泥水坑土方排水施工优化方案

1.直接排水

（1）地面截水。在基坑附近有河流、水塘或雨水，可能流入坑内时，开挖之前应做好截水工作。如基坑在河流附近，则应采取上截水，下散水，疏通河沟，使地面水流畅通；如为死水泊，应尽可能远离基坑开挖放水渠道，降低水位或排净；为防止雨季降水流入，应在基坑周围设置排水沟。

另外，在湿陷性黄土地区，防水工作尤为重要，现场应有临时或永久排洪防水设施，防止基坑受水浸泡。如工程设计有特别规定，应按规定执行。

（2）坑内排水。对于浅基础或涌水量不大的基坑，通常采取在基坑底部开挖一处集水井，用人工或水泵直接将积水排至基坑范围以外，集水井的设置及排水方式如下：

1）集水井的设置。集水井应设置在基坑底部基础范围以外，并在地下水流向的上游。集水井深度要保持低于坑底0.7～1.0m，直径一般为0.6m左右，坑壁可用竹木等加固和滤水。当基坑挖至设计标高后，集水井底应低于设计标高1m以下，并铺设碎石滤水层，以防在抽水时间较长时将泥砂抽出，并防止基坑底土层被搅动。

2）人工排水方式。人工排水常用工具为提水桶、手压泵等，从集水井内将集水排至坑外，这种方式一般适用于渗水速度比较缓慢，集水量不大的基坑。

3）水泵排水。基坑排水常用水泵有离心泵、潜水泵等，水泵动力有小型汽油机、柴油机，有时也用电动泵。水泵排水一般在渗水速度较大，集水较多的基坑开挖时使用。如水泵排水方式仍不能满足基坑开挖时，则应采取其他降低地下水方法，如集水井排水（见图315）。

图315　集水井排水

1—排水沟；2—集水井；3—水泵；4—基础

2.人工降低地下水位

人工降低地下水位的主要方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井点等，其中在输电线路基础施工中轻型井点排水应用最为广泛，具有安装简易、经济适用的特点，如图316所示。

图316　轻型井点排水法示意图

1—井管；2—滤管；3—总管；4—弯管；5—原地下水位；6—降低后地下水位；7—水泵房；8—基坑；9—含水层

（1）轻型井点降低地下水施工工艺流程。轻型井点降低地下水施工工艺流程如图3-17所示。

图317　轻型井点降低地下水施工工艺流程图

（2）降水系统布置与计算。井点系统是以水井理论进行计算的，水井根据其井底是否到达不透水层，区分为完整井和非完整井，井底到达不透水层顶的称为完整井，否则为非完整井。根据地下水有无压力，水井有承压井和无承压井之分。凡井点的滤管布置在地下两层不透水层之间的含水层中，由于地下水充满在两层不透水层之间，此时，地下水面具有一定的水压，该井即称为承压井；若地下水的上部均为透水层，仅下部有不透水层，此地下水无水压，该水井即称为无压井，如图318所示。井点系统布置与计算，应根据地质水文钻探资料确定属于哪一种类型，然后再选定计算公式。

图318　水井分类示意图

（a）无压完整井；（b）无压非完整井；（c）承压完整井；（d）承压非完整井
H—含水层厚度；R—降水半径；S—降水深度

轻型井点计算的主要内容：根据确定的井点系统的平面和竖向布置图计算单井井点和群井（井点系统）涌水量，确定井点管数量和间距，校核水位降低数值，选择抽水系统的类型、规格和数量以及进行井点的布置等。井点计算由于受水文地质和井点设备效率等多种因素的影响，计算结果只是近似的，对重要工程，其计算结果应经现场试验进行修正。

1）井点系统的布置方式。井点系统的平面布置，主要取决于基坑的平面形状、大小、地质和水文情况及降低水位的深度。当基坑宽度小于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；当基坑宽度大于6m，或土质不良，渗透系数较大时，宜采用双排井点，布置在基坑的两侧；当基坑面积较大时，宜采用环型井点或U形井点，如图319（a）所示。环状井点的四角部分应适当加密，挖土运输设备出入道路可不封闭

间距可达4m，宜留在地下水下游方向。井管距离坑壁一般不小于1m，以防局部发生漏气，井管的间距一般为0.8～1.6m，亦可经计算确定。

a）井点系统的高程布置。

图319　环形井点布置示意图

（a）井点系统的平面布置；（b）井点系统的高程布置
1—井点管；2—集水总管；3—抽水设备

井管的埋设深度H应根据降水深度及含水层所在位置确定[如图319（b）]，但必须将滤水管埋入含水层内，并且比基坑底深0.9～1.2m，有

式中　H——井点管的埋置深度，m；

H1——井管埋设面至基坑底的距离，m；

h——降低后的地下水位至基坑底的距离，一般为0.5～1.0m；人工开挖取下限，机械开挖取上限；

i——地下水降落坡度，环状井点为1/10，单排线状井点为1/4；

L——井管至基础中心的短边距离，m；

l——滤管长度，m。

此外，确定井管长度，还要考虑到井管一般应露出地面0.2m左右。

图3110　二级井点降水示意图

b）如算出的H值大于现有井管长度，则表示一层井点还达不到降水深度的要求，应采取其他措施，或改用二级（两层）井点，如图3110所示。

c）为充分利用抽吸能力，总管的标高宜接近原地下水位，水泵轴的标高宜与总管齐平；并沿抽水水流方向保留0.25%～0.5%的上仰坡度。

2）计算涌水量。涌水量的计算有单井涌水计算和群井涌水计算，本章介绍环状井点系统的群井涌水量计算公式。其中，无压完整经的理论较为完善，应用较为普遍。无压非完整系统涌水量计算较麻烦，为了计算简化，仍可用无压完整井涌水量计算公式，此时式中的H换成含水层有效带深度H0，此值可查表3-16。

a）无压完整井涌水量计算简图，如图3111所示。

图3111　无压完整井涌水量计算简图

1—基坑；2—不透水层；3—原水位线；4—降低后水位

涌水量为

式中　Q——涌水量，m3/d；

H——含水层厚度，m；

K——渗透系数，m/d，见表315；

R——抽水影响半径，m；

S——水位降低值，m；

x0——基坑等效半径，当基坑为圆形时，等效半径取圆半径。当基坑为非圆形时，对矩形基坑的等效半径按x0=0.29（a+b）计算，a、b分别为基坑的长、短边。对不规则形状的基坑，其等效半径按计算，A为基坑井点管所包围的平面面积，m2。

式（3120）中R、K需预先确定。

抽水影响半径R：由于影响R的因素很多，一般根据抽水试验或土壤特性来确定，亦可按公式进行计算，然后与表314比较后确定。

表314　土壤特性与抽水影响半径R的关系

渗透系数K值：可根据地质报告提供数值，或参考表315所列数值，或通过现场抽水试验。

表315　渗透系数K（K′）

注　此表是与土壤颗粒有效直径有关的渗透系数。

b）无压非完整井涌水量计算简图（见图3112）及计算公式。S′为原地下水位至滤管顶部距离。

图3112　无压非完整井涌水量计算简图

1—基坑；2—不透水层；3—原水位线；4—降低后水位

计算无压非完整井的涌水量时，需事先确定H0值，因为在非完整井抽水时，它影响不到蓄水层的全部深度，只影响到一定的深度，下面的地下水不受扰动。为简化计算，一般仍用无压完整井群井涌水量计算公式，但式中H换算成有效带深度H0，H0值可根据表316确定，有

式中　r——井点管半径，m，见图5516。

H0——含水层有效带深度；

h0——滤水管上端至含水层有效带距离，m。

H0值一般取决于S′与（S′+l）的比值，见表316。

表316　H0取值

c）承压完整井井点系统的计算简图（见图3113）及计算公式。如果各井点设在一个圆周上，则x1=x2=x3=…=xn=x0，即等于圆的半径，有

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式中　M——上、下不透水层间的距离，m。

d）承压非完整井井占系统的计算简图（见图3114）及计算公式，有

式中　r——井点管半径，m。

图3113　承压完整井井点系统的计算简图

1—承压水位；2—不透水层；3—含水层

图3114　承压非完整井井点系统的计算简图

1—承压水位；2—不透水层；3—含水层

3）确定井管数量与间距。

a）井管数量。

井管数量n为

式中　n——井点管数量；

1.1——考虑井点管堵塞等因素的备用系数；

q——单根井管的出水量，m3/d。

q为

r0——滤管半径，与井点管半径r相同，m；

l——滤管长度，m；

K——土壤的渗透系数，m/d。

b）井点管间距。井点管间距可按式（3126）计算

式中　D——井点管的平均间距，m；

L、B——矩形井点系统的长度和宽度，m，见图319。

计算出的井点间距应大于30r0（因井点太密将会影响抽水效果），并应符合总管接头间距的要求（0.8、1.2、1.6m）。

4）水位降低深度验算。井点（管）数量确定后，尚应按下式校核所采用的布置方案降水深度是否满足要求，有

式中　h——降低后水位高度，m，对完整井算至不透水层，对非完整井算至有效带深度；

x1、x2、…、xn——各井管距基坑中心或井点系统中心的距离，m。

（3）降水设备准备。轻型井点降水的设备主要包括：井管（下端为滤管）、连接管、集水总管、抽水设备等。

1）井点管。井点管直径一般为38～110mm钢管，长度为5～7m，管下端配有滤管，滤管直径与井点管相同，长度为1～2m，井管和滤管用丝扣套头连接，滤管上渗水孔直径为12～18mm，呈梅花状排列，孔隙率应大于15%。

滤管外壁应设两层滤网，内层滤网宜采用30～80目的金属网或尼龙网，外层滤网宜采用3～10目金属网或尼龙网。管壁与滤网间应采用金属丝绕成螺旋形隔开，滤网外面应再绕一层粗金属丝。

2）连接管与集水总管。连接管常用透明塑料管。集水总管一般用直径75～110mm钢管分段连接，每段4m，其上装有与井管联结的连接短接头，间距为0.8～1.6m；井管连接短接头与井管用90°弯头连接，或用塑料管连接。

3）抽水设备。轻型井点设备根据抽水机组的不同，常用的有真空泵真空井点和射流泵真空井点。真空泵真空井点由真空泵、离心式水泵、水泵机组配件等组成，有定型产品供应（见表317）。其特点是真空度高，带动井点数多，降水深度大，适用于较大的工程排水。

射流泵真空并点设备由离心水泵、射流泵、循环水箱等组成（见表318）。

表317　真空泵型真空井点系统设备规格与技术性能

注　1.地下水位降低深度为5.5～6.5m。
2.离心式水泵数量为一台备用。

表318　φ50型射流泵真空井点设备规格及与技术性能

注　每套设备带9m长井点25～30根，间距1.6m，总长度180m，降水深5～6m。

（4）井点系统安装。轻型井点排水系统的安装程序是按照设计计算的布置方案，先排放总管，在总管旁靠近基坑一侧开挖排水沟，再埋设井点管，然后用弯联管把井点管与总管连接。最后安装抽水设备。

井点管的埋设可以利用冲水管冲孔法、钻孔法或射水法成孔，井孔直径不宜大于300mm，孔深宜比滤管底深0.5～1.0m。然后再将井点管沉放，或以带套管的水冲法或振动水冲法下沉。

使用冲水管冲孔，先将高压水泵的射水高压胶管连接在冲孔管上，冲孔管可由滑车组悬挂在人字架上。利用高压水经由冲孔管头部的三个喷水小孔以急速的射水速度冲刷土壤，同时把冲孔管作上下及左右的转动，冲孔管边冲边下沉，从而逐渐在土中形成一个孔洞。井孔形成后，拔出冲孔管，立即把井点管插入孔内，并及时在井点管与孔壁之间填灌中粗砂滤层，投入滤料数量应大于计算值的85%，在地面以下1m范围内用黏土封孔。然后进行下一井点冲孔。冲孔所需的水流压力见表319。

表319　冲孔所需的水流压力

做好井点管的埋设和砂滤层的填灌，是保证轻型井点顺利抽水、降低地下水位的关键。施工注意事项：冲孔过程中，孔洞必须保持垂直，孔径一般为300mm，孔径上下要一致。冲孔深度应比滤管底深0.5m左右，以保证井点管周围及滤管底部有足够的滤层。砂滤层宜选用中粗砂以免堵塞滤管的网眼，填灌应均匀密实。砂滤层灌好后，距地面下0.5～1m的深度内，用黏土封口捣实，防止漏气。

（5）抽水系统测试。井点管埋设完毕后，即可接通总管和抽水系统进行试抽水，检查有无漏水、漏气现象，出水是否正常。

轻型井点降水系统使用时，应保证连续不断抽水（应备用双电源，以防断电），若时抽时停，滤网易于阻塞；中途停抽，地下水回升，也会引起边坡塌方等事故。正常的出水规律是“先大后小，先浑后清”。

真空泵的真空度是判断并点系统是否良好的尺度，必须经常观测，造成真空度不够的原因很多，但通常是由于管路系统连接不好，存在漏气，应立即检查并采取措施。

井点管淤塞，一般可从听管内水流声响；手扶管壁感到振动；夏、冬季手摸管子有夏冷、冬暖等简便方法检查。如发现淤塞井点管太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水反冲洗或拔出重埋。

井点降水时，尚应对附近的建筑物进行沉降观测，如发现沉陷过大，应及时采用防护措施。

（6）轻型井点系统降低地下水位的计算实例。某工程基坑平面尺寸如图3115所示。基坑底宽10m，长19m，深4.1m，挖土边坡1∶0.5。地下水深为0.6m，根据地质勘查资料，该处地面下0.7m为杂填土，此层下面有6.6m的细砂层，土的渗透系数K=5m/d，再往下为不透水的黏土层，现采用轻型井点设备进行人工降水，机械开挖土方。

1）该基坑顶部平面尺寸为14m×23m，布置环状井点，井点管离边坡0.8m，要求降水深度S=（4.1-0.6+0.5）m=4.0m，故用一级轻型井点系统即可满足要求，总管和井点布置在同一水平面上。

由井点系统布置处至下面一层不透水黏土层的深度为（0.7+6.6）m=7.3m，设井点管长度为7.2m（井管长6m，滤管长1.2m，直径0.05m），故滤管底距不透水层只有0.1m，可按无压完整井进行设计和计算。

图3115　轻型井点布置计算实例图

（a）井点管平面布置图；（b）高程布置
1—井点管；2—集水总管；3—弯连管；4—抽水设备；5—基坑；6—原地下水位；7—降低后地下水位线

2）基坑总涌水量计算。

含水层厚度　H=7.3-0.6=6.7（m）。

降水深度　S=4.1-0.6+0.5=4.0（m）。

基坑等效半径：由于该基坑长宽比不大于5，所以可以简化为一个半径为x0的圆井进行计算。

抽水影响半径　。

基坑总涌水量　。

3）计算井点管数量和间距。

单井点出水量　。

需井点管数量　。

在基坑四角处井点管应加密，如考虑每个角加2根井管，则采用的井点数量为22+8=30根，井点管间距平均　（取2.4m）。

布置时为挖掘机有开行路线，宜布置成端部开口[即留3根井点距离，如图3115（a）所示]，因此实际需要井点管数量（根）（取32根）。

4）校核水位降低值

。

实际可降低水位　S=H-h=6.7-2.7=4（m）。

与需要降低水位数值4m相符，故布置可行。