在基坑（槽）土方开挖时，当开挖面低于地下水位时，由于土的含水层被切断，地下水会不断渗入坑内；如果没有采取降水措施，非但土方开挖困难，费工费时，边坡易于塌方，而且会导致地基被水浸泡，扰动地基土，影响地基承载力，造成工程竣工后建筑物的不均匀沉降，引起房屋的开裂和破坏。因此，在基坑土方开挖施工中，必须采取措施降低地下水位。

降低地下水位的方法很多，但在土方工程中采用较多的是集水井降水和轻型井点降水。

2.4.3.1　集水井降水

这种方法是在基坑或沟槽开挖时，在开挖基坑的一侧、两侧或中间设置排水沟，并沿排水沟方向每间隔20～30m设一集水井（或在基坑的四角处设置），使地下水流入集水井内，再用水泵抽出坑外，如图2-25所示。

图2-25　集水井降水

1—排水沟；2—集水坑；3—水泵

四周的排水沟和集水井应设置在基础范围之外、地下水流的上游。

一般小面积基坑排水沟深0.3～0.6m，底宽不应小于0.2～0.3m，水沟的边坡为1∶1～1.5，沟底设有0.2%～0.5%纵坡。基坑面积较大时，排水沟截面尺寸应相应加大，以保证排水畅通。另外，排水沟深度应始终保持比挖土面低0.4～0.5m。

集水井的直径或宽度，一般为0.7～0.8m。其深度随着挖土的加深而加深，要始终低于挖土面0.8～1.0m，井壁用方木板支撑加固。至基底以下井底应填以20cm厚碎石或卵石，以防止泥砂进入水泵；同时井底面应低于坑底1～2m。

基坑排水采用的水泵，常用动力水泵，有机动、电动、真空及缸吸泵等。选用水泵类型时，一般取水泵的排水量为基坑涌水量的1.5～2倍。当基坑涌水量Q＜20m3/h，可用隔膜式泵或潜水电泵；当Q=20～60m3/h，可用隔膜式或离心式水泵或潜水电泵；当Q＞60m3/h，多用离心式水泵。

基坑中直接抽出地下水的方法比较简单，施工费用低，应用比较广，但当土为细砂或粉砂，地下水渗流时会出现流砂、边坡坍方及管涌等可能，使施工困难，工作条件恶化，并有引起附近建筑物下沉的危险，此时常用井点降水的方法进行降水施工。

2.4.3.2　井点降水

1.井点降水的作用

井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，从而根本上解决了地下水涌入坑内的问题（图2-26（a））；防止了边坡由于受地下水流的冲刷而引起的塌方（图2-26（b））；使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了坑底土的上涌（图2-26（c））；由于没有水压力，使板桩减少了横向荷载（图2-26（d）；由于没有地下水的渗流，也就消除了流砂现象（图2-26（e）。降低地下水位后，由于土体固结，还能使土层密实，增加地基土的承载能力。

图2-26　井点降水的作用

上述几点中，防治流砂是井点降水的主要目的。

流砂指的是基坑在开挖时，坑底下面的土产生流动状态并随地下水一起涌进坑内、边挖边冒无法挖深的现象。产生流砂的原因有其内因和外因。内因取决于土质，当土具备下列性质，就有可能发生流砂：

（1）土层中有厚度大于250mm的粉砂土层。

（2）土的含水率大于30%以上或孔隙率大于43%。

（3）土的颗粒组成中粘土粒含量小于10%，粉砂粒含量大于75%。

（4）砂土的渗透系数很小，排水性很差。

因此，流砂经常在细砂、粉砂及亚砂土中发生，但是否出现流砂的重要原因还有其外部条件，即地下水及其动水压力的大小和流动方向，防治流砂应着眼于减小或消除动水压力，改变其流动方向。

动水压力就是地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力，用Gd表示。它与单位土体内渗流水受到土骨架的阻力T大小相等，方向相反。在图2-27（a）中，水是由高水位的左端（水头为h1），经过长度为l、截面积为A的土体，流向低水位的右端（水头为h2）。作用在土体上的力，根据静力平衡条件得：

图2-27　动水压力原理图

式中　γwh1A——作用在土体左端a-a截面处的静水压力，其方向与水流方向一致；

γwh2A——作用在土体右端b-b截面处的静水压力，其方向与水流方向相反；

TlA——水渗流时受到土骨架的阻力；

γw——水的密度。

化简得：

式中，为水头差与渗透路程长度之比，称为水力坡度，以I表示，则上式可写成

因此

由上式可知，动水压力Gd的大小与水力坡度成正比，即水位差h1-h2愈大，则Gd愈大；而渗透路程l愈长，则Gd愈小；动水压力的作用方向与水流方向相同。当水流在水位差的作用下对土颗粒产生向上压力时，动水压力不但使土粒受到水的浮力，而且还使土粒受到向上动水压力的作用。如果动水压力等于或大于土的浸水容量，即

则土粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒就随着水的渗流一起流动，带入基坑，便产生流砂。

在基坑（槽）开挖中，防治流砂的途径有两个方面：一是减小或平衡动水压力；二是设法使动水压力方向向下。具体防治流砂的方法有：

（1）水下挖土法　就是不排水施工，使坑内水压与坑外地下水压相平衡，以阻止流砂。

（2）枯水期施工　安排在全年水位最低的季节施工，基坑内动水压力较小。

（3）加设支护结构　沿基坑外围四周打板桩，深入坑底下面一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流路线和渗水量，以减小动水压力；沿基坑四周设地下连续墙，可以截止地下水流入坑内。

（4）固结法　采用化学压力注浆或高压水泥注浆，固结基坑周围粉砂层使之形成防渗帷幕。

（5）抛大石块法　往坑底抛大石块，增加土的压重和减小动水压力，同时组织快速施工。

（6）井点降水法　使水位降至基坑底0.5m以下，使动水压力的方向朝下，坑底土面保持无水状态。

2.井点降水方法及选用

井点降水方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井点以及小沉井井点等。可根据土的种类，透水层位置、厚度，土层的渗透系数，水的补给源，井点布置形式，要求降水深度，邻近建筑、管线情况，工程特点，场地及设备条件以及施工技术水平等情况，作出比较后选用一种或两种降水方法，也可参考表2-10选用。

表2-10　各种井点的适用范围

注：无砂混凝土管井点、小沉井井点适于土层渗透系数为10～250m/d，降水深度为5～10m。

3.轻型井点

（1）轻型井点设备

设备由井点管、弯联管、集水总管、滤管和抽水设备组成（图2-28）。

图2-28　轻型井点降水全貌图

1—井点管；2—滤管；3—集水总管；4—弯联管；5—水泵房；6—原有地下水位线；7—降低后地下水位线

滤管为进水设备，构造如图2-29所示，长度一般为1.0～1.5m，直径常与井点管相同；管壁上钻有直径为10～18mm的呈梅花形状的滤孔，管壁外包两层滤网，内层为细滤网，采用网眼为30～50孔/cm2的黄铜丝布、生丝布或尼龙丝布；外层为粗滤网，采用网眼为3～10孔/cm2的铁丝布或尼龙丝布或棕树皮。为避免滤孔淤塞，在管壁与滤网间用铁丝绕成螺旋状隔开，滤网外面再围一层#8粗铁丝保护层。滤管下端放一个锥形的铸铁头。井点管为直径38～55mm的钢管（或镀锌钢管），长5～7m，井点管上端用弯联管与总管相连。弯联管宜用透明塑料管或用橡胶软管。

图2-29　滤管构造

1—钢管；2—管壁上的小孔；3—缠绕的铁丝；4—细滤网；5—粗滤网；6—粗铁丝保护网；7—井点管；8—铸铁头

集水总管一般用直径为75～100mm的钢管分节连接，每节长4m，每间隔0.8～1.6m设一个连接井点管的接头。

抽水设备有三种类型，一是真空泵轻型井点设备，由真空泵、离心泵和气水分离器组成，如图2-30所示。这种设备国内已有定型产品供应，设备形成真空度高（67～80kPa），带井点数多（60～70根），降水深度较大（5.5～6.0m）；但该设备较复杂，易出故障，维修管理困难，耗电量大，适用于重要的较大规模的工程降水。二是射流泵轻型井点设备，它由离心泵、射流泵（射流器）、水箱等组成，如图2-31所示。射流泵抽水系由高压水泵供给工作水，经射流泵后产生真空，引射地下水流；它构造简单，制造容易，降水深度较大（可达9m），成本低，操作维修方便，耗电少，但其所带的井点管一般只有25～40根，总管长度30～50m。若采用两台离心泵和两个射流器联合工作，能带动井点管70根，总管长100m。这种形式目前应用较广，是一种有发展前途的抽水设备。

图2-30　真空泵轻型井点抽水设备工作简图

1—井点管；2—弯联管；3—集水总管；4—过滤箱；5—过滤网；6—水气分离器；7—浮筒；8—挡水布；9—阀门；10—真空表；11—水位计；12—副水气分离器；13—真空泵；14—离心泵；15—压力箱；16—出水管；17—冷却泵；18—冷却水管；19—冷却水箱；20—压力表；21—真空调节阀

图2-31　射流泵井点设备工作简图

1—离心泵；2—射流器；3—进水管；4—集水总管；5—井点管；6—循环水箱；7—隔板；8—泄水口；9—真空表；10—压力表；11—喷嘴；12—喉管

（2）轻型井点的布置

轻型井点的布置应根据基坑形状与大小、地质和水文情况、工程性质、降水深度等确定。

1）平面布置　当基坑（槽）宽小于6m、且降水深度不超过6m时，可采用单排井点，布置在地下水上游一侧，两端延伸长度以不小于槽宽为宜（图2-32）。如宽度大于6m或土质不良、渗透系数较大时，宜采用双排井点，布置在基坑（槽）的两侧。当基坑面积较大时宜采用环形井点（图2-33）；考虑运输设备入道，一般在地下水下游方向布置成不封闭。井点管距离基坑壁一般可取0.7～1.0m，以防局部发生漏气。井点管间距为0.8m，1.2m，1.6m，由计算或经验确定。井点管在总管四角部分应适当加密。

图2-32　单排井点布置简图

1—总管；2—井点管；3—抽水设备

2）高程布置轻型井点的降水深度，从理论上讲可达10.3m，但由于管路系统的水头损失，其实际的降水深度一般不宜超过6m。

井点管的埋置深度h，可按下式计算（图2-32（b））：

式中　h1——井点管埋设面至基坑底面的距离（m）；

Δh——降低后的地下水位至基坑中心底面的距离，一般为0.5～1.0m，人工开挖取下限，机械开挖取上限；

i——降水曲线坡度。对环状或双排井点取1/10～1/15；对单排井点取1/4；

L——井点管中心至基坑中心的短边距离（m）。

图2-33　环形井点布置简图

1—总管；2—井点管；3—抽水设备

如h值小于降水深度6m时，可用一级井点；h值稍大于6m且地下水位离地面较深时，可采用降低总管埋设面的方法，仍可采用一级井点；当一级井点达不到降水深度要求时，则可采用二级井点（图2-34）或喷射井点。

图2-34　二级轻型井点降水示意图

1—第—级轻型井点；2—第二级轻型井点；3—集水总管；4—连接管；5—水泵；6—基坑；7—原地面线；8—原地下水位线；9—降低后地下水位线

（3）轻型井点的计算

轻型井点的计算内容包括：计算井点系统涌水量，计算确定井点管数量与间距，校核水位降低数量，选择抽水设备和井点管的布置等。井点计算由于受水文地质和井点设备等多种因素的影响，计算的结果只是近似的，对重要工程，其计算结果应经现场试验进行修正。

1）涌水量计算

根据井底是否达到不透水层，水井可分为完整井和非完整井。当水井底部达到不透水层时称完整井；井底达不到不透水层时称非完整井。根据地下水有无压力又分为无压井和承压井。当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时称无压井；水井布置在两不透水层之间充满水的含水层内，且地下水有一定压力的称为承压井。其中以无压完整井的理论较为完善，应用较普遍。

①无压完整井群井井点涌水量计算（图2-35（a））

图2-35　无压完整井与无压非完整井涌水量计算简图

1—基坑；2—不透水层；3—原地下水位线；4—降低后地下水位线

无压完整井涌水量计算公式：(www.daowen.com)

式中　Q——井点系统的涌水量（m3/d）；

K——土的渗透系数（m/d），可以由实验室或现场抽水试验确定；

H——含水层厚度（m）；

S——基坑中心的水位降低值（m）；

R——抽水影响半径（m），常用公式计算：

X0——基坑假想半径（m）。对于矩形基坑，其长度与宽度之比不大于5时，可按下式计算：

A——环状井点系统包围的面积（m2）。

②无压非完整井井点系统涌水量计算（图2-35（b））

为了简化计算，仍可采用式（2-28），但式中H应换成有效深度H0，H0为经验数值，可查表2-11；当算得H0大于实际含水层的厚度H时，则仍取H值。

表2-11　H0值

注：表中l为滤管长度。

③承压完整井环形井点涌水量计算（图2-36（a））

计算公式为

式中，M为不承压含水层厚度（m）。

④承压非完整井环形井点涌水量计算（图2-36（b））

计算公式：

图2-36　承压完整井环形井点涌水量计算简图

式中　r——井点管的半径（m）；

l1——井点管进入含水层的深度（m）。

2）井点管数量与井距的确定

单根井点管的最大出水量由下式确定：

式中　q——单根井点管的最大出水量（m3/d）；

d——滤管直径（m）；

l——滤管长度（m）。

井点管需要根数n可按下式计算：

式中，m为井点备用系数，考虑堵塞等因素一般取m=1.1。

井点管间距可根据井点系统布置方式按下式计算：

式中，L，B分别为矩形井点系统的长度和宽度（m）。

求出的管距应大于15d（如果井点管太密，会影响抽水效果），并应符合总管接头的间距（0.8，1.2，1.6m）。

3）水位降低数值校核

井点管数与间距确定后，可按下式校核所采用的布置方式是否能将地下水位降低到规定的标高，即h是否小于规定数值：

式中　h——滤管外壁处或坑底任意点的动水位高度（m），对完整井算至井底，对非完整井算至有效深度；

X1，X2，…，Xn——所核算的滤管外壁或坑底任意点至井点管的水平距离（m）。

（4）轻型井点系统设计计算示例

某多层厂房地下室呈凹字形，基础底面标高为-4.50m，电梯井部分深达-5.30m，天然地面标高为-0.40m。根据地质勘测资料：标高在-1.40m以上为亚粘土，再往下为粉砂土，地下水静水位在-1.80m处，土的渗透系数为5m/d。基坑边坡采用1∶0.5，为施工方便，坑底开挖平面尺寸比设计平面尺寸每边放出0.5m。

根据本工程基坑的平面形状和深度，轻型井点选用环形布置并在凹字形中间插入一排井点，如图2-37所示。

图2-37　某工程基坑轻型井点系统布置

井点管的直径选用50mm，布置时距坑壁取1.0m，其所需的埋置深度（从地面算至滤管顶部）用式（2-27）计算，则至少为

由于考虑轻型井点降水深度一般以6m为宜及现有井点管标准长度为6m，因此，将总管埋设在地面下0.6m处，即先挖0.6m深的沟槽，然后在槽底铺设总管。此时井点管所需的长度为

6.34-0.6+0.20（露出槽底高度）=5.94（m）（小于6.0，可满足要求）

电梯井处的基坑深度比其他部分要深0.8m，所以该处井点管长度改用7m。

井点管的间距，考虑粉砂土的渗透系数不大，初步选用1.6m。

总管的直径选用127mm，长度根据图2-37布置方式算得：

抽水设备根据总管长度选用三套，其布置位置与总管的划分范围如图2-37所示。现将以上初步布置核算如下：

1）涌水量计算

按无压非完整井考虑，由于凹字形中间插有一排井点，分为两半计算：含水层的有效深度H0按表2-11求出：

所以

H0=1.85×（4.94+1.00）=10.99（m）

基坑中心的降水深度　S=4.5-1.8+0.5=3.2（m）

抽水影响半径R按公式（2-28a）求出：

井点的假想半径X0按公式（2-29）求出：

涌水量Q按公式（2-28）求出：

因此，按总管周长比例计算，整个基坑总涌水量为

2）井点管数量与间距计算

单根井点管出水量q按公式（2-32）求出：

井点管数量n按公式（2-33）求出：

井点管间距D按公式（2-34）求出：

因此，整个基坑井点管数量为=173（根）

3）抽水设备选用

真空泵，根据每套机组所带的总管长度为276.2/3=92（m），选用W5型干式真空泵。

真空泵所需的最低真空度按式hk=10+（h+Δh1）（Δh1为水头损失，可近似取1.0～1.5m）求出：

hk=10×（6.0+1.0）=70（Pa）

水泵所需的流量

水泵的吸水扬程

Hs≥6.0+1.0=7.0（m）

由于本工程出水高度低，水泵的总扬程不必考虑。

根据水泵所需的Q与Hs，选用3B33型离心泵为宜。

（5）轻型井点的施工

1）轻型井点施工工艺　按如下流程进行：放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管、填砂砾滤料、上部填粘土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备→开动设备试抽水→测量观测井中地下水位变化。

2）井点管埋设　井点管的埋设一般采用水冲法进行，借助于高压水冲刷土体，用冲管扰动土体助冲，将土层冲成圆孔后埋设井点管。整个过程可分冲孔与埋管两个施工过程，如图2-38所示。冲孔的直径一般为300mm，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层；冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右，以防冲管拔出时部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。

井孔冲成后，立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键。一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上1～1.5m，以保证水流畅通。井点填砂后，须用粘土封口，以防漏气。

井点管埋设完毕后，需进行试抽，以检查有无漏气、淤塞现象，出水是否正常，如有异常情况，应检修好方可使用。

3）井点管使用　井点使用时，应保证连续不断地抽水，并备用双电源以防断电。一般在抽水3～5d后水位降落漏斗基本趋于稳定。正常出水规律是“先大后小，先混后清”。如不上水，或水一直较混，或出现清后又混等情况，应立即检查纠正。真空度是判断井点系统良好与否的尺度，应经常观测，一般应不低于55.3～66.7MPa。井点管是否淤塞，可通过听管内水流声，手扶管壁感到振动，夏冬季时期手摸管子冷热、潮干等简便方法进行检查。如井点管淤塞太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水反冲洗井点管或拔出重新埋设。

图2-38　井点管的埋设

1—冲管；2—冲嘴；3—胶皮管；4—高压水泵；5—压力表；6—起重机吊钩；7—井点管；8—滤管；9—填砂；10—粘土封口