基坑工程中地下水控制策略分析

在土方开挖过程中，地下水渗入坑内，不但会使施工条件恶化，而更严重的是会造成边坡塌方和地基承载能力下降。所以基坑工程中必须严格控制地下水，通过控制地下水获得基坑开挖的作业空间，保证基坑边坡和底板的稳定以及基坑周边环境的安全及正常使用。基坑地下水控制工程应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分析、确定。而在具体施工时则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。

伴随着中国城市化进程的加快和各类超大规模工程的开工建设，深大基坑和人工切坡的边坡工程越来越多。由于我国地形复杂，各地地质条件差异较大以及边（滑）坡与基坑工程问题本身的复杂性，边（滑）坡及基坑工程仍然是当今国内外岩土工程领域的热点和难点课题。城建、铁路、公路、水电建设和露天矿产资源开采等相关领域工程建设中都急需进行边坡稳定性和基坑支护工程研究与治理。

在土方开挖过程中，地下水渗入坑内，不但会使施工条件恶化，而更严重的是会造成边坡塌方和地基承载能力下降。所以基坑工程中必须严格控制地下水，通过控制地下水获得基坑开挖的作业空间，保证基坑边坡和底板的稳定性以及基坑周边环境的安全及正常使用。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、截水和回灌的方法，而采用的原理则是截水、防渗或排水、降水。截水、防渗主要是使基坑周围或底部形成止水帷幕。而排水、降水则是要防控降水诱发不均匀沉降。地下水控制工程应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分析、确定。而在具体施工时则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。

一、采用集水明排控制地下水

集水明排主要是在基坑开挖及基础施工、养护期间，基坑四周开挖集水沟，汇集坑壁及坑底渗水，并引向集水井。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。集水明排作业方法适用于涌水量不大，坑壁土体稳定或k＜<0.5m/d的粘性土和砂土地层。需要注意的是集水明排作业方法单独使用时的降水深度不能大于5m，且为防止抽水引发流砂，饱和粉细砂层要避免使用。采用集水明排策略控制地下水时，集水坑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，集水坑每隔20～40m设置一个。集水坑的直径或宽度，一般为0.6～0.8m.其深度，随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面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，井底应低于坑底1～2m，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。

二、采用降水法控制地下水

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管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底以下，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策略时，我们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（深井）井点降水或深井泵井点降水。

（1）轻型井点。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中，采用电渗法达到排水降低水位的目的。

（2）喷射井点。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k=0.1~20m/d的地层以及降水深度较大（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，可改用深井泵降水。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，包括灌填砂滤料，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，以便调节使用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与轻型井点基本相同，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。

（3）管井（深井）井点。降水管井（深井）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。管井深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、易维护特点[3].主要适用于渗透系数为1~200m/d的土层，降水深度为>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.则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D一般为10～15m，同时应不小于根号2R，以确保在基坑全范围内降低地下水位。

（4）深井泵井点。降水深井泵井点降水排水量大，降水深度可达50m，不受吸程限制，排水效果好，井距大，对平面布置干扰小。其主要利用钻孔成井，多采用单井单泵（潜水泵或深井泵）抽取地下水。通常适用于砂砾、砂卵石等中、强透水含水层，渗透系数为10~250m/d，降水深度大于15m的降水工程。

三、截水法控制地下水

截水方法通常采钢筋混凝土地下连续墙、SMW（水泥土桩内插入H型钢等）、旋喷桩、搅拌桩、注浆帷幕等防渗墙形式使基坑周围或底部形成止水帷幕。

四、回灌法

为减轻降水沉降漏斗范围内，土体变形对周边环境的不良影响，除采用防渗墙等隔水措施外，还可采用回灌法控制周边环境中的地下水位。其技术要点为常采用回灌井点、回灌砂井、回灌砂沟等措施，回灌井距降水井不小于6m，回灌井的间距应根据降水井的间距和被保护物的平面位置确定，回灌水位不高于原地下水位，通过水位观测孔调控回灌水量，回灌水箱高度可根据灌入水量配置。回灌井宜进入稳定水面下1m，且位于渗透性较好的土层中，过滤器的长度应大于降水井过滤器的长度。回灌砂井的灌砂量应取井孔体积的95%，填料宜采用含泥量不大于3%、不均匀系数在3～5之间的纯净中粗砂。回灌水宜采用清水，且回灌井与降水井应协调控制。