对于渗透系数较小（小于0.1m/d）的饱和粘土，特别是淤泥荷淤泥质粘土，单纯利用井点系统的真空产生的抽吸作用可能较难降水从土体中抽出排走，利用粘土的电渗现象和电泳作用特性，一方面加速土体固结，增加土体强度，另一方面也可以达到较好的降水效果。电渗井点的原理可参见右图。

管井井点对于渗透系数为20～200m/d且地下水丰富的土层、砂层，用明排水造成土颗粒大量流失，引起边坡塌方，用轻型井点难以满足排降水的要求。这时候可采用管井井点。

管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，或在坑内降水时每一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽取管井内的水来降低地下水位。管井井点具有排水量大、排水效果好、设备简单、易于维护等特点，降水深度3～5m，可代替多组轻型井点作用。井点构造与设备如右图。1

深井井点对于渗透系数大、涌水量大、降水较深的不砂类土，及用其它井点降水不易解决的深层降水，可采用深井井点系统。深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基坑的井管，使地下水通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出，使地下水位底于坑底。本法具有排水量大，降水深（可达50m），不受吸程限制，排水效果好；井距大，对平面布置的干扰小；可用于各种情况，不受土层限制；成孔（打井）用人工或机械均可，较易于解决；井点制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单，施工速度快；如果井点管采用钢管、塑料管，可以整根拔出重复使用等优点；但一次性投资大，成孔质量要求严格；降水完毕，井管拔出较困难。适用于渗透系数较大（10～250m/d）,土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大，时间长的情况，对在有流砂和重复挖填土方区使用，效果尤佳。1

意义基坑的开挖施工，无论是采用支护体系的垂直开挖还是放坡开挖，如果施工地区的地下水位较高，都将涉及到地下水对基坑施工的影响这一问题。当开挖施工的开挖面低于地下水位时，土体的含水层被切断，地下水便会从坑外或坑底不断地渗入基坑内，另外在基坑开挖期间由于下雨或其它原因，可能会在基坑内造成滞留水，这样会使坑底地基土强度降低，压缩性增大。这样一来，从基坑开挖施工的安全角度出发，对于采用支护体系的垂直开挖，坑内被动区土体由于含水量增加导致强度、刚度降低，对控制支护体系的稳定性、强度和变形都是十分不利的；对于放坡开挖来讲，也增加了边坡失稳和产生流砂的可能性。从施工角度出发，在地下水位以下进行开挖，坑内滞留水一方面增加了土方开挖施工的难度，另一方面也使地下主体结构的施工难以顺利进行。

而且在水的浸泡下，地基土的强度大大降低，也影响了其承载力。因此，为保证深基坑工程开挖施工的顺利进行，同时保证地下主体结构施工的正常进行以及地基土的强度不遭受损失，一方面在地下水位较高的地区，当开挖面低于地下水位时，需采取降低地下水位的措施；另一方面基坑开挖期间坑内需采取排水措施以排出坑内滞留水，使基坑处于干燥的状态，以利于施工。1

易发问题1、引发流砂的因素

根据常发生流砂地区的工程实践及土工分析，可发现引起流砂的因素大致有：

1)主要外因取决于水力坡度的大小，即该地区地下水位越高，基坑挖深越大，水力压力差越大，越容易产生流砂现象；

2)土的颗粒组成中粘土含量小于10%，而粉砂含量大于75%；

3)土的不均匀系数D60/D106m）可考虑采用喷射井点、深井井点等井点降水措施，也可以结合基坑的平面形状及周围环境条件，采用多级轻型井点或综合多种井点降水方式以达到经济合理的降水效果。

2)挡水帷幕

挡水帷幕的作用为加长地下水渗流路线，以阻止或限制地下水渗流到基坑中去。常用挡水帷幕的种类主要包括：

（1）钢板桩

钢板桩作为挡水帷幕的有效程度取决于板桩之间的止口锁合程度及钢板桩的长度。一般在板缝间易漏水，因此钢板桩挡水帷幕只能阻挡较大水流，水中小工程的施工，可在四周打设钢板桩，进行水下挖土然后水下浇筑混凝土以止水，而水下混凝土封闭必须能承受上升的压力。对于一般基坑工程还需结合降水或其它挡水措施以增强挡水效果。

（2）水泥搅拌桩

水泥搅拌桩相互搭接形成挡水帷幕是近年来常用的挡水措施。水泥搅拌桩桩身1渗流系数极小，可以达到较好的挡水效果。当水泥搅拌桩间搭接处间断施工时，可能会造成搭接处结合不严密而漏水，这可以通过合理组织施工或采取局部注浆措施来进行防治。

（3）地下连续墙

地下连续墙墙身为钢筋混凝土，挡水效果好，我国首次应用地下连续墙便是作为水库截水防渗之用。但地下连续墙造价昂贵，作为挡水帷幕使用一般仅在超大型重要工程中采用，在基坑工程中地下连续墙一般作为支护墙体，同时起到挡水的作用。在地下连续墙用于挡水时需要注意其槽段间接头处的质量以防止漏水，必要时可采取局部注浆措施以加强挡水效果。

（4）注浆挡水帷幕

沿基坑边采用压密注浆形成密闭挡水帷幕可起到截流地下水以防止流砂的目的。注浆材料可以采用水泥浆或化学浆液，常用的有：水泥和水；水泥、膨润土、减少表面张力的粘合剂和水；硅胶、Am-9、丙凝等。

（5）冻结法

采用冻结法将基坑周围或坑底土体一定范围内地下水冻结，一方面起到加固土体，同时作为支护的作用，另一方面达到挡水以防流砂的目的。1