降低地下水位法

降低地下水位法是指在基坑槽開挖前，預先在基坑四周埋設一定數量的濾水管和離心水泵，利用真空原理，通過抽水設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乾燥狀態。

基本介紹

• 中文名：降低地下水位法
• 外文名：dewatering method
• 學科：土木工程
• 目的：防止出現流砂、邊坡失穩
• 分類：噴射井點、電滲井點
• 意義：使基坑處於乾燥的狀態

簡介

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、二側、三側埋設一定數量深於坑底的井點濾水管或管井，以總管連線或直接與抽水設備連線從中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下。井點分為輕型井點(包括電滲井點及噴射井點)和管井井點(包括深井點)。各類降低地下水位法應根據土的滲透係數、降水深度、設備條件及經濟性等的要求來選用。

作用

降低地下水位法是在基坑槽開挖前，預先在基坑四周埋設一定數量的濾水管和離心水泵，利用真空原理，通過抽水設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乾燥狀態。其作用主要表現在：杜絕地下水湧入坑內(圖a)、阻止邊坡塌方(圖b)、防止坑底土的管涌(圖c)、減小側向水平荷載(圖d)、消除流砂現象(圖e)。

目的

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

⑴ 以便在無水乾燥的條件下開挖土方和進行基礎施工。

⑵ 非但可避免大量湧水、冒泥、翻漿，而且在粉細砂、粉土地層中開挖基坑時，採用井點法降低地下水位，可防止流砂現象發生。

⑶ 同時由於土中水分排除後，動水壓力減小或消除，大大提高邊坡穩定性，邊坡可放陡，可減少土方開挖量。

⑷ 由於滲流向下，動水壓力加強重力，增加土顆粒間的壓力使坑底土層更為密實，改善土的性質。

⑸ 井點降水可大大改善施工操作條件，提高工效，加快工程進度。

方法分類

噴射井點

當基坑開挖所需降水深度超過6m時，一級的輕型井點就難以收到預期的降水效果，這時如果場地許可，可以採用二級甚至多級輕型井點以增加降水深度，達到設計要求。但是這樣一來會增加基坑土方施工工程量、增加降水設備用量並延長工期，二來也擴大了井點降水的影響範圍而對環境不利。為此，可考慮採用噴射井點。

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

噴射井點系統主要是由噴射井點、高壓水泵（或空氣壓縮機）和管路系統組成。如圖所示。噴射井管由內管和外管組成，在內管的下端裝有噴射揚水器與濾管相連。當噴射井點工作時，由地面高壓離心水泵供應的高壓工作水經過內外管之間的環行空間直達底端，在此處工作流體由特製

內管的兩側進水孔至噴嘴噴出，在噴嘴處由於斷面突然收縮變小，使工作流體具有極高的流速，（30～60m/s）在噴口附近造成負壓（形成真空），將地下水經過濾管吸入，吸入的地下水在混合室與工作水混合，然後進入擴散室，水流在強大壓力的作用下把地下水同工作水一同揚升出地面，經排水管道系統排至集水池或水箱，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作為工作水流。如此循環作業，將地下水不斷從井點管中抽走，使地下水漸漸下降，達到設計要求的降水深度。

噴射井點用作深層降水，套用在粉土、極細砂和粉砂中較為適用。在較粗的砂粒中，由於出水量較大，循環水流就顯得不經濟，這時宜採用深井泵。一般一級噴射井點可降低地下位8～20m，甚至20m以上。

電滲井點

在粘土和粉質粘土中進行基坑開挖施工，由於土體的滲透係數較小，為加速土中水分向井點管中流入，提高降水施工的效果，除了套用真空產生抽吸作用以外，還可加用電滲。

所謂電滲井點，一般與輕型井點或噴射井點結合使用，是利用輕型井點或噴射井點管本身作為陰極，一金屬棒（鋼筋、鋼管、鋁棒等）作為陽極。通入直流電（採用直流發電機或直流電焊機）後，帶有負電荷的土粒即向陽極移動（即電泳作用），而帶有正電荷的水則向陰極方向集中，產生電滲現象。在電滲與井點管內的真空雙重用下，強制粘土中的水由井點管快速排出，井點管連續抽水，從而地下水位漸漸降低。

因此，對於滲透係數較小（小於0.1m/d）的飽和粘土，特別是淤泥荷淤泥質粘土，單純利用井點系統的真空產生的抽吸作用可能較難降水從土體中抽出排走，利用粘土的電滲現象和電泳作用特性，一方面加速土體固結，增加土體強度，另一方面也可以達到較好的降水效果。電滲井點的原理可參見右圖。

管井井點

對於滲透係數為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，用輕型井點難以滿足排降水的要求。這時候可採用管井井點。

管井井點就是沿基坑每隔一定距離設定一個管井，或在坑內降水時每一定距離設定一個管井，每個管井單獨用一台水泵不斷抽取管井內的水來降低地下水位。管井井點具有排水量大、排水效果好、設備簡單、易於維護等特點，降水深度3～5m，可代替多組輕型井點作用。井點構造與設備如右圖。

深井井點

對於滲透係數大、湧水量大、降水較深的不砂類土，及用其它井點降水不易解決的深層降水，可採用深井井點系統。深井井點降水是在深基坑的周圍埋置深於基坑的井管，使地下水通過設定在井管內的潛水電泵將地下水抽出，使地下水位底於坑底。本法具有排水量大，降水深（可達50m），不受吸程限制，排水效果好；井距大，對平面布置的干擾小；可用於各種情況，不受土層限制；成孔（打井）用人工或機械均可，較易於解決；井點製作、降水設備及操作工藝、維護均較簡單，施工速度快；如果井點管採用鋼管、塑膠管，可以整根拔出重複使用等優點；但一次性投資大，成孔質量要求嚴格；降水完畢，井管拔出較困難。適用於滲透係數較大（10～250m/d）,土質為砂類土，地下水豐富，降水深，面積大，時間長的情況，對在有流砂和重複挖填土方區使用，效果尤佳。

意義

基坑的開挖施工，無論是採用支護體系的垂直開挖還是放坡開挖，如果施工地區的地下水位較高，都將涉及到地下水對基坑施工的影響這一問題。當開挖施工的開挖面低於地下水位時，土體的含水層被切斷，地下水便會從坑外或坑底不斷地滲入基坑內，另外在基坑開挖期間由於下雨或其它原因，可能會在基坑內造成滯留水，這樣會使坑底地基土強度降低，壓縮性增大。這樣一來，從基坑開挖施工的安全形度出發，對於採用支護體系的垂直開挖，坑內被動區土體由於含水量增加導致強度、剛度降低，對控制支護體系的穩定性、強度和變形都是十分不利的；對於放坡開挖來講，也增加了邊坡失穩和產生流砂的可能性。從施工角度出發，在地下水位以下進行開挖，坑內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構的施工難以順利進行。

而且在水的浸泡下，地基土的強度大大降低，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行，同時保證地下主體結構施工的正常進行以及地基土的強度不遭受損失，一方面在地下水位較高的地區，當開挖面低於地下水位時，需採取降低地下水位的措施；另一方面基坑開挖期間坑內需採取排水措施以排出坑內滯留水，使基坑處於乾燥的狀態，以利於施工。

易發問題

1、引發流砂的因素

根據常發生流砂地區的工程實踐及土工分析，可發現引起流砂的因素大致有：

1)主要外因取決於水力坡度的大小，即該地區地下水位越高，基坑挖深越大，水力壓力差越大，越容易產生流砂現象；

2)土的顆粒組成中粘土含量小於10%，而粉砂含量大於75%；

3)土的不均勻係數D60/D10<5（式中D60為限定顆粒，即小於某粒徑的土粒重量計百分數為60%時；D10為有效粒徑，即小於某粒徑的土粒重量計百分數為10%時）。易發生流砂地區取得不均勻係數的值在1.6～3.2之間；

4)土的含水量大於30%；

5)土的空隙率大於43%；

6)在粘性土中有砂夾層的地質構造中，砂質粉土或砂層的厚度大於250mm。

2、防範流砂的措施

防範流砂現象的產生，可根據其產生機理從兩方面入手：一方面可以通過減小水位差，另一方面可以通過增加地下水的滲流路線，從而減小其水力坡度，達到防範流砂的目的。在具體施工時，可以採取降水或設定擋水帷幕等措施。

1)降水

根據開挖工程的具體情況，包括工程性質、開挖深度、土質條件等，並綜合考慮經濟等因素而採取相適應的降水方法。開挖深度較淺的基坑（H≤6m）可採取用普通輕型井點；深基坑（H>6m）可考慮採用噴射井點、深井井點等井點降水措施，也可以結合基坑的平面形狀及周圍環境條件，採用多級輕型井點或綜合多種井點降水方式以達到經濟合理的降水效果。

2)擋水帷幕

擋水帷幕的作用為加長地下水滲流路線，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於板樁之間的止口鎖合程度及鋼板樁的長度。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，可在四周打設鋼板樁，進行水下挖土然後水下澆築混凝土以止水，而水下混凝土封閉必須能承受上升的壓力。對於一般基坑工程還需結合降水或其它擋水措施以增強擋水效果。

（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滲流係數極小，可以達到較好的擋水效果。當水泥攪拌樁間搭接處間斷施工時，可能會造成搭接處結合不嚴密而漏水，這可以通過合理組織施工或採取局部注漿措施來進行防治。

（3）地下連續牆

地下連續牆牆身為鋼筋混凝土，擋水效果好，我國首次套用地下連續牆便是作為水庫截水防滲之用。但地下連續牆造價昂貴，作為擋水帷幕使用一般僅在超大型重要工程中採用，在基坑工程中地下連續牆一般作為支護牆體，同時起到擋水的作用。在地下連續牆用於擋水時需要注意其槽段間接頭處的質量以防止漏水，必要時可採取局部注漿措施以加強擋水效果。

（4）注漿擋水帷幕

沿基坑邊採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。注漿材料可以採用水泥漿或化學漿液，常用的有：水泥和水；水泥、膨潤土、減少表面張力的粘合劑和水；矽膠、Am-9、丙凝等。

（5）凍結法

採用凍結法將基坑周圍或坑底土體一定範圍內地下水凍結，一方面起到加固土體，同時作為支護的作用，另一方面達到擋水以防流砂的目的。