谈降排水施工在深基坑工程中的作用与必要性

李 莉

(甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025)

1 概述

基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工、土方开挖以及降水工程等，是一项综合性很强的系统工程。在地下水位较高的地区开挖深基坑时，由于含水层被切断，在水位差的作用下，地下水就会从基坑外渗入到基坑内部，如不进行基坑的降排水工作，将会造成基坑浸水、地基承载力下降、边坡失稳等现象的出现，使得现场施工条件变差，因此，采取有效的降水和排水措施在确保基坑安全施工中具有重要作用。

2 深基坑工程的特点

根据中华人民共和国住房和城乡建设部于2009年5月13日发布《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》中的附属文件，深基坑工程为：

1)开挖深度超过5 m(含5 m)的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程。

2)开挖深度虽未超过5 m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑(构筑)物安全的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程。

随着城市的发展，大批的深基坑工程随之涌现，例如88层的上海金茂大厦基坑平面尺寸为170 m×150 m，基坑开挖深度达到19.5 m；总高为632 m的上海中心大厦主楼深基坑是全球少见的超深、超大、无横梁支撑的单体建筑基坑。深基坑工程由于其深度大、面积大的特点对基坑稳定及位移控制的要求更严格，且施工周期长、工程事故多发，尤其针对地下水的控制，以防止地下水渗流引发工程问题，引起邻近建筑物地基沉降。目前常用的降排水方法有明排水法(集水明沟法)和人工降低地下水位法两种。

3 明排水法降水

明排水法降水(如图1所示)指在场地范围内合理布置排水明沟，设置集水井，让地面水、雨水及地下水汇入排水明沟流入集水井，然后用水泵排出基坑。明排水法降水可应用于除细砂土以外各种土质的施工场合。在降排水过程中随着基坑挖土的加深，应随时加深排水沟和集水井，保持水流的畅通。

明排水法的构造要点：排水明沟深度0.4 m～0.6 m，宽度不小于0.4 m，边坡坡度1∶1～1∶0.5，纵向坡度最小为0.2%～0.5%。沿排水明沟每隔20 m～40 m设置一个集水井，长宽或直径应达到0.6 m～0.8 m，低于排水边沟1 m左右。施工现场应用明排水法进行基坑降排水，是目前应用比较普遍的一种方法，其设备简单施工方便，可用于除粉砂细砂以外的各种土质。但采用该方法进行施工现场降排水时容易出现一个问题就是流砂现象。什么是流砂现象。当在细砂或粉砂土层进行基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。

产生流砂现象的内因，主要是取决于土的性质，比如说土的孔隙比较大，含水量比较大，或者说粘粒含量少，粉粒多，排水性能差，渗透性差的，均容易产生流砂现象。而外因则是动水压力，动水压力是水在渗流过程当中对土颗粒产生的一个作用力，那么使得土颗粒沿着动水压力的方向发生移动。流砂防治的原则是治流砂必先治水，只有从根本上解决由于水的渗流对土颗粒产生的动水压力问题，才能有效的防治流砂现象的出现。我们可以采用减少或平衡动水压力的方法，比如，在全年枯水期施工；其次，可以通过一些措施截住地下水流，从根本上解决水的渗流问题，当基坑下存在不透水层且深度不是很大时，可以沿基坑外围一圈设置防渗帷幕，例如打板桩、浇筑水泥土搅拌桩或高压旋喷桩等，此时防渗帷幕会阻挡外围地下水向内侧渗入，此时只需要处理防渗帷幕内侧少量地下水的渗流问题，大大减小了基坑降排水的难度；第三个方法就是改变动水压力的方向，在采用明水法进行基坑降排水时，动水压力的方向是指向基坑内侧的，而改变其方向，可以使动水压力的方向朝着基坑外侧，这样就可以有效的防止流砂现象的产生。明排水法费用较低且排水方便，适于降水深的较浅的情况，一般不超过5 m。

4 人工降低地下水位法(井点降水)

井点降水指基坑开挖前在其周围埋设一定数量的降水井(井点管)，在井中不断抽出地下水，使基坑范围内的地下水位下降到基底设计标高以下，以保证施工的正常进行。井点降水常用的方法有轻型井点、喷射井点、管井井点和电渗井点等，可以根据现场土的渗透性、降水水位的深度、设备条件及经济比较等具体条件选择。采用井点降水时要注意由于地下水位降低范围较大，可能引起的临近建筑物沉降问题。

在这里以轻型井点降水(如图2所示)为例，来介绍井点降水的方法。轻型井点降水是在基坑开挖前先埋设总管，总管连接抽水系统，然后在预开挖的基坑外围埋设一定数量的井点管，井点管下端设置滤管，滤管长度约为1 m～1.5 m，管壁钻有直径为12 mm～18 mm的滤孔，防止土颗粒在抽水过程当中进入井点管引起井点管的堵塞而影响抽水的效果。然后安装弯联管，将井点管和总管连接在一起。整个管路系统安装完毕后启动抽水系统，地下水则通过井点管下端的滤管，进入井点管中，再进入弯联管及总管，最后被排出，地下水位也会随之降低，当地下水位降低至开挖基坑底部以下时，进行基坑开挖，从而保证在整个基坑开挖过程当中，始终处于干燥状态。

轻型井点降水采用的设备包括两部分，第一部分是管路系统，包括井点管、弯联管和总管；第二部分是抽水设备，由真空泵、离心泵和水汽分离器组成，主要负责将抽出的水分离成空气和水排出基坑。轻型井点降水的布置包括平面布置和高程布置，平面布置有单排布置、双排布置、环形布置和U型布置；其高程布置就是确定井点管的埋置深度，即从滤管的顶部到井点管埋设面的垂直距离h，同时计算出的结果还应满足井点管埋深不大于抽水设备的最大抽吸高度，一般轻型井点为6 m～7 m。

轻型井点降水，可以有效地防止流砂现象的产生，保证基坑开挖时始终处于干燥状态，且降水效果比较好。但降水过程中可能引起邻近建筑地基发生压缩变形，建筑基础产生不均匀沉降，引起上部结构开裂。井点降水的影响范围比较大，其影响半径可以达到百米至数百米，在降水过程中由于周围土壤地下水位的降低，土体产生压缩变形，从而引起较大的地面沉降，因此我们在建筑附近进行井点降水时，为了防止降水影响或损害区域内的建筑，就必须阻止建筑地基土中地下水的流失，可以采用设置固体抗渗帷幕或采用回灌井点的方法来补充地下水，从而保证周围土体中水位的稳定。

5 结语

当我们在开挖基坑或基槽时，如果土中存在地下水，且地下水位在我们开挖的基坑底面设计标高以上时，若直接开挖，在开发过程当中土的含水层常被切断，此时基坑底部和基坑外侧的水位之间会存在水位差，在水位差的作用下，地下水就会从基坑外渗入到基坑内部；其次，当我们在雨季施工时，雨水和地面水也会流入到基坑和基槽内部，地下水在渗流过程当中会引起很多的问题，比如说流砂、管涌、滑坡或基坑底部隆起等现象，为了保证施工的正常进行，在基坑施工过程当中就需要进行降排水。随着城市的发展以及大批的深基坑工程随之涌现，深基坑降排水施工在很多情况下已不可避免，合理并有效地采用降排水方案，为深基坑工程的顺利进行提供了重要保障。