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1、第四章 基坑排水基坑排水工作，在施工组织中是一项很重要的工作，但是，它往往容易被人忽视，不少工程在组织基坑排水工作时，由于对围堰和基础的防渗处理考虑不周，不仅使排水费用显著增加，而且造成基坑淹没，延误工期。基坑排水工作，按排水时间及性质分，有基坑开挖前的初期排水和基坑开挖建筑物施工过程中的经常性排水。按排水方法分，有明式排水和人工降低地下水位两种。第一节 初期排水一、排水量的估算初期排水主要包括基坑积水、围堰与基坑渗水、降水等。因为初期排水是在截流戗堤合龙闭气后立即进行的，通常是在枯水期，降雨很少，所以一般不考虑降水。但现行规范规定，可按抽水时段内的多年日平均降水量计算。除了积水、渗水和降水外
2、，有时还需考虑填方和基础中的饱和水。1 积水的排除积水的排除流量可按下式计算Q1V / T ( 4l )式中Q1积水排除的流量；v基坑积水体积；T初期排水时间。基坑积水体积可按基坑水面积和积水水深计算，这是比较容易的。但是排水时间T 的确定就比较复杂，主要受基坑水位下降速度的限制。基坑水位的允许下降速度视围堰种类、地基特性和基坑内水深而定。水位下降太快，围堰或基坑边坡中动水压力变化过大，容易引起坍坡；下降太慢，则影响基坑开挖时间。一般认为，土围堰基坑水位下降速度应限制在 ,0.50.7m/d ；木笼及板桩围堰等应小于1.01.5m/d 。在进行初期排水设计时，因许多资料欠缺，所以，现行规范规定
3、，对大型基坑T 值一般可采用57d，中型基坑不超过35d 。但又指出，在具体确定基坑水位下降速度时，应考虑对不同堰型的影响。2 渗水的排除渗透流量可按有关公式计算，但是，由于此时还缺乏必要的资料，初期排水时的渗流量估算往往很难符合实际。通常不单独估算渗流量Qs, ，而将其与积水排除流量合并在一起，依靠经验估算初期排水总流量Q QQ1+QsV/T ( 42 )式中：为经验系数，主要与围堰种类、防渗措施、地基情况、排水时间等因素有关。根据国外一些工程的统计，取值为410 ；我国根据三门峡、丹江口等工程的经验，认为上述值偏大。因此，有人建议采用值为23 。3 填方和基础覆盖层中的饱和水通常，当填方和
4、覆盖层体积不太大时，在初期排水且基础覆盖层尚未开挖时，可以不必计算饱和水总水量。按式（42）估算初期排水流量，选择抽水设备后，往往很难符合实际。在初期排水过程中，可以通过试抽法进行校核和调整，并为经常性排水计算积累一些资料。二、水泵的选择和泵站布置排水设备常用离心式水泵，为运转方便，应选择容量不同的水泵，以便组合运用。排水设备容量可按式（42）估算，并配置备用量当水泵工作台数在5台以下时,可备用1台;工作台数在5台以上时,按20备用确定排水设备容量后，要妥善地布置水泵站实践中往往由于水泵站布置不当，降低排水效果，甚至水泵运转时间不长又被迫转移，造成人力物力和时间上的浪费一般初期排水可采用固定式
5、或浮动式水泵站，固定式泵可设在围堰上图41（），这种布置适用于吸水高度小于6m 的情况。如果基坑内水深或吸水高度超过6m，则需将泵站转移至较低高程，例如转移到设置在基坑内的固定平台上图41（）。这种平台可以是桩台、木笼墩台或围堰内坡上的平台。如果水深远大于6m ，则应考虑选用浮式泵站。一种方法是将水泵放在沿滑道移动的平台图41（C），用绞车操纵逐步下放。另一种方法是将水泵放在浮船上图41（）。 布置水泵站时，有几个问题应当注意。泵站和管路的基础应能抵抗一定的漏水冲刷；水泵出水管口应放在水面以下，这样可依靠虹吸作用减轻水泵的工作，在水泵排水管上应设置止回阀，以防水泵停止工作时，基坑外的水倒灌入基
6、坑。另外，浮式泵站应设置橡皮软接头，以适应泵站的开降。第二节经常性排水基坑内积水排干后，紧接着进行经常性排水。在排水设计中，除了正确估算排水量和选择排水设备外，必须进行周密的排水系统布置。经常性排水的方法有明式排水和人工降低地下水位两种方法。一、明式排水施工方法1 排水系统布置通常应考虑两种不同的情况：一种是基坑开挖过程中的排水系统布置；另一种是基坑开挖完成后修建建物时的排水系统布置。在进行布置时，最好能同时兼顾这两种情况，并且使排水系统尽可能不影响施工。基坑开挖过程中排水系统布置，应以不妨碍开挖和运输工作为原则。一般将排水干沟布置在基坑中部，以利两侧出土（图42）。随基坑开挖工作的进展，逐渐
7、加深排水干沟和支沟，通常保持干沟深度为11.5 m，支沟深度为0.30.5m。集水井多布置在建筑物轮廓线外侧，井底应低于干沟沟底。但是，由于基坑坑底高程不一，有的工程就采用层层设截流沟、分级抽水的办法。为了防止在砂土或壤土地基中的深挖方边坡坍塌，也采用分层拦截渗水的办法。实践证明，渗透系数为2030m/d 的细砂层，挖排水沟降低浸润线，并用砾石草包压坡，可使砂坡稳定在1：2.5左右。建筑物施工时的排水系统，通常都布置在基坑四周，如图43所示。排水沟应布置在建筑物轮廓线外侧，距离基坑边坡坡脚不小于0.30.5m，排水沟的断面尺寸和底坡大小，取决于排水量的大小。一般排水沟宽不小于0.3m ，沟深大
8、于1.0m ，底坡不小于0.002。在密实土层中，排水沟可以不用支撑；但在松土层中，需用木板或麻袋装石来加固。水经排水沟流入集水井后，利用在井边设置的水泵站，将水从集水井中抽出。集水井布置在建筑物轮廓线外较低的地方，它与建筑物外像的距离必须大于井的深度。井的容积至少要能保证水泵停止抽水1015min 时，井水不致漫溢。集水井可为长方形，边长1.52.0m，井底高程应低于排水沟底1.02.0m 。在土中挖井，其底面应铺填反滤料；在密实土中，井壁用框架支撑；在松软土中，利用板桩加固。如板桩接缝漏水，尚需在井壁外设置反滤层。排水沟和集水井的形式如图44所示集水井不仅可用来集聚排水沟的水量，而且还有澄
9、清水的作用，以延长水泵的使用年限。为了保护水泵，集水井宜稍偏大偏深一些。为防止降雨时地面径流进入基坑而增加抽水量，通常在基坑外缘边坡上挖截水沟，以拦截地面水。截水沟的断面及底坡应根据流量和土质而定。一般沟宽和沟深不小于0.5m，底坡不小于0.002。基坑外地面排水系统最好与道路排水系统相结合，以便自流排水。为了降低排水费用，当在坑渗水水质符合饮用水或其它施工用水要求时，可将基坑排水与生活、施工供水相结合。丹江口工程的基坑排水就直接引入供水池，供水池上设有溢流闸门，多余的水则溢入江中。明式排水适用于岩基开挖，对砂砾石或粗砂覆盖层，当渗透系数大于210-2cm/s，且围堰内外水位差不大的情况下，也
10、可用明式排水，实际工程中也有超出上述界限的，例如丹江口的细砂地基，渗透系数约为210-2cm/s，采用适当措施后，明式排水也取得了成功。不过，一般认为，当渗透系数小于10-1 cm/s时，以采用人工降低水位法为宜。2 排水量估算经常性排水的排水量，主要包括围堰和基坑的渗水、降雨、地基岩石冲洗及混凝土养护用废水等。设计中一般考虑两种不同的组合，从中择其大者，以选择排水设备。一种组合是渗水加降雨，另一种组合是渗水加施工废水。降雨和施工废水不必组合在一起，这是因为二者一般不会同时出现。如果全部叠加在一起，显然太保守了。( l ）降雨量的计算。以往在基坑排水设计中，对降雨量的计算无统一标准。有人主张用
11、频率概念，一般按510年一遇标准计算；也有人主张按实测资料进行计算。现行规范规定，降水量按抽水时段中最大日降水量在当天排干计算。（ 2 ）施工废水。施工废水主要考虑混凝土养护用水。其用水量的估算，应根据气温条件和混凝土养护的要求而定。初估时可按每立方米混凝土每次用水5L，每天养护8次计算( 3 ）渗透流量计算。基坑渗透总量包括围堰渗透量和基础渗透量两大部分。关于渗透量的计算方法，在水力学、水文地质和水工结构等论著中均有介绍。应当指出，按公式估算流量的可靠性，不仅取决于公式本身的精度，而且取决于计算参数的正确选择。特别是渗透系数对计算结果影响很大。在初步估算时，一般不可能获得可靠的渗透系数资料，
12、此时可采用更简便的估算方法。透水地基上的基坑，可按表4-1所列指标估算整个基坑的渗透流量。二、人工降低地下水位人工降低地下水位，是在基坑四周打井，从井中抽水，井的附近形成地下水降落漏斗，各降落漏斗相连，形成基坑内大面积地下水位的降低（图45）。地下水位降低后，可提高基坑开挖和基础施工的效率和质量，并且开挖时边坡可以较陡（一般粘性土约1：11：1.5 ；砂性土约1：1.51：2)，因而可缩小基坑轮廓尺寸，减少挖方体积。此外地下水位降低时，动水压力方向向下，土壤自重增加（由潜容重变为湿容重）对下面土层有压实作用，对今后建筑物的沉陷和稳定有利。人工降低地下水位的设备比较复杂，技术要求较高。降低地下水
13、位的方法主要有管状滤水井法（管井法）和针状滤水器法（井点法）。（一）管井法降低地下水位用管井法降低地下水位时，在基坑四周布置一个个管状滤水井（图45 )，在水井中放入水泵的吸水管，地下水借重力作用流入水井后，被水泵抽走。管井法降低地下水位时，须先设置管井，管井通常由下沉钢井管而成，在缺乏钢管时也可用竹管或混凝土管代替。钢井管的下部有滤水管节（滤头）地下水从这里进入井内，它的构造对井的出水量及可靠性有很大影响。图46为适用于透水性较小土层中的网式滤水管，它的外面是一层保护用粗铅丝网，里面是一层细铅丝滤网，它的网孔大小对水流阻力和水中含砂量影响很大，再里面是4mm的粗铅丝，稀疏地绕在钻有许多小孔的
14、钢管上，把滤网和钢管隔开，使水流畅通；在滤层外面有时还须设置滤层。图47 为杆架式滤头，它由单独的金属杆安装在法兰盘上，杆架式滤水管通常用于透水性好的含水层中，可不设滤层，而在中砂及细砂中，建议设砾石滤层，其颗粒比含水层颗粒大810 倍。钢井管通常用射水法下沉，当土层中夹有难通过的土层（如硬粘土、岩石等），需配合钻机钻孔。射水下沉时，先用高压水冲土下沉套管（较深时可配套管，反滤层每填高一次，便拔一次套管，逐层上拔，直至完成。管井中抽水可应用各种抽水设备，但主要是普通离心泵和深井水泵。离心泵的吸水高度一般不超过58m，当基坑中的水位下降超过此值及降低地下水位的深度较大时，可以分层布置管井，分层进
15、行排水（图48）；或当地下水位下降到一定深度后，把水泵放入井中（图49）。把普通离心泵放入井中时，井管的直径要很大，而且当抽水停歇时，如不及时拆卸有被淹没的危险。近来在降低深层地下水位时，广泛采用深井泵。深井泵的多级离心泵没入井内，马达装在井上，通过长轴转动（图410a），或者用机壳密封，和水泵一起没入井内（图410b）。深井泵直径很细，所用的井管直径为200450mm。 目前国内所采用的ATH 型深井泵，是属于马达装在井上的一类，例如ATH8 型深井泵，生产率为30m3/h，井管直径300250mm，扬程有25、50、75和100m数种，相应的马达功率为5.8、7.8、10 和17kw。每个深井泵都是独立进行工作，不必相互联结的总吸水管，井的间距也可以很大。深井泵的井管下沉工作较为困难泵的安装也较复杂，因此深井泵一般用于要求降深大于20m。（二）井点法降低地下水位井点法和管井法不同，它把井管和水泵的吸水管合而为一，成为针状滤水器，因此简化了井的构造，便于施工。但由于针状滤水器沉入土中后，与大气不通，因此井点法所用的抽吸机必须具备抽气的能力，以便排除原存在于土中但和地下水一齐进入针滤器的空气泡。在渗透系数K lm 昼夜的土壤中，用管井法抽水时，由于渗水量很小，井中的水会很快被吸干，
