谈城市建设工程地下水控制方法的选择

谈城市建设工程地下水控制方法的选择

中铁第一勘察设计院集团有限公司李成

1前言

随着我国城市化进程的加快发展，许多规模超大工程的开工建设，深基坑和人工边坡工程越来越多。在基坑开挖过程中，地下水渗入基坑内，不但会使施工条件恶化，而且会造成边坡塌方和地基承载能力降低。所以，在基坑工程施工中，必须严格控制地下水，以保证基坑边坡和基底的稳定性，以及基坑周边环境的安全和建筑物的正常使用。

对于基坑工程的地下水控制方法，我们通常采用集水明排、井点降水、截水和回灌等方法。截水、防渗，主要是使基坑周围或底部形成止水帷幕隔水，排水、降水则要防控降水诱发的不均匀沉降。另外，基坑地下水控制工程必须满足支护结构设计要求，应根据场地及周边工程地质条件、水文地质条件和环境条件，并结合基坑支护和基础施工方案综合确定。在施工时，可以单独或组合采用集水明排、井点降水、截水和回灌等方法。

地下水控制技术方法的选择是降水成败的关键，本文就如何选择技术可行、经济合理、方便施工、依法合规的技术方法，进行一个初步的讨论和商榷，供参考。

2地下水控制方法及其适用条件

2.1集水明排

集水明排是在基坑四周开挖集水沟，汇集坑壁及坑底渗水，并引向集水井的降水方法。集水明排作业施工，设备简单，施工成本低，可单独采用，也可与其它地下水控制方法组合使用。集水明排适用于涌水量不大，坑壁土体稳定，或渗透系数小于0.5m/d的粘性土和砂土地层。集水明排单独使用时，降水深度不大于5m。为防止抽水引发流砂，饱和粉细砂层要避免使用。

采用集水明排控制地下水时，集水井应设置在基础范围以外，地下水走向的上游。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20～40m设置一个。集水井的直径或宽度，一般为0.6～0.8m。其深度随着挖土的加深而加深，一般要低于挖土面0.7～1.0m。井壁可用竹、木或钢筋笼等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底应低于基坑底1～2m，并铺设碎石反滤层，以免在抽水时将泥砂抽出，防止井底土的扰动。

2.2井点降水

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井，利用抽水设备抽水，使地下水位降落到基坑底以下，同时在基坑开挖和地下主体结构施工过程中仍不断抽水。地下水控制工程采用降水方案时，可以根据具体情况选择不同的降水方法，主要包括轻型井点、电渗井点、喷射井点降水、管井井点降水或深井泵井点降水。

2.2.1轻型井点降水

轻型井点系统由井点管、连接管、集水总管及抽水设备等组成。轻型井点法通常适用于

渗透系数为0.1～20m/d的土层，对土层中含有大量的细砂和粉砂层特别有效。具有可以防止流砂现象和增加土坡稳定、且便于施工的特点。在粉土中，由于毛细力作用，孔隙水单靠重力不易排出，需要采用真空井点方式，即在滤管上下适当范围填充粘土，并在滤料段之上至孔口用粘土球密封，造成良好的真空度，利于排水。对于渗透系数极小的粘土和粉土，可采用电渗法达到降低水位的目的。

2.2.2喷射井点降水

当基坑开挖要求降水深度大于6m时，如用轻型井点就必须用多级井点。这会增加井点设备数量和基坑挖土量，延长工期等，往往是不经济的。因此，当降水深度超过6m，土层的渗透系数为0.1～20m/d的弱透水层时，以采用喷射井点为宜，其降水深度可达20m。喷射井点一般有喷水和喷气两种，井点系统由喷射器、高压水泵和管路组成。

喷射井点降水具有降水深度大、管网复杂、效率低、成本高等特点。适用于粘土、粉土、砂土、填土等渗透系数较小的地层，以及降水深度8～20m的降水工程。粗砂等大粒径土层中，循环水流大，经济性差，不宜采用喷射井点降水。

喷射井点降水施工时，要严格按照施工程序进行，首先安装水泵设备及泵的进出水管路，铺设进水总管和回水总管。然后再沉设井点管，灌填砂滤料，接通进水总管后及时进行单根试抽、检验。全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全面试抽，检查整个降水系统的运转状况和降水效果。

施工作业中，进水总管和回水总管与每根井点管连接时要安装阀门，以便调节和防止不抽水时发生回水倒灌。井点管路接头应安装严密。喷射井点的平面和高程布置，当坑基宽度小于10m时，采用单排井点布置；大于10m时，则用双排井点布置；当基坑面积较大时，则采用环状井点布置。喷射井点间距一般为2～3.5m。采用环状布置时，车辆进出口或道路处的井点间距可扩大为5～7 m。埋设时冲孔直径约为400～600mm，深度应比滤管底深1m 以上。

2.2.3管井井点降水

管井井点降水又称大井抽水。利用钻孔成井，在基坑外侧或内部每隔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井内的水来降低地下水位，当降水深度较大时可采用深井泵。管井井点降水的壁管直径一般大于200mm，该方法具有排水量大、排水效果好、施工设备简单、易维护等特点。适用于渗透系数为1～200m/d的土层，降水深度大于5m。管井可用钢管管井和混凝土管管井等。钢管管井的管身采用直径150～250mm的钢管，其过滤部分采用钢筋焊接骨架外包孔眼为1～2mm的滤网，长度2～3m。混凝土管管井的内径为400mm，分实管与过滤管两种，过滤管的孔隙率为20～25％，吸水管可采用直径为50～100mm的钢管或胶皮管，其下端应沉入管井抽吸时的最低水位以下。水泵可采用2～4英寸潜水泵或单级离心泵。管井的沉设，可采用泥浆护壁钻孔法。

管井井点布置主要包括坑外和坑内布置。坑外布置时要根据基坑的平面形状或沟槽的宽度，沿外围四周呈环形或单排、双排布置。井中心距坑边的距离应根据管井成孔所用钻机的钻孔方法而定，当用冲击式钻机并用泥浆护壁时，井中心距坑边的距离0.5～1.5m，用套管法时应不小于3m。管井的埋设深度和间距，应根据需降水的范围和深度以及土层的渗透系数而定，埋设深度为5～10m，间距为10～50m。坑内布置，主要是在坑内面积较大，或出于防止降水对周围环境的不利影响时采用，可根据坑内降水深度、单井涌水量以及抽水影响半径R等确定管井井点间距，再以此间距在坑内呈棋盘状点状布置。井点间距一般为10～15m，同时应不小√2R，以确保在基坑全范围内降低地下水位。

2.2.4深井泵井点降水