第3章第一节基坑施工排水与降低地下水位

流砂产生的原因
流砂现象产生的原因
流砂现象的产生是水在土中渗流所产生的 动水压力对土体作用的结果。动水压力GD的大小 与水力坡度成正比，即水位差愈大，渗透路径L 愈短，则GD愈大。当动水压力大于土的浮重度时， 土颗粒处于悬浮状态，土颗粒往往会随渗流的 水一起流动，涌入基坑内，形成流砂。
流砂的危害
• 4、抽水设备的选择 真空泵主要有W5、W6型， 按总管长度选用。当总管长度不大于100m时可选 用W5型，总管长度不大于200m时可选用W6型。 • 水泵按涌水量的大小选用，要求水泵的抽水能力 应大于井点系统的涌水量（约增大 10% ～ 20% ）。 通常一套抽水设备配两台离心水泵，即可轮换备 用，又可在地下水量较大时同时使用。 • 5、井点管的安装使用 轻型井点的安装程序是： 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。而井点管的埋 设是关键工作之一。
• 井点管埋设一般用水冲法，分为冲孔和埋管两个 过程（如图 1-34 所示）。冲孔时，先用起重设备 将冲管吊起并插在井点的位置上，然后开动高压 水泵，将土冲松，冲管时边冲边沉。冲孔直径一 般为30mm，以保证井点管四周有一定厚度的砂滤 层；冲孔深度宜比滤管底深 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，以防孔壁塌 土。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水 的关键。一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填 至滤管顶上1～1.5m，以保证水充畅通。井点填砂 后，在地面以下0.5～1.0m内须用黏土封口，以防 漏气。
• 渗透系数值确定的是否准确，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 验室测定两种。对大型工程，一般宜采用现场抽 水试验，以获取较为准确的数据，具体方法是在 现场设置抽水孔，并在同一直线上设置观察井， 根据抽水稳定后，观察井的水深与抽水孔相应的 抽水量计算值。 • 在实际工程中往往会遇到无压完整井的井点系统， 如图1-33（b）所示。其涌水量的计算相对比较复 杂，为了简化计算，仍可按式（ 1-17 ）计算。此 时应将式中换成有效深度，可查表1-5。当算得大 于实际含水层厚度时，则取H值。
使土丧失承载能力，恶化施工条件，难以 达到开挖设计深度，造成边坡塌方及附近建筑 物下沉、倾斜、倒塌等。
易产生流砂的土： 主要是细砂、粉砂及粉土 流砂的防治方法 出现流砂的重要条件是动水压力的大小、方向。
防治流砂的原则是“治流砂必治水”。
主要途径是消除、减少、平衡动水压力。
主要措施：
抢挖法：分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速 度，挖到标高以石块平衡动水压力，解决轻微 流砂现象。
并铺设0.3m碎石滤水层。
明沟排水法的适用范围：
水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于 渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和 粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂 现象。
流砂的定义： 当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或 粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地 下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态， 随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。
设置排水沟及集水井的要求：
基坑四周的排水沟与集水井设置在基础范围外。 排水沟要有一定的坡度，集水井根据地下水量、
基坑平面形状及水泵能力隔20～40m 设置一个。
集水井直径或宽度一般为0.7～0.8m，深度随挖
土加深始终低于挖土面0.8～1.0m，井壁用竹、 木等简易加固。
基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，
管涌现象 当基坑坑底位于不 透水层内，而不透水 土层下面为承压蓄水 层，坑底不透水层的 覆盖厚度的重量小于 承压水的顶托力，基 坑底部发生冒涌现象。
二、 人工降低地下水位
• 人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预 先在拟挖基坑的四周埋设一定数量的滤水管 （井），利用抽水设备从中不间断抽水，使地下 水位降落在坑底以下，然后开挖基坑、基础施工、 槽边回填，最后撤除人工降水装置。这样，可使 动水压力方向向下，防止流砂发生（此为人工降 低地下水位的主要目的），所挖的土始终保持干 燥状态，改善施工条件，并增加土中有效应力， 提高土的强度或密实度。因此，人工降低地下水 位不仅是一种施工措施工，也是一种地基加固方 法。采用人工降低地下水位，可适当改陡边坡以 减少挖土数量，但在降水过程中，基坑附近的地 基土壤会有一定的沉降，施工时应加以注意。
• 集水总管用直径 100～127mm的无缝钢管， 每段长 4m ，其上装有与井点管连接的短接 头、间距0.8m或1.2m。
•
抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器 （又叫集水箱）等组成，其工作原理如图 1-28 所 示。抽水时先开动真空泵19 将水气分离器 10 内部 抽成一定程度的真空，使土中的水分和空气受真 空吸力作用而且吸出，经管路系统，再经过滤箱8 （防止水流中的细砂进入离心泵引起磨损）进入 水气分离器 10 。水气分离器内有一浮筒 11 ，能沿 中间导杆升降。当进入水气分离器内的水多起来 时，浮筒即上升，此时即可开动离心水泵24 ，将 水气分离器内的水经离心水泵排出，空气集中在 上部由真空泵排出。为防止水进入真空泵（因为 真空泵为干式），水气分离器顶装有阀门12 ，并 在真空泵与进气管之间装一副水气分离器16 。为 对真空泵进行冷却，特设一个冷却循环水泵23。
电渗井点 深井井管 渗透系数 (cm/s) 10-2～10-5 可能降低的水位深 度(m) 3～6 6～12
10-3～6
＜10-6 ≥10-5
8～20 宜配合其他形式降 水使用
＞10
• （一）轻型井点降低地下水位 • 1、轻型井点设备 由管路系统和抽水设备 组成（如图1-26所示）。
• 管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管等。 • 滤管（如图1-27所示）为进水设备，通常采 用长1.0～1.2m，直径38mm或51mm的无缝钢管， 管壁钻有直径为 12 ～ 19m 的呈星棋状排列的滤孔， 滤孔面积为滤管表面积的 20% ～ 25% 。骨架管外 面包以两层孔径不同的铜丝布或塑料布滤网。为 使流水畅通，在骨架管下滤网之间用塑料管或梯 形钢丝隔开，塑料管沿骨架管绕成螺旋形。滤网 外面再绕一层8号粗钢丝保护网，滤管下端为一锥 形铸铁头。滤管上端与井点管连接。井点管为直 径 38mm 或 51mm 、长 5 ～ 7m 的钢管，可整根或分 节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。
• 3、轻型井点的计算 • 轻型井点计算的目的，是求出在规定的水位降低 深度下，每天排出的地下水流量，从而确定井点 管的数量、间距，并确定抽水设备等。 • 轻型井点计算按水井理论进行计算，比较接近实 际。 • 根据井底是否达到不透水层，水井可分为完整井 与不完整井，即当井底到达含水层下面的不透水 层顶面的井称为完整井，否则称为不完整井。根 据地下水有无压力，又分为承压井与无压井，各 类水井如图 1-32 所示。各类水井的涌水量计算方 法不同，其中以无压完整井的理论较为完善。
喷射井点
•
喷射井点降水是在井点管内部装设特制的喷射器，用 高压水泵或空气压缩机通过井点管中的内管向喷射器输入 高压水（喷水井点）或压缩空气（喷气井点）形成水气射 流，将地下水经井点外管与内管之间的缝隙抽出排走。
电渗井点
管井井点
降水类型及适用条件 适合条件 降水类型 轻型井点 多级轻型井点 喷射井点
• 井点管埋设完毕，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。 • 轻型井点使用时，一般应连续抽水（特别是开始 阶段）。时抽时停滤网容易堵塞，出水浑浊容易 引起附近建筑物由于土颗粒流失而沉降、开裂。 同时由于中途停抽，使地下水回升，也可能引起 边坡塌方等事故。抽水过程中，应调节离心水泵 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 浑后清”。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，并检查观 测井中水位下降情况，真空度一般应不低于 55.3～66.7kPa。
• 井点管间距不能过小，否则彼此干扰大，出水量 会显著减少，一般可取滤管周长的 5-10 倍；在基 坑周围四角和靠近地下水流方向一边的井点管应 适当加密；当采用多级井点排水时，下一级井点 管间距应较上一级的小；实际采用的井距，还应 与集水总管上短接头的间距相适应（可按 0.8m 、 1.2m、1.6m、2.0m四种间距选用）。 • 采用多套抽水设备时，井点系统应分段，各段长 度应大致相等。分段地点宜选择在基坑转弯处， 以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力。水泵 宜设置在各段总管中部，使泵两边水流平衡。分 段处应设阀门或将总管断开，以免管内水流紊乱， 影响抽水效果。
打板桩法： 将板桩打入坑底下面一定深度，增加了地下水的 渗流长度，减小了动水压力。 水下挖土法： 使坑内水压力与地下水压力平衡，消除动水压力。 人工降低地下水位： 轻型井点降水，消除动水压力。可靠，应用广。 地下连续墙法： 在基坑的周围浇筑一道混凝土或钢筋混凝土墙。 其他方法：土壤冻结法，尽可能采用桩基或沉井
• 一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）， 采用W5 型真空泵时，不大于100m；采用W6型真 空泵时，不大于200m。 • 2、轻型井点布置应根据基坑大小与深度、土质、 地下水位高低与流向、降水深度要求等确定。 • （1）平面布置。当基坑或沟槽宽度小于6m，水 位降低值不大于5m时，可用单排线状井点，布置 在地下水流的上游一侧，两端延伸长一般不小于 沟槽宽度（如图1-29所示）。如沟槽宽度大于6m， 或土质不良，宜用双排井点（如图1-30所示）。 面积较大的基坑宜用环状井点（如图1-31所示）。 有时也可布置为U形，以利挖土机械和运输车辆 出入基坑，环状井点四角部分应适当加密，井点 管距离基坑一般为0.7～1.0m，以防漏气。井点管 间距一般为0.8～1.5m，或由计算和经验确定。
• 此外，确定井点埋深时，还要考虑到井点管一般 要露出地面 0.2m左右。如果计算出的值大于井点 管长度，则应降低井点管的埋置面（但以不低于 地下水位线为准）以适应降水深度的要求。在任 何情况下，滤管必须埋在透水层内。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），水泵轴心标高宜与总管平行或 略低于总管。总管应具有 0.25% ～ 0.5% 坡度（坡 向泵房）。各段总管与滤管最好分别设在同一水 平面，不宜高低悬殊。当一级井点系统达不到降 水深度要求，可视其具体情况采用其他方法降水。 如上层土的土质较好时，先用集水井排水法挖去 一层土再布置井点系统；也可采用二级井点，即 先挖去第一级井点所疏干的土，然后再在其底部 装设第二级井点。