基坑排水探析

张连强，王晓东

（1.依兰县水务局，黑龙江 依兰 154800；2.依兰县水务局安兴水库，黑龙江 依兰 154843）

1 基坑初期排水

在选定排水设备的容量时，需估计初期排水量大小，根据地质情况、工期长短、施工条件等因素来确定，可按下式估算：

式中：Q——排水设备容量，m3/s；K——积水体积系数，大中型工程可采用4～10，小型采用2～3；V——基坑的积水体积，m3；T——初期排水时间，s。

排水时间T受基坑水位下降速度的限制。允许下降速度视围堰型式、地基特性及基坑内水深而定。水位下降太快，则围堰或基坑边坡中动水压力变化过大，容易引起塌坡；下降太慢，则影响基坑开挖时间。因此下降速度限制在0.5～1.0 m/d以内。

根据初期排水流量即可确定所需的排水设备容量。排水设备选择容量不同的离心式水泵，以便组合使用。

初期排水泵站的布置，有固定式和浮动式两种类型。当基坑内水深较大时，可将水泵逐级下放至坑内平台，或用浮动泵站。

2 经常性排水

基坑内积水排除后，围堰内外的水位差增大，此时渗透量相应增大。因此，初期排水工作完成后，应接着进行经常性排水。

2.1 明沟排水法

基坑明沟排水是指基坑开挖和建筑物施工过程中，在基坑内布置明式排水系统，包括排水沟、集水井和水泵站。

1）排水系统的布置。通常应考虑两种不同情况：一种是基坑开挖过程中的排水系统布置；另一种是基坑开挖完成后修建建筑物时的排水系统布置。基坑开挖过程中布置排水系统，应以不妨碍开挖和运输工作为原则，一般将排水干沟布置在基坑中部，以利两侧出土。随着基坑开挖工作的进展，应逐渐加深排水沟，通常保持干沟深度为1.0～1.5 m，支沟深度为0.3～0.5 m，集水井底部应低于干沟的沟底。修建建筑物时的排水系统，通常布置在基坑四周。排水沟应布置在建筑物轮线外侧，且距离基坑边坡坡脚不小于0.3～0.5 m。排水沟的断面尺寸和底坡大小，取决于排水量大小。

集水井布置在建筑物轮廓线以外较低的地方，干沟、集水井与建筑物外缘的距离应考虑立模、堆放材料、交通等所需要的宽度。

2）渗透流量的计算。渗透流量计算的目的在于确定排水设备的容量。渗透流量的详细计算方法，可参阅有关论著。这里仅将估算渗透流量常用的公式列出，供参考。

a）围堰的渗透流量。透水地基上的均质土围堰，每米长围堰渗入基坑的渗透流量Q可以近似地按下式求得：

式中：Q——每米长围堰渗入基坑的渗透流量，m3/（d·m）；K——围堰与透水层的平均渗透系数，m/d；H——上游水深，m；T——透水层厚度，m；y——排水沟水面至沟顶的距离，m；L——等于L0+l，L0为基底宽，m；l——下游坡脚至排水沟边缘的距离，m。

b）基坑渗透流量。一般可按单井公式计算基坑渗透流量。在非承压水层中，基坑开挖到不透水层时，其渗透流量可按无压完整井公式计算：

式中：Q——基坑的渗透流量，m3/d；H——含水层厚度，m；h——基坑内水深，m；R——地下水位下降曲线的影响半径，m；r——把非圆形基坑化成假想的相当圆井时的化引半径，m。

对于不规则形状的基坑：

式中：F——基坑平面面积（各井中心连线围成的面积），m2。

对于矩形基坑：

式中：L——基坑长度，m；B——基坑宽度，m；η——基坑形状系数，可根据B/L的比值表查出，见表1。

表1 基坑形状系数值η

地下水位下降曲线的影响半径R及地基渗透系数K等资料最好通过勘测试验求得。在初步计算时，R值可引用经验数据确定：细砂为100～200 m；中砂为 250～500 m;粗砂为 700～1000 m。

当基坑在透水地基上时，可根据1 m水头下1 m2基坑面积的渗透流量值来估算渗透流量。见表2。

表21 m水头下、1 m2基坑面积的渗透流量

降水可按一般暴雨考虑，超过200 mm为宜。施工废水（指冲洗和养护水）可忽略不计。

2.2 人工降低地下水位法

在基坑开挖之前，在基坑周围钻设一些滤水管（井），并在基坑开挖及基坑内结构施工过程中仍不断抽水，使基坑内土壤始终保持干燥状态。人工降低地下水位方法，可以改善基坑内的施工条件，防止流砂现象发生，基坑边坡可以陡些，从而大大减少挖方量。一般应使地下水位降到开挖的基坑底部0.5～1.0 m以下。

1）管井排水法。是在基坑周围布置一些单独工作，内径20～40 cm的管井，适用于渗透系数K=10～250 m/d的土层，地下水在重力作用下流入井中，每口井用一台普通离心泵、潜水泵或深井泵抽水，分别可降低水位3～6，6～20 m或20 m以上，一般采用潜水泵较多。

管井一般设置在基坑边坡中部，井的纵向间距通常为15～25 m，当土层渗透系数较小时间距应较小，反之则间距较大些。当采用普通离心式水泵且要求降低地下水位较深或基坑较长时，应分层设置管井。当要求降低地下水位较深时，最好采用专用深井水泵。

井管可用钢管或预制无砂混凝土管制作，后者较常用，包括井管、外围滤料及封底填料三部分，在井管外还需设置反滤层。滤水管是井管的重要组成部分，其构造对井的出水量和可靠性影响极大。要求它过水能力大，进入的泥沙少，要有足够的强度和耐久性。

管井埋设可采用射水法、振动射水法和钻井法等。采用钻井法埋设时，可先下套管，后下井管，然后再一边填滤料，一边起拔套管。当采用射水法下管时，可用专门的水枪冲孔，井管随冲孔而下沉。这种方法采用的水压较高，对砂性土可采用39.23～49.04×104Pa，对粘性土可采用 29.42～39.23×104Pa，待井管沉放就位后，将冲水压力适当降低，再倒反滤料，直到反滤层满后才停止冲水。

2）井点排水法。按其类型可分为轻型井点、喷射井点和电渗井点三类，最常用的井点是轻型井点。它们分别适用于渗透系数为0.1～50 m/d和小于0.1 m/d的土层排水。

轻型井点是由井点管、集水总管、普通离心式水泵、真空泵和集水箱等设备所组成的一个排水系统。轻型井点法的井点为直径38～50 mm的无缝钢管，间距0.6～1.0 m，最大可达3 m。井点系统的井点管就是水泵的吸水管，井点管的埋设常采用水射法。地下水从井点管下端的滤水管借真空及水泵的抽吸作用流入管内，沿井点管上升汇入集水总管，流入集水箱（水气分离器），再由水泵抽出。井点系统开始工作时，先开动真空泵，排除系统内的空气，待集水箱贮积一定水量后，再启动水泵排水。为了保待系统内的真空度，当水泵开始抽水后，仍需真空泵配合工作。

井点系统排水时，地下水的下降深度，取决于集水箱内的真空度、管路的漏气和水头损失情况。一般集水箱的真空度为400～600 mm水银柱，相当于吸水高度为5～8 m，扣去各种损失后，地下水下降深度3～5 m，一般为4 m。当要求地下水位降低的深度超过4～5 m，可以分层布置井点，每层控制深度为3～4 m，但不宜超过三层，以免基坑挖方量过大、不经济。

井点抽水时，在滤水管周围形成一定的真空梯度，从而加速了土的排水速度，可用于渗透系数小于1 m/d的土层。当安装井点管时，在距井口1 m范围内，须填粘土密封，井点管与总管连接也应注意密封，以防漏气。排水结束后，可用杠杆或倒链将井点管拔出。

当基坑较深而地下水位又较高时，采用轻型井点要用多极井点，设备多，工期长，基坑挖方量大，不经济，此时可改用喷射井点。喷射井点的降水深度可达8～20 m。

3）人工降低地下水位的设计与计算。采用人工降低地下水位的方法进行施工，应根据要求的地下水位下降深度、水文地质、施工条件及设备条件等，确定排水总量，计算管井或井点的需要量，选择抽水设备，进行抽水排水系统的布置。总渗流量，可参考前面介绍的方法或其它有关论著。

管井或井点的数量n，可根据总渗流量Q和单井集水能力qmax决定，即

单井的过水能力，决定于滤水管的面积和通过滤水管的允许流速，即

式中：rc——滤水管半径（设反滤层时，应包括反滤层厚度在内），m；l——滤水管长度，m；Vf——允许流速（，其中K为土的渗透系数），m/d。

根据所计算的n值，考虑到抽水过程中有些井可能被堵塞，尚须增加5%～10%。管井和井点的间距d，可根据排水系统周线长度L来确定。