地下水位降低方法及高层建筑施工指南

基坑工程控制地下水水位的方法有降低地下水水位、隔离地下水两种。降低地下水水位的方法有集水沟明排水及降水井降水。降水井包括轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、砂（砾）渗井等。隔离地下水的方法包括地下连续墙、连续排列的排桩、隔水帷幕、坑底水平封底隔水等。

对于弱透水地层中的较浅基坑，当基坑环境简单、含水层较薄时，可考虑采用集水沟明排水；在其他情况下宜采用降水井降水，隔水措施或隔水、降水综合措施。

基坑工程中降水方案的选择与设计应满足下列要求：

（1）基坑开挖及地下结构施工期间，地下水水位保持在基底以下0.5～1.5m；

（2）深部承压水不引起坑底隆起；

（3）降水期间邻近建筑物及地下管线、道路能正常使用；

（4）基坑边坡稳定。

（一）常用降水方法的适用范围和条件

深基坑大面积降水方法的类型较多，常用降水方法的适用范围和条件见表1-2。可根据基坑的规模、深度，场地及周边工程、水文、地质条件，需降水深度，周围环境状况，支护结构种类，工期要求以及技术经济效益等进行全面的考虑、分析，经比较后合理选用降水井类型，可以选用其中一种，也可以两种相结合使用。

表1-2　常用降水方法的适用范围和条件

续表

一般来讲，当土质情况良好，土的降水深度不大时，可采用单层轻型井点；当降水深度超过6m，且土层垂直渗透系数较小时，宜用二级轻型井点或多层轻型井点，或在坑中另布井点，以分别降低上层、下层土的水位。当土的渗透系数小于0.1时，可在一侧增加钢筋电极，改用电渗井点降水；当土质较差，降水深度较大，多层轻型井点设备增多，土方量增大，经济上不合算时，采用喷射井点降水较为适宜；如果降水深度不大，土的渗透系数大，涌水量大，降水时间长，可选用管井井点降水；如果降水深度很大，涌水量大，土层复杂多变，降水时间很长，宜选用深井井点或简易的钢筋笼深井井点降水，既有效又经济。当各种井点降水方法影响邻近建筑物产生不均匀沉降和使用安全时，应采用回灌井点或在基坑有建筑物的一侧采用旋喷桩加固土壤和防渗的方法对侧壁和坑底进行加固处理。

（二）常用降水方法及使用特点

图1-8　集水井降水

1—排水沟；2—集水井；3—水泵

1.集水井降水

集水井降水是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟，再于坑底设集水井，使基坑内的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽出坑外，如图1-8所示。但是，在深基坑中，采用该方法容易引起流砂、管涌和边坡失稳等问题。

为了防止基底土的细颗粒随水流失，使土结构受到破坏，排水沟及集水井应设置在基础范围之外，距基础边线距离不小于0.4m，地下水走向的上游。应根据基坑涌水量大小、基坑平面形状及尺寸，以及水泵的抽水能力，确定集水井的数量和间距。一般每隔30～40m设置一个。集水井的直径或宽度一般为0.6～0.8m。集水井的深度随挖土加深而加深，要始终低于挖土面0.8～1.0m。井壁用竹、木等材料加固。排水沟深度为0.3～0.4m，底宽不应小于0.2～0.3m，边坡坡度为1∶1～1∶1.5，沟底设有1‰～2‰的纵坡。

当挖至设计标高后，集水井底应低于坑底1～2m，并铺设0.3m碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止坑底土被搅动。集水井降水常用的水泵主要有离心泵、潜水泵和泥浆泵。确定水泵类型时，一般取水泵的排水量为基坑涌水量的1.5～2.0倍。当基坑涌水量Q＜20m3/h时，可用隔膜式泵或潜水电泵；当Q＝20～60m3/h时，可用隔膜式/离心式水泵或潜水电泵；当Q＞60m3/h时，多用离心式水泵。

2.井点降水

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，使地下水水位降低到坑底以下，从而从根本上解决地下水涌入坑内的问题，如图1-9所示。井点可分为以下几种：

图1-9　井点降水的作用

（a）防止涌水；（b）使边坡稳定；（c）防止土的上冒；（d）减小横向荷载；（e）防止流砂

（1）轻型井点。利用轻型井点降低地下水水位，是沿基坑周围以一定的间距埋入井管（下端为滤管），在地面上用水平铺设的集水总管将各井管连接起来，再于一定位置设置真空泵和离心泵，开动真空泵和离心泵后，地下水在真空吸力的作用下，经滤管进入井管，然后经集水总管排出，这样就降低了地下水水位。

1）轻型井点设备。轻型井点设备由井点管、弯联管、集水总管、滤管和抽水设备组成。

2）轻型井点的布置。轻型井点的布置应根据基坑的形状与大小、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，两端延伸长度以不小于槽宽为宜，如图1-10（a）所示。当基坑（槽）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，如图1-11（a）所示。考虑运输设备入道，一般在地下水下游方向布置成不封闭形式。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。

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，如图1-11（b）所示。

图1-10　单排井点布置简图

（a）平面布置；（b）高程布置
1—总管；2—井点管；3—抽水设备

图1-11　环形井点布置简图

（a）平面布置；（b）高程布置
1—总管；2—井点管；3—抽水设备

式中　H1——井点管埋设面至基坑底面的距离（m）；

　　　H——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1/15～1/10，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）。

当H值小于降水深度6m时，可用一级井点；当H值稍大于6m且地下水水位离地面较深时，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，可采用二级井点或喷射井点，如图1-12所示。

图1-12　二级轻型井点降水示意

1—第一级轻型井点；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—原地下水水位线；9—降低后的地下水水位线

3）井点管的埋设。井点管的埋设一般采用水冲法进行，借助高压水冲刷土体，用冲管扰动土体助冲，将土层冲成圆孔后埋设井点管。整个过程可分为冲孔与埋管两个施工过程，如图1-13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，填灌要均匀，并填至滤管顶上1～1.5m，以保证水流畅通。井点填砂后，需用黏土封口，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，检修好后方可使用。

图1-13　井点管的埋设

（a）冲孔；（b）埋管
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—黏土封口

（2）喷射井点。当基坑开挖较深或降水深度大于6m时，必须使用多级轻型井点才可收到预期效果，但需要增大基坑土方开挖量，延长工期并增加设备数量，因此不够经济。此时宜采用喷射井点降水，它在渗透系数为3～50m/d的砂土中应用最为有效，在渗透系数为0.1～2m/d的亚砂土、粉砂、淤泥质土中效果也较显著，其降水深度可达8～20m。喷射井点有喷水井点和喷气井点之分，其工作原理相同，只是工作流体不同，前者以压力水作为工作流体，后者以压缩空气作为工作流体。

1）喷射井点设备。喷射井点根据其工作时使用液体或气体的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。其设备主要由喷射井管、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统组成。

2）喷射井点的布置与使用。喷射井点的管路布置、井管埋设方法及要求与轻型井点相同。喷射井管间距一般为2～3m，冲孔直径为400～600mm，深度应比滤管深1m以上。采用喷射井点时，当基坑宽度小于10m时可单排布置；大于10m则双排布置。当基坑面积较大时，宜环形布置。井点间距一般为2～3m。埋设时冲孔直径为400～600mm，深度应高于滤管底1m以上。使用时，为防止喷射器损坏，需先对喷射井管逐根进行冲洗，开泵时压力要小一些（小于0.3MPa），以后再逐渐开足，如发现井管周围有翻砂、冒水现象，应立即关闭井管并进行检修。工作水应保持清洁，试抽2d后应更换清水，此后视水质污浊程度定期更换清水，以减轻工作水对喷射嘴及水泵叶轮等的磨损。

喷射井点用作深层降水，其一层井点可把地下水位降低8～20m，甚至20m以下，其工作原理如图1-14和图1-15所示。

图1-14　喷射井点布置图

（a）井点布置剖面图；（b）井点布置平面图
1—喷射井管；2—滤管；3—供水总管；4—排水总管；5—高压离心水泵；6—水池；7—排水泵；8—压力表

图1-15　喷射井点扬水装置

1—扩散室；2—混合室；3—喷嘴；4—喷射井点外管；5—喷射井点内管；L1—喷射井点内管底端两侧进水孔高度；L2—喷嘴颈缩部分长度；L3—喷嘴圆柱部分长度；L4—喷嘴口至混合室的距离；L5—混合室长度；L6—扩散室长度；d1—喷嘴直径；d2—混合室直径；d3—喷射井点内管直径；d4—喷射井点外管直径；Q1—工作水流量；Q2—单井排水量（吸入水流量）；Q3—工作水加吸入水的流量（Q3＝Q1＋Q2）；p2—混合室末端扬升压力（MPa）；F1—喷嘴断面面积；F2—混合室断面面积；F3—喷射井点内管断面面积；v1—工作水从喷嘴喷出时的流速；v2—工作水与吸入水在混合室的流速；v3—工作水与吸入水在排出时的流速

（3）电渗井点。电渗井点是在降水井点管的内侧打入金属棒（钢筋、钢管等），连以导线，以井点管为阴极，以金属棒为阳极，通入直流电后，土颗粒自阴极向阳极移动（称为电泳现象），使土体固结；地下水自阳极向阴极移动（称为电渗现象），使软土地基易于排水，如图1-16所示。它用于渗透系数小于0.1m/d的土层。

电渗井点是以轻型井点管或喷射井点管作阴极，以φ20～φ25的钢筋或直径为50～75mm的钢管为阳极，埋设在井点管内侧，与阴极并列或交错排列。

两者的距离，当用轻型井点时为0.8～1.0m；当用喷射井点时为1.2～1.5m。阳极入土深度应比井点管深500mm，露出地面200～400mm。阴、阳极数量相等，分别用电线联成通路，接到直流发电机或直流电焊机的相应电极上。

电渗井点降水的工作电压不宜大于60V。土中通电的电流密度宜为0.5～1.0A/m2，为避免大部分电流从土的表面通过，降低电渗效果，通电前应清除阴、阳极之间地面上的导电物，使地面保持干燥，如涂一层沥青则绝缘效果更好。通电时，为避免电解作用产生的气体积聚在电极附近，使土体电阻增大，加大电能消耗，宜采用间隔通电法，即每通电24h，停电2～3h。在降水过程中，应量测和记录电压、电流密度、耗电量及水位变化。

图1-16　电渗井点工作原理图

1—井点管；2—金属棒；3—地下水降落曲线

图1-17　管井井点系统的主要设备

（4）管井井点。管井井点就是沿开挖的基坑，每隔一定距离（20～50m）设置一个管井，每个管井单独用一台水泵（潜水泵、离心泵）进行抽水，降低地下水水位。用此法可降低地下水水位5～10m，此法适用于渗透系数较大（土的渗透系数K＝20～200m/d）、地下水量较大的土层。

1）管井井点系统的主要设备。主要设备由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成，如图1-17所示。

2）管井布置。沿基坑外圈四周呈环形或沿基坑（槽）两侧或单侧呈直线布置。井中心距基坑（槽）边缘的距离，根据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为0.5～1.5m；当用套管法时不小于3m。管井的埋置深度和间距根据所需降水面积和深度以及含水层的渗透系数与因素而定，埋置深度为5～10m，间距为10～50m，降水深度为3～5m。

（5）深井井点。深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基底的井管，通过设置在井管内的潜水泵将地下水抽出。该方法具有排水量大、降水深、井距大、对平面布置干扰小、不受土层限制等特点。

1）深井井点构造。其由深井井管和潜水泵等组成，如图1-18所示。

2）深井井长布置。深井井点一般沿工程基坑（槽）周围距边坡上缘0.5～1.5m呈环形布置；当基坑宽度较小时，也可只在一侧呈直线布置；当为面积不大的独立的深基坑时，可采取点式布置。井点宜深入透水层6～9m，通常还应比所需降水的深度深6～8m，间距一般相当于埋置深度，为10～30m。

3）深井施工。成孔方法可采用冲击钻孔、回转钻孔、潜水钻或水冲成孔。孔径应比井管直径大300mm，成孔后立即安装井管。井管安放前应清孔，井管应垂直，过滤部分放在含水层范围内。井管与土壁间填充粒径大于滤网孔径的砂滤料。井口下1m左右应用黏土封口。

在深井内安放水泵前应清洗滤井，冲洗沉渣。安放潜水泵时，电缆等应绝缘可靠，并设保护开关控制。抽水系统安装后应进行试抽。

4）真空深井井点布置。真空深井泵是近年来在上海等地区应用较多的一种深层降水设备（图1-19）。每一个深井泵由井管和滤管组成，单独配备一台电动机和一台真空泵，开动后达到一定的真空度，则可达到深层降水的目的，其在渗透系数较小的淤泥质黏土中也能降水。

这种真空深井泵的吸水口的真空度可达0.05～0.095MPa；最大吸水作用半径在15m左右；降水深度可达－18～－8m（井管长度可变）；钻孔直径为φ850～φ1000；电动机功率为7.5kW；最大出水量为30L/min。

安装这种真空深井泵时，钻孔设备应用清水作水源冲钻孔，钻孔深度比埋管深度大1m。成孔后应在2h内及时清孔和沉管，清孔的标准是使泥浆达到1∶1.1～1∶1.15。

图1-18　深井井点构造

（a）钢管深井井点；（b）无砂混凝土管深井井点
1—井孔；2—井口（黏土封口）；3—φ300～φ375井管；4—潜水电泵；5—过滤段（内填碎石）；6—滤网；7—导向段；8—开孔底板（下铺滤网）；9—φ50出水管；10—电缆；11—小砾石或中粗砂；12、15—中粗砂；13—φ50～φ75出水总管；14—20mm厚钢板井盖；16—沉砂管；17—滤水管

图1-19　真空深井泵

1—滤水井管；2—φ14钢筋焊接骨架；3—6×30铁环＠250；4—10号钢丝垫筋＠25焊于管架上；5—孔眼为1～2mm钢丝网点焊于垫筋上；6—沉砂管；7—木塞；8—φ150～φ250钢管；9—吸水管；10—钻孔；11—填充砂砾；12—黏土；13—水泵 1—电气控制箱；2—溢水箱；3—真空泵；4—电动机；5—出水管；6—井管；7—砂；8—滤管

沉管时应使溢水箱的溢出口高于基坑排水沟系统入水口200mm以上，以便排水。滤水介质用中粗砂与φ10～φ15的细石，先灌入2m高（一般孔深1m用量1t）的细石，然后灌入粗砂。灌入粗砂后立即安装真空泵和电动机，随即通电预抽水，直至抽出清水为止。这种深井泵应由专用电箱供电。

深井泵由于井管较长，挖土至一定深度后，自由端较长，井管应用附近的支护结构支撑或立柱等连接，予以固定。在挖土过程中，要注意保护深井泵，避免挖土机撞击。

这种真空深井泵在软土中，每台泵的降水服务范围约为200m2。

（三）井点降水注意事项

为了减少井点降水对邻近建筑物及管线等的影响和危害，主要可采取以下几项措施：

（1）采用密封形式的挡土墙或采取其他密封措施。如用地下连续墙、灌注桩、旋喷桩、水泥搅拌桩以及用压密注浆形成一定厚度的防水墙等。将井点排水管设置在坑内，井管深度不得超过挡土止水墙的深度，仅将坑内水位降低，而坑外的水位则尽量维持原来水位。

（2）适当调整井点管的埋置深度。在一般情况下，井点管埋置深度应该使坑中的降水曲面在坑底下0.5～1.0m，但在没有密封挡土墙的情况下，井点降水不仅会使坑内水位下降，也会使坑外水位下降。如果在降水影响区范围内有建筑物、构筑物、管线需保护，可以在确保基坑不发生涌砂和地下水不从坑壁渗入的条件下，适当地提高井点管的设计标高。另外，井点降水区域还随着降水时间的延长向外、向下扩张，当处在两排井点的坑中时，降水曲面的形成较快，坑外降水曲面扩张较慢。因此，当井点设置较深时，随着降水时间的延长，可适当地控制抽水流量或抽吸真空达到设计要求值；当水位观察井的水位达到设计的控制值时，调整设备使抽水量和抽吸真空度降低，以达到控制坑外降水曲面的目的。这需要通过设置水位观察井来观察水位变化情况，控制水流量和真空度。

（3）采用井点降水与回灌相结合的技术。其基本原理与方法是在降水井管与需要保护的建筑和管线之间设置回灌井点、回灌砂井或回灌砂沟，持续不断地用水回灌，形成一道水带，以减小降水曲面向外扩张的程度，保持邻近建筑物、管线等基础下地基土中的原地下水水位，防止土层因失水而沉降。降水与回灌水位曲线应视场地环境条件而定，降水曲线是漏斗形，而回灌曲线是倒漏斗形，降水与回灌水位曲线应有重叠，为了防止降水和回灌两井相通，还应保持一定的距离，一般不宜小于6m，否则基坑内水位无法下降，从而失去降水的作用。回灌井点的深度一般应控制在长期降水曲线以下1m为宜，并应设置在渗透性较好的土层中，如果用回灌砂沟，则沟底应设置在渗透性较好的土层内。在降水井点与回灌井点之间应设置水位观察点，或两井内、外都应设置水位观察点，以便能根据水位变化情况，控制好运用、调节水量，以达到既长期保持水幕的作用，又防止回灌水外溢造成危害的目的。

（4）采用注浆固土技术防止水土流失。为了减小坑内井点降水时降水曲面向外扩张的程度，防止邻近建筑物基础下地基土因地下水水位下降，造成水土流失而沉降，在井点降水前，需要在控制沉降的建筑物基础的周边，布置注浆孔（每隔2～3m设一个），控制注浆压力，以挤密土层中的孔隙为度，达到降低土的渗透性能，不产生流失的目的，保证基坑邻近建筑物、管线的安全，不产生沉降和裂缝。