摘要：近年来随着我国房地产的持续高速发展，地下工程越来越多，规模越来越大，由于地址条件复杂，地下水位较高，施工难度越来越大，因此在项目施工过程中，经常要降低地下水位。降水方法一般是指采用各类井点降低地下水位的方法。深基坑施工常需要挖掘到地下水位以下的含水层中。因此开挖前需把地下水位降低到边坡面和坑底以下，以防止边坡的塌陷和涌流，并保证施工过程中处于疏干和坚硬的工作条件下进行开挖。有时基坑下会遇到承压含水层，若不减压，也将因渗流使基底破坏。同时，还伴随着发生砂的隆胀和坑底土的流失现象
关键词：降水方法：防护：缺陷
一、基坑降水方法
根据基坑的尺寸和深度、地质条件和土的特性，地下水可用各种降水方法控制。所以，恰当的设计、安装和运转降水和减压系统，将为施工带来下列各项好处：
7 \: @* x; F( c- v1 ]/ M% 1. 防止基坑坡面和基底的渗水，保持坑底干燥，便利施工。
, G8 `' _4 Y" ?& F, [ * z* N8 \% o7 ~' d1 [- z2. 增加边坡和坡底的稳定性，防止边坡上或基底的土层颗 粒流失 r& _7 `) u; O" }! L
3. 减少土体含水量，有效提高土体物理力学性能指标。
9 @6 f4 o2 T: W$ [ Q9 Y+ ' y1 i4 i; F- V4. 提高土体固结度，增加地基抗剪强度。
9 O. w7 m; Z 在基坑开挖时考虑的降水和排水的方案，一般有下列几种，分述如下：
1. 表面排水法：/ b0 h+ n3 Q3 k4 [; a) c
' q5通常在基坑坡脚做成集水沟，使沟中的水流向集水坑，再用集水泵将水抽出。集水坑底铺上一层10一1 5 cm厚的粗砂或者分为两层：下层为10cm厚的砾石，上层为10 cm厚的粗砂。集水坑深约为1 m，四面可用木板桩围起，板桩通常深于挖掘底部0.5一0. 75m。为防止流砂侵入集水坑内，常用填塞物将缝隙塞住。这样抽水的步骤随着基坑的挖深而重复，但抽出的水必须用橡皮管或木槽输送到远离基坑的地方，以免倒流入基坑之内，集水坑的抽水必须在基坑施工完毕开始填土时方可停止。这种方法的缺点是：地下水沿坡面或坡脚或坑底冒出，使坑底软化或泥泞，若土中有粉土或细砂的透镜体时，则将有潜水冒出，形成地下潜蚀而使附近地面沉降或边坡塌陷。由于等待边坡和土的渗水排出，使挖掘速度减缓。若坡度不陡或渗流水不多，则边坡基坑底的反滤层是有效的。9 y6 G( |% n$ P+ A8 {, ]
J2 M3 P+ E3 R& E3 V另一种：表面排水法是板桩和明排水合用的方法。在降水工具发展之前，大多数在地下水位以下透水性土中的开挖是采用打入木板桩或钢板桩的方法，挖去板桩范围内的土，抽去由板桩底渗出的水。这种开挖方法，地下水经由板桩底进入被围的基坑内。由于在板桩内的水位降落比板桩外的水位要快得多，地下水和渗流水在板桩壁和板桩底将产生相当大的压力。若水位差达到相当大时，在坑底的渗透压力将使土产生流砂现象，丧失土的抗剪强度并在底部支撑处产生过大的荷载，可能使支撑断裂或破坏，在某些情况下，还可能产生管涌现象.
) F1 K. C* V8 e0 Z, R, q: ~$ j" 从而使板桩下的土淘空，以致基坑全部破坏。若板桩经过设计，布置时考虑到渗透压力和丧失抗剪强度的情况，那么板桩和明排水配合的方法仍有可能成功地控制住地下水。在基坑底部铺上一层适当级配的砂和砾石的反滤层，则将使施工顺利进行并使地下水易于排出。上海在五十年代前后大多数工程采用这种方法，板桩入土为开挖深度的二倍，但在流砂地区仍未能达到目的，故自1955年井点试验成功后，全部采用井点和钢板桩的方法来代替板桩明排方法。' C2 V3 L ! d1 O% |) D: a1 r! Q; j2. 土中降水法" V; u0 p; V3 A4 w# d
, 土中降水法主要是将带有滤管的降水工具沉设到基坑四周的土中，利用各种抽水工具，在不扰动土的结构情况下，将地下水抽出，以利基坑的开挖。这种降水方法一般有井点系统、喷射井点、深井点等方法，简述如下：* I$ H9 ^+ o4 V& O1
, Y9 x: I! I) [(1)井点系统，又称轻型井点。由于地下水位较高，而井点能降低地下水位的有效深度为4.5m左右，井点的滤管直径为50 m m，长约1m ,滤网可用铜或不锈钢网制成，末端可以封闭，亦可用自射式。自射式的优点是在井点沉设过程中，将高压水关小，然后填砂，使粗砂易于聚集在滤管周围，在运转中井点不易堵塞.但缺点是橡皮球阀和环阀常易磨损而须经常掉换，美国常用自射式。我国则用封闭式滤管，而在沉设时加用冲管钻孔。井点排列成线状或环状，视基坑的形状而定，其间距一般为0.8一2.4m，并与125mm的总管用弯联管或恺装塑料管联接，总管则与带有离心泵和真空泵的抽水设备相连，或者和水射泵相连。这一整套布置称为并点系统或轻型井点。井点系统是国内外应用最广泛的降水方法。特别是对小基坑、降低水位不深时尤为适宜和经济。井点系统也可设置多级。s l. H9 `) j
# ]7 p1 X7 f( s: ~6 a(2 ) 喷射井点。喷射井点的主要构造和工作原理是：自高压泵输入的水流，经输水导管而达到喷嘴，在喷嘴处由于截面缩小，流速骤增到极大值，水流即以此流速冲入混合室中。由于喷嘴处流速增加，水流中的压力即相应地减低，而达到某一预定的真空度；因此，大气压力即将所欲提升的地下水经吸入管压入混合室中。此时，工作水流与被吸入的水流混合而产生直接的能量交换，同时混合室的截面积逐渐增加，流速渐减，最后以正常的速度流出井点喷射井点一级能提升离地面30m以内的地下水，并能在井点底部产生250mm水银柱的真空度，但因能量消耗很大，所以其工作效率一般只有30%，同时设计十分复杂，喷嘴与混合室常须检验并掉换，特别是滤层填料不好时，常有细砂带入，使喷嘴特别易于磨损。
: S+ b4 n* Q) q5 u0 x:(3 ) 深井点。适用于水量大、降水深的场合，当土粒较粗、渗透系数很大，而透水层厚度也大时，一般用井点系统或喷射井点不能奏效，此时采用深井点较为适宜。其优点是降水的深度大、范围也大，因此可布置在基坑施工范围以外，使其排水时的降落曲线达到基坑之下。深井点可单用，亦可和井点系统合用。此时井点系统通常应布置在基坑周围的坡脚处，用以吸取由于深井点间距较大而流来的少量地下水
(4 ) 其他降水方法
, q% W8 ], E5 Z* W+ `* C# }5 a 真空井点8 @- d* S/ G4 }$ L% n% o
* f' R' ]* u: |) R& j% H- V当基坑处于渗透系数较小的(k< (0.1-10)x1 0 -2m /s)细粒粉土的场合时，用普通井点己不能成功地降水，这是因为土中有一部分由于毛细管力的作用而不能用重力的方法抽出。因此必须采用真空井点降水。真空降水是在井点的顶部用粘土或膨润土封住，其厚度约为1一1 . 5m，以保持滤管和其填料内的真空度，从而使井点的水力坡降增加，特别是在层状土的情况下，在井点周围的土被大气压力所稳定，阻止渗流趋向基坑并增加土的有效应力和抗剪强度。这种情况的降水要求其井点的间距要小，从而使地下水易于抽出.就井点系统而言，其在滤管及其周围的填料的净真空度，等于在总管的真空度减去井点管的长度。因此，如果降水超过4. 5m，则在系统内所能获得的真空度就相对地小了。如果再有较大的空气损失(如总管、弯联管及其他各处接合不严，封口粘上失效等等)，那就需要另外增加一台真空泵，以保证系统内获得最大的真空度。除封口处的粉质粘土外，所有多层土的地下水都能受到真空的作用而流向滤管及其周围的填料。
8 [' B; z8 O$ ~; o a. Q- T0 G' L1 f3 B3 ab 电渗降水
- H1 K# d3 M# t% Q) E& n% P: r6 N(大多数的土都可按上述方法进行降水，但对更细颗粒的土，如一些粉土、粘质粉土和细粒粘土等，用上述方法将不能成功地降水，此时可采用电渗降水，其原理为在上述的土中插入二个电极，并施加一定强度的直流电，则发现土中的水将与土分离，由阳极流向阴级，若将井点作为阴级，则可将分离的水抽出这样，本来土中抽不出的趋向基坑边坡并减低稳定性的地下水，由于施加直流电的影响就渗流到井点排出，从而增加了土的强度和边坡的稳定性。
- h/ b$ K( K# z/ V5 {4 x& _1 O6 w0 f! J9 Q0 N- n) g" I根据美国 Cassagrande的研究表明：电渗渗透系数k，或电渗流的流动速率，在砂土、粉土或粘土中大致相同，为实用起见，他假定大多数土的电渗渗透系数，当在每厘米1伏特的梯度情况下，为0.5x 10-2 m /s。
1 c. r, R3 I" U/ ^3 ]. M#c 减压井
" j* G0 _9 @' O3 Z( r4 k$ z/ [(当大型基坑下部伏有不透水层或弱透水层，而其下又为承压水层时，尽管在边坡有井点降水，由于开挖后上覆压力的减小，下伏的承压水压力将会使基坑底隆起或产生流砂现象。若底部不透水层的静水压力流网大于上覆有效土重，则基坑底薄弱处或薄层处将发生局部隆起和涌砂，这将拖延施工或使拟建筑物基础不能使用。这种情况可事先考虑在基坑顶布设深井来减除承压水的压力，或者在基坑开挖过程中将承压力减压到一定的高程。3 v. Y6 [; J5 x" l( J7 h8 `
; Q* x% L; k2 x( Nd. 其他情况0 L% y: q% ]* T7 M2 O
& 若开挖基坑的土颗粒愈往下愈粗，例如上面为粉土或粉砂而下部为更为透水的中粗砂时，则可在基坑周围弱透水性土层的深度范围内打砂并，而将深井的滤网部分打入较粗颗粒的砂层。这样，砂井由于受深井降水的影响，上层透水性较小的土层中的土，会流向下层而由深井抽出。例如如有些工程要避免明挖，但若用深井，其连管部分的水流不足以使深井抽汲，在这种情况下，可以用水平排水法。其方法为在需降低水位的地段设置一竖井。竖井中相当于抽水部位凿洞，然后将一系列穿孔的管水平地向所要求的降水地方压出，其长度和方向可随需要而定，由水平穿孔管中流来的地下水，则由潜水泵或其他泵从竖井中抽出
二、基坑降水的缺陷及防护措施
基坑工程中对场区地下水处理采用排降法较阻挡法的最大缺陷是会引起邻近建筑物的不均匀沉降。由于每个井点周围的水位降低是呈漏斗状分布，整个基坑周围的水位降落必然是近大远小呈曲面分布。水位降低一方面减小了土中地下水对地上建筑物的浮托力，使软弱土层受压缩而沉降；另一方面空隙水从土中排出，土体固结变形，本身就是压缩沉降过程。地面沉降量与地下水位降落量是对应的，地下水位降落的曲面分布必然引起邻近建筑物的不均匀沉降。当不均匀沉降达到一定程度时，邻近建筑物就会裂缝、倾斜甚至于倒塌。因此配合基坑边坡支护进行降水设计和施工，必须高度重降水对邻近建筑物的影响，把不均匀沉降限制在允许的范围内，以确保基坑及周围建筑物的安全。为此，可以从以下几方面制定减少不均匀沉降的措施。
1、由于基坑周围的水位降落曲线随降水要求、降水方法和具体方案的不同而差别较大，因此不要提出过高的降水深度，在满足基本降水要求的前提下，对各种降水方法应分析和比较，筛选最佳的降水方案。
2、在降水井点与重要建筑物之间设置回灌井、回灌沟，降水的同时降水回灌其中，使靠近基坑的建筑物一侧地下水位降落大大减小，从而控制地面沉降。
3、减缓降水速度，使建筑物沉降均。在邻近建筑物一侧将井点间距加大以及调小抽水设备的阀门等，减小出水量以达到降水速度减缓的目的。
4、提高降水工程施工质量，严格控制出水的含砂土量，以防止地下砂土流失掏空，导致地面建筑物开裂。
5、布设观测井和沉降、位移、倾斜等观测点，进行定时观察、记录、分析，随时掌握水位降低和基坑周围建筑物变化动态。同时，还要了解抽水量和含砂量。做到心中有数，发现问题及时采取措施，预防事故发生。
三、基坑降水须考虑的因素
在采取上述处理方法对基坑进行降水处理时，对选择的降水方法还应该考虑以下因素：
1、场地条件及该建筑物设计施工资料：场地条件制约着降水方案的制定，它主要包括场地四周已有建筑物的高度、分布、结构和离拟建工程的距离；地基四周的地下设施（包括给排水管道、光纤电缆、供气管道等）；向外抽水排水通道以及供电情况等。有关设计施工资料包括基坑开挖尺寸和分布；地下建筑物施工的有关要求等。这些条件决定了所采用降水方法和具体的设计施工方案，也决定了具体保证周边建筑物和地下设施安全的实施措施。
2、地址情况：了解地基土分层地质柱状图及地质剖面图，各层岩土的物理力学性质，地下水类型及埋藏情况，水文地址情况，水质分析结果，特别是土层的渗透性。土的渗透系数取决土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含量和土的结构等因素，因此场区土层的不同深度和不同方位的渗透系数是不同的。渗透系数计算结果的真实性，势必直接影响降水方案的选择。由于影响渗透系数的因数复杂，一般勘察报告提供的数值多是室内试验数据，误差往往较大，只能供降水设计时参考，对重要工程应做现场抽水试验加以确定。
3、场地地下水情况：地下水分潜水和承压水两种。潜水储存于地表与第一层不透水层之间，是无压力重力水，可向四周渗透。从工程实践来看，潜水大多来源于大气降水和地下埋设的上下水管道破裂漏水，主要积存于地表下杂填土和老建筑物被冲刷掏空的地基中。承压水储存于两个不透水层之间含水层中，若水充满此含水层，则水具有压力。所以，要根据地质和水文资料，搞清楚场区各处透水层和不透水层向下沿深度的分布厚度和变化情况；掌握场区各处承压静止水位埋深，混合静止水位埋深和他们的年变化幅度及水位标高；查明场地地下水补给源的方位、距离和透水层的联系情况；搞清楚地下水层是否与江、河、湖、海等无限水源连通；不论潜水或承压水若与无限水源连通，都会造成降水困难甚至于降水无效
参考文献：
【1】 建筑施工手册（中国建筑工业出版社 第四版）
【2】 建筑施工（东南大学出版社）
【3】 龚晓楠.深基坑工程设计施工手册[M]。北京：中国建筑工业出版社，1998.
【4】 《建筑与市政府降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）,建设部综合勘察设计研究院。中国建筑工业出版社。1999.
【5】张永波、孙新忠，基坑降水工程，地震出版社，2000.
