[科普中國(guó)]-降低地下水位法

簡(jiǎn)介

降低地下水位法是在基坑開挖前，沿開挖基坑的四周、或一側(cè)、二側(cè)、三側(cè)埋設(shè)一定數(shù)量深于坑底的井點(diǎn)濾水管或管井，以總管連接或直接與抽水設(shè)備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下。井點(diǎn)分為輕型井點(diǎn)(包括電滲井點(diǎn)及噴射井點(diǎn))和管井井點(diǎn)(包括深井點(diǎn))。各類降低地下水位法應(yīng)根據(jù)土的滲透系數(shù)、降水深度、設(shè)備條件及經(jīng)濟(jì)性等的要求來選用。1

作用降低地下水位法是在基坑槽開挖前，預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管和離心水泵，利用真空原理，通過抽水設(shè)備不斷地抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，使所挖的土始終保持較干燥狀態(tài)。其作用主要表現(xiàn)在：杜絕地下水涌入坑內(nèi)(圖a)、阻止邊坡塌方(圖b)、防止坑底土的管涌(圖c)、減小側(cè)向水平荷載(圖d)、消除流砂現(xiàn)象(圖e)。1

目的在地下水位較高地區(qū)開挖深基坑時(shí)，土的含水層被切斷，地下水會(huì)不斷地滲流入基坑內(nèi)。為了保證施工的正常進(jìn)行，防止出現(xiàn)流砂、邊坡失穩(wěn)和地基承載力下降，必須做好基坑的降水工作。主要目的是：

⑴ 以便在無水干燥的條件下開挖土方和進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

⑵ 非但可避免大量涌水、冒泥、翻漿，而且在粉細(xì)砂、粉土地層中開挖基坑時(shí)，采用井點(diǎn)法降低地下水位，可防止流砂現(xiàn)象發(fā)生。

⑶ 同時(shí)由于土中水分排除后，動(dòng)水壓力減小或消除，大大提高邊坡穩(wěn)定性，邊坡可放陡，可減少土方開挖量。

⑷ 由于滲流向下，動(dòng)水壓力加強(qiáng)重力，增加土顆粒間的壓力使坑底土層更為密實(shí)，改善土的性質(zhì)。

⑸ 井點(diǎn)降水可大大改善施工操作條件，提高工效，加快工程進(jìn)度。1

方法分類噴射井點(diǎn)當(dāng)基坑開挖所需降水深度超過6m時(shí)，一級(jí)的輕型井點(diǎn)就難以收到預(yù)期的降水效果，這時(shí)如果場(chǎng)地許可，可以采用二級(jí)甚至多級(jí)輕型井點(diǎn)以增加降水深度，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但是這樣一來會(huì)增加基坑土方施工工程量、增加降水設(shè)備用量并延長(zhǎng)工期，二來也擴(kuò)大了井點(diǎn)降水的影響范圍而對(duì)環(huán)境不利。為此，可考慮采用噴射井點(diǎn)。

根據(jù)工作流體的不同，以壓力水作為工作流體的為噴水井點(diǎn)；以壓縮空氣作為工作流體的是噴氣井點(diǎn)，兩者的工作原理是相同的。

噴射井點(diǎn)系統(tǒng)主要是由噴射井點(diǎn)、高壓水泵（或空氣壓縮機(jī)）和管路系統(tǒng)組成。如圖所示。噴射井管由內(nèi)管和外管組成，在內(nèi)管的下端裝有噴射揚(yáng)水器與濾管相連。當(dāng)噴射井點(diǎn)工作時(shí)，由地面高壓離心水泵供應(yīng)的高壓工作水經(jīng)過內(nèi)外管之間的環(huán)行空間直達(dá)底端，在此處工作流體由特制

內(nèi)管的兩側(cè)進(jìn)水孔至噴嘴噴出，在噴嘴處由于斷面突然收縮變小，使工作流體具有極高的流速，（30～60m/s）在噴口附近造成負(fù)壓（形成真空），將地下水經(jīng)過濾管吸入，吸入的地下水在混合室與工作水混合，然后進(jìn)入擴(kuò)散室，水流在強(qiáng)大壓力的作用下把地下水同工作水一同揚(yáng)升出地面，經(jīng)排水管道系統(tǒng)排至集水池或水箱，一部分用低壓泵排走，另一部分供高壓水泵壓入井管外管內(nèi)作為工作水流。如此循環(huán)作業(yè)，將地下水不斷從井點(diǎn)管中抽走，使地下水漸漸下降，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的降水深度。

噴射井點(diǎn)用作深層降水，應(yīng)用在粉土、極細(xì)砂和粉砂中較為適用。在較粗的砂粒中，由于出水量較大，循環(huán)水流就顯得不經(jīng)濟(jì)，這時(shí)宜采用深井泵。一般一級(jí)噴射井點(diǎn)可降低地下位8～20m，甚至20m以上。1

電滲井點(diǎn)在粘土和粉質(zhì)粘土中進(jìn)行基坑開挖施工，由于土體的滲透系數(shù)較小，為加速土中水分向井點(diǎn)管中流入，提高降水施工的效果，除了應(yīng)用真空產(chǎn)生抽吸作用以外，還可加用電滲。

所謂電滲井點(diǎn)，一般與輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)結(jié)合使用，是利用輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)管本身作為陰極，一金屬棒（鋼筋、鋼管、鋁棒等）作為陽極。通入直流電（采用直流發(fā)電機(jī)或直流電焊機(jī)）后，帶有負(fù)電荷的土粒即向陽極移動(dòng)（即電泳作用），而帶有正電荷的水則向陰極方向集中，產(chǎn)生電滲現(xiàn)象。在電滲與井點(diǎn)管內(nèi)的真空雙重用下，強(qiáng)制粘土中的水由井點(diǎn)管快速排出，井點(diǎn)管連續(xù)抽水，從而地下水位漸漸降低。

因此，對(duì)于滲透系數(shù)較?。ㄐ∮?.1m/d）的飽和粘土，特別是淤泥荷淤泥質(zhì)粘土，單純利用井點(diǎn)系統(tǒng)的真空產(chǎn)生的抽吸作用可能較難降水從土體中抽出排走，利用粘土的電滲現(xiàn)象和電泳作用特性，一方面加速土體固結(jié)，增加土體強(qiáng)度，另一方面也可以達(dá)到較好的降水效果。電滲井點(diǎn)的原理可參見右圖。

管井井點(diǎn)對(duì)于滲透系數(shù)為20～200m/d且地下水豐富的土層、砂層，用明排水造成土顆粒大量流失，引起邊坡塌方，用輕型井點(diǎn)難以滿足排降水的要求。這時(shí)候可采用管井井點(diǎn)。

管井井點(diǎn)就是沿基坑每隔一定距離設(shè)置一個(gè)管井，或在坑內(nèi)降水時(shí)每一定距離設(shè)置一個(gè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)水泵不斷抽取管井內(nèi)的水來降低地下水位。管井井點(diǎn)具有排水量大、排水效果好、設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，降水深度3～5m，可代替多組輕型井點(diǎn)作用。井點(diǎn)構(gòu)造與設(shè)備如右圖。1

深井井點(diǎn)對(duì)于滲透系數(shù)大、涌水量大、降水較深的不砂類土，及用其它井點(diǎn)降水不易解決的深層降水，可采用深井井點(diǎn)系統(tǒng)。深井井點(diǎn)降水是在深基坑的周圍埋置深于基坑的井管，使地下水通過設(shè)置在井管內(nèi)的潛水電泵將地下水抽出，使地下水位底于坑底。本法具有排水量大，降水深（可達(dá)50m），不受吸程限制，排水效果好；井距大，對(duì)平面布置的干擾??；可用于各種情況，不受土層限制；成孔（打井）用人工或機(jī)械均可，較易于解決；井點(diǎn)制作、降水設(shè)備及操作工藝、維護(hù)均較簡(jiǎn)單，施工速度快；如果井點(diǎn)管采用鋼管、塑料管，可以整根拔出重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)；但一次性投資大，成孔質(zhì)量要求嚴(yán)格；降水完畢，井管拔出較困難。適用于滲透系數(shù)較大（10～250m/d）,土質(zhì)為砂類土，地下水豐富，降水深，面積大，時(shí)間長(zhǎng)的情況，對(duì)在有流砂和重復(fù)挖填土方區(qū)使用，效果尤佳。1

意義基坑的開挖施工，無論是采用支護(hù)體系的垂直開挖還是放坡開挖，如果施工地區(qū)的地下水位較高，都將涉及到地下水對(duì)基坑施工的影響這一問題。當(dāng)開挖施工的開挖面低于地下水位時(shí)，土體的含水層被切斷，地下水便會(huì)從坑外或坑底不斷地滲入基坑內(nèi)，另外在基坑開挖期間由于下雨或其它原因，可能會(huì)在基坑內(nèi)造成滯留水，這樣會(huì)使坑底地基土強(qiáng)度降低，壓縮性增大。這樣一來，從基坑開挖施工的安全角度出發(fā)，對(duì)于采用支護(hù)體系的垂直開挖，坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)土體由于含水量增加導(dǎo)致強(qiáng)度、剛度降低，對(duì)控制支護(hù)體系的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和變形都是十分不利的；對(duì)于放坡開挖來講，也增加了邊坡失穩(wěn)和產(chǎn)生流砂的可能性。從施工角度出發(fā)，在地下水位以下進(jìn)行開挖，坑內(nèi)滯留水一方面增加了土方開挖施工的難度，另一方面也使地下主體結(jié)構(gòu)的施工難以順利進(jìn)行。

而且在水的浸泡下，地基土的強(qiáng)度大大降低，也影響了其承載力。因此，為保證深基坑工程開挖施工的順利進(jìn)行，同時(shí)保證地下主體結(jié)構(gòu)施工的正常進(jìn)行以及地基土的強(qiáng)度不遭受損失，一方面在地下水位較高的地區(qū)，當(dāng)開挖面低于地下水位時(shí)，需采取降低地下水位的措施；另一方面基坑開挖期間坑內(nèi)需采取排水措施以排出坑內(nèi)滯留水，使基坑處于干燥的狀態(tài)，以利于施工。1

易發(fā)問題1、引發(fā)流砂的因素

根據(jù)常發(fā)生流砂地區(qū)的工程實(shí)踐及土工分析，可發(fā)現(xiàn)引起流砂的因素大致有：

1)主要外因取決于水力坡度的大小，即該地區(qū)地下水位越高，基坑挖深越大，水力壓力差越大，越容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；

2)土的顆粒組成中粘土含量小于10%，而粉砂含量大于75%；

3)土的不均勻系數(shù)D60/D106m）可考慮采用噴射井點(diǎn)、深井井點(diǎn)等井點(diǎn)降水措施，也可以結(jié)合基坑的平面形狀及周圍環(huán)境條件，采用多級(jí)輕型井點(diǎn)或綜合多種井點(diǎn)降水方式以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的降水效果。

2)擋水帷幕

擋水帷幕的作用為加長(zhǎng)地下水滲流路線，以阻止或限制地下水滲流到基坑中去。常用擋水帷幕的種類主要包括：

（1）鋼板樁

鋼板樁作為擋水帷幕的有效程度取決于板樁之間的止口鎖合程度及鋼板樁的長(zhǎng)度。一般在板縫間易漏水，因此鋼板樁擋水帷幕只能阻擋較大水流，水中小工程的施工，可在四周打設(shè)鋼板樁，進(jìn)行水下挖土然后水下澆筑混凝土以止水，而水下混凝土封閉必須能承受上升的壓力。對(duì)于一般基坑工程還需結(jié)合降水或其它擋水措施以增強(qiáng)擋水效果。

（2）水泥攪拌樁

水泥攪拌樁相互搭接形成擋水帷幕是近年來常用的擋水措施。水泥攪拌樁樁身1滲流系數(shù)極小，可以達(dá)到較好的擋水效果。當(dāng)水泥攪拌樁間搭接處間斷施工時(shí)，可能會(huì)造成搭接處結(jié)合不嚴(yán)密而漏水，這可以通過合理組織施工或采取局部注漿措施來進(jìn)行防治。

（3）地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻墻身為鋼筋混凝土，擋水效果好，我國(guó)首次應(yīng)用地下連續(xù)墻便是作為水庫(kù)截水防滲之用。但地下連續(xù)墻造價(jià)昂貴，作為擋水帷幕使用一般僅在超大型重要工程中采用，在基坑工程中地下連續(xù)墻一般作為支護(hù)墻體，同時(shí)起到擋水的作用。在地下連續(xù)墻用于擋水時(shí)需要注意其槽段間接頭處的質(zhì)量以防止漏水，必要時(shí)可采取局部注漿措施以加強(qiáng)擋水效果。

（4）注漿擋水帷幕

沿基坑邊采用壓密注漿形成密閉擋水帷幕可起到截流地下水以防止流砂的目的。注漿材料可以采用水泥漿或化學(xué)漿液，常用的有：水泥和水；水泥、膨潤(rùn)土、減少表面張力的粘合劑和水；硅膠、Am-9、丙凝等。

（5）凍結(jié)法

采用凍結(jié)法將基坑周圍或坑底土體一定范圍內(nèi)地下水凍結(jié)，一方面起到加固土體，同時(shí)作為支護(hù)的作用，另一方面達(dá)到擋水以防流砂的目的。1