[科普中国]-真空井点

井点布置要求

1. 真空井点降水原理

真空井点是人工降低地下水位的一种方法，它是沿基坑四周或一侧将直径较细的井管沉入深于基底的含水层内，井管上部与总管连接，通过总管利用抽水设备将地下水从井管内不断抽出，使原有地下水位降低到基底以下。

2. 真空井点布置及主要设备根据工程地质特性和平面尺寸，井点布置成环形。

3. 真空井点系统由井点管、集水总管及抽水设备等组成。

4.当基坑、基槽宽小于6m时，且降水深度不超过5m时，真空井点应该按 单排布置 式来布置。

5.当基坑宽度大于6m或土质不良，则宜采用双排井点。

6.当基坑面积较大时，宜采用环形井点。1

设计方法基坑工程的降水井设计宜根据场地的水文地质、工程地质条件，基坑围护型式，是否设立隔水围幕及围幕深度，邻近建筑物的安全要求等确定。通常采用的设计方法是：初步确定井深，井距；采用大井估计法计算基坑涌水量；估计单井干扰出水量及单位长度出水量；初步确定降水井的数量、井点间距；检验降水井的出水能力；复核基坑抽水影响最小处的水位降深；从而进行井点的具体布置。这种布井方式大多沿基坑四周均匀布置，且各井的抽水量相等。在当前的实际工作中，对于降水井的布局多数是依据相邻工地情况加上设计者的感性认识而布井；如何布井，即降水方案的优化设计问题是当前急需解决的首要问题。

对于基坑降水来说，目标函数的选择有多种，大多数是以工程造价最小为目标函数。针对于目前深基坑大多在密集的建筑群中施工场地狭窄，降水井大多布置在深基坑内，同时由于邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施，降水量越大对周围环境带来的影响就越大。如何使降水对周围环境的影响达到最小已成为人们关心的问题。针对这一问题，笔者采用线性规划的方法对基坑工程真空井点降水井的优化设计进行初步研究：在保证工程安全施工的前提下，以降水井的数目及总排水量作为目标函数，使特定区域地下水位降至所要求的控制值。1

真空井点的安装使用真空井点的安装程序是按照设计的平面布置方案，先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，最后安装抽水设备。

为了充分利用抽吸能力，总管的布置标高宜接近地下水位线(可事先挖槽), 与水泵轴心标高平行或略高。总管应具有0.25～0.5%的坡度(坡向泵房)。

井点管的埋设是一项关键工作。可直接将井点管用高压水冲沉，或用冲水管冲孔或钻孔后，再将井点管沉入孔中，也可用带套管的水冲法或振动水冲法沉管。一般多采用冲管冲孔法，分为冲孔和埋管两个过程(右图)。冲孔时，先将高压水泵用高压胶管与冲管连接，用起重设备将冲管吊起并对准插在井点的位置上，然后开动高压水泵，高压水(6～8N/mm2)经冲管头部的三个喷水小孔，以急速的射流冲刷土壤。冲刷时，冲水孔应作左右转动，将土冲松，冲管则边冲边沉，逐渐形成孔洞。冲孔直径一般为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标高深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，以防孔璧塌土。砂滤层的填灌质量是保证真空井点顺利抽水的关键。一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填至距滤管顶1～1.5m，以保证水流畅通。井点填砂后，在地面以下0.5～1.0m内须用粘土分层封口捣实与地面平，以防漏气。

真空井点系统全部安装埋设完毕，应接通总管与抽水设备进行试抽水，检查有无漏水、漏气，出水是否正常，有无淤塞等现象，如有异常情况，应检修好后方可使用。

真空井点使用时，一般应连续抽水(特别是开始阶段)。若时抽时停滤网容易堵塞，出水浑浊并引起附近建筑物由于土颗粒流失而沉降、开裂。若中途停抽，地下水将回升，可能引起边坡塌方、井点管漏气等事故。抽水过程中，应调节离心泵的出水阀以控制水量，使抽吸排水保持均匀，做到细水长流。正常的出水规律是"先大后小，先浊后清"。真空泵的真空度是判断井点系统工作情况是否良好的尺寸，必须经常观察。造成真空度不足的原因很多，但大多是井点系统连接不好，有漏气现象，应及时检查并采取措施。在抽水过程中，还应检查有无堵塞的"死井"(工作正常的井管，用手探摸时，应有冬暖夏凉的感觉)，如死井太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水反冲洗或拔出重埋。为观察地下水位的变化，可在影响半径内设观察孔。井点降水工作结束后所留的井孔，必须用砂砾或粘土填实。1

真空井点适用条件真空井点降水一般适用于粉细砂、粉土、粉质粘土等渗透系数较小（0.1～20m/d）的弱含水层中降水，降水深度单层小于6m，双层小于12m。采用真空井点降水，其井点间距小，能有效地拦截地下水流入基坑内，尽可能地减少残留滞水层厚度，对保持边坡和桩间土的稳定较有利，因此降水效果较好。

真空井点是沿基坑四周或者将井点管沉入深于坑底的含水层内，井点管上部与总管连接，总管与上部抽水主机连接，利用抽水主机产生的真空作用将地下水从井点管内不断抽出，引到地面，并排往施工区以外，使每根井点管周围形成一个降水漏斗，由于许多降水漏斗曲线的重迭，可导致原地下水位的成片下降。1

施工方法真空井点的施工大致分为以下几个过程：准备工作、井点系统的埋设、使用及拆除。 (1)准备工作包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备。排水沟的开挖、附近建筑物的标高观测及防止附近建筑物沉降的措施。

(2)埋设井点的程序是：先排放总管，再埋设井点管用弯联管等井点与总管接通，然后安装抽水设备，埋设需要进行冲孔、沉设井点、灌填砂滤料。

(3)试抽

井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，以检查无漏气现象。开始抽水后一般不要停抽，时抽时止，滤网易堵塞，也容易抽出土料，使水混浊，并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂，试抽时几点注意事项如下：

①集水总管、滤管和泵的位置和标高应正确；

②井点系统各部件均应安装严密，防止油气，连接集水总管与井点管的弯联管中的短管宜用软管；

③每根井点管沉设后应检验渗水性能，井点管与孔壁之间填砂滤料时，管口应有泥浆冒出，或向管内灌水时，能很快下渗，方为合格；

④在降水过程中，应按时观测流量、真空和观测孔内水位、观测孔口标高应在抽水前测量一次，以后定期观测，用来计算实际降深。1

特点真空井点降水止水法与其他井点降水法相比，具有以下特点：

(1)群孔排水的同时产生了止水帷幕的效应。

真空井点降水主机产生的强真空传递到各吸水井孔，实现群孔同时排水，每一个吸水井孔对其周围5m以内产生负压效应，由于井孔埋设间距一般为1．5m-2．Om，因此，同时排水的群孔负压效应相互搭接构成了真空效应很强的地下真空连续墙，真空连续墙能够十分有效地阻挡基坑外地下水从基坑侧壁侵入，起到止水帷幕的作用。

(2)改变土体物理性质，增加边坡的稳定性。

当基坑开挖到地下水位时，土体中的地下水渗流形成的动水力会对土体边坡的稳定构成威胁。真空井点降水原理为地下水在真空井点主机产生的真空力的作用下山下至上沿井管提升，基坑内的地下水渗流方向则朝下，动水力方向与重力一致，这种渗流方向增加了土体颗粒压力，提高了土体的密实度，出现了良好的渗流固结效果，有利于边坡稳定。在井点周围的土被大气压力所稳定，真空井点群井构成沿边坡走向的真空连续墙，阻止侧向渗流趋向基坑，消除了边坡的渗流侧压力，这就增加了土层特别是软土的有效应力和抗剪强度。

(3)避免流砂及软土的软弱流变现象和土体的潜蚀或管涌现象。

软土和粉土、粉砂土层在动水力的作用下易发生压力传递现象，出现软土滑动及砂土的流砂现象，造成严重工程事故。真空井点降水止水方法在基坑开挖前就已将开挖土层的自由水排出，致使软土出现滑动和砂土层流砂的动水力很小。1

（4）显著的经济效益、环境效益。

地下水位降低后，土内水分已被排除，增加了边坡的稳定性，边坡可改陡，减少挖土量，同时可省去大量支撑材料，提高工效和降低施工费。真空井点设备抽吸的清水可成为施工场地的生产用水水源，外排的清水不会污染城市地下管网。

基坑内的土体始终处于含水量较低状态下，创造了良好的工作环境，可以大规模地进行机械化施工，大型土方施工，机械在抽干了水的条件下作业，更能发挥其机械性能。

综上所述，使用真空井点降水止水方法，具有良好的降水效果，明显的止水帷幕作用，稳定边坡的作用，大大缩短工期及保障周围施工环境安全等综合效应。2

对周围环境影响1、真空井点降水对周边建筑物(构筑物)及地下管线的影响

真空井点降水虽然对基坑周边土体具有一些加固作用，但不可避免的会或多或少引起基坑周边地表的变形，而基坑周边建筑物(构筑物)座落在土体之上，土体的变形也不可避免的会对其上的建筑物(构筑物)产生影响，严重时会使其上的建筑物(构筑物)产生不均匀沉降，进而引起墙体开裂及倾斜，给施工方及业主带来不必要的损失。而地下管线深埋于土体之下，降水引起基坑周边地表土体的变形，也或多或少会使其受到一些影响。但只要严格按照规范及设计对真空井点降水进行信息化施工，其对基坑周边环境的影响应可以降到最低。由于基坑周边建筑物(构筑物)及地下管线的变形不但与降水施工有关，同时其变形与基坑开挖施工也息息相关。

2、真空井点降水对周围环境影响的防治措施

井点降水有时由于某些原因会对基坑周边环境的影响超过了规范所规定的预警值，当出现这种情况时，可根据具体情况，选用合适的防治措施。

(1)设置止水帷幕

当基坑井点降水效果不理想或由于井点降水产生影响的危害性已使该基坑不适合继续采用基坑井点降水时，则可选用在基坑周边设置止水帷幕。止水帷幕可以有效地减小基坑降水对环境的影响。如果采用封闭式止水帷幕可以阻止地下水从基坑侧面进入基坑，则可以做到只降低基坑地下水位而不影响周围地下水位；如果止水帷幕达不到不透水层；则只能起到延长渗径，减少地下水从基坑侧面进入基坑。

(2)坑外回灌

为了防止和治理基坑井点降水引起的周边地表沉降，可以在基坑降水后对基坑进行回灌。对上部以粉砂为主的地层，最简单的回灌方法是在基坑的周围设置回灌沟，如果土颗粒较细或夹有相对不透水层，应采用回灌井。在坑外回灌可以维持周围地下水位保持不变，但同时增加基坑涌水量约1/3，也增加了基坑支护的难度。

(3)同步降水。

在基坑井点降水过程中，为保护靠近基坑的经验算超过其允许倾斜率的建筑物，可以采用同步降水的方法，即在建筑物的远离基坑的一侧布置降水井点和观察井，在降低基坑地下水位的同时均匀平稳地降低该建筑物基础下地下水位，保证该建筑物的安全。1