浅论基坑排水设计与施工

摘要：修建与天然河道上的水工建筑物，待上游截流闭气后，首先要排除待开挖基坑表面的积水，在开挖过程中，需经常性保持基坑施工工作面的干燥，这样，施工才能顺利进行。只有采取特殊的施工方法和修建临时排水设施，方能保证基坑工作面免受地下水的影响，其方法主要有集水井法和人工降低地下水位的方法两种，本文就这两种方法加以论述，以指导今后工程施工。

关键词：开挖；集水井；排水体；井点

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.概述

水利枢纽工程上游截流完成后，根据基坑表面有无明水将施工分为两期，前期排除基坑表面积水；后期为基坑施工过程中的排水，又称为“经常性排水”。

经常性排水，根据地下水位情况及开挖基坑土质情况，分为集水井法和人工降低地下水位法两种。集水井法应用较为普遍，它是通过布置在开挖基坑四周的排水沟集中水流流入集水井内，再用水泵抽排。人工降低地下水位的方法是在开挖上坡口线以外1.0～1.5m处含水层中布设井点进行抽排水，地下水位预先下降后形成降落漏斗，达到降低地下水位的目的。

当基坑土质为弱透水性，地下水量较小，特别是附近无排水系统设施时，多采用集水井法进行地下水的抽排，其优点是施工较为简单，占用设备少，工程造价低；其缺点是采用薄层开挖，遇砂性土质时不宜采用。人工降低地下水位法多用于地下水位较为丰富、开挖边坡易产生流土或管涌的情况，其优点是可采用大型机械进行开挖，每层挖深较大，开挖边坡可以放陡，减少开挖量，其缺点是施工工艺较为复杂，占用设备多，工程造价高。

2.初期排水

2.1初期排水总量的确定

初期排水主要是排除基坑开挖前表面积水，其初期排水总量按下式进行计算：

Q＝Ah

式中Q—初期排水总量（m3）

A—基坑表面积水面积（m2）

h—基坑表面平均积水深度（m）

2.2初期排水强度的确定

初期排水强度按下式进行计算：

式中Q1—初期排水强度（m3/s）

A—基坑表面积水面积（m2）

h—初期排水基坑表面积水日下降深度（m/d），通常取0.7-1.0m/d

3．集水井法降低地下水位设计与施工

该方法通常是当基坑开挖到接近地下水位时，先期在基坑中部开挖排水沟，使地下水不断地流入排水沟，在排水沟一端或两端布设临时集水井抽排从排水沟流入的地下水，然后再开挖排水沟两侧土方。如此一层层开挖下去，直至开挖到设计基础高程时，将排水沟移到四周开挖坡角处，排水沟内人工抛填卵石作排水体，为了确保开挖边坡的稳定及排水体不受冲蚀颗粒的影响，通常采用排水体外包裹土工织物加以防护，必要时在排水体中下部安设排水化管，以满足流入排水体内的地下水很快流至基坑以外的积水井中，泵抽排出。

开挖基坑四周坡角排水沟（排水体）断面几何尺寸的大小，应根据地下水涌水量及有关渗透系数的大小来确定。一般要求排水沟（排水体）底宽不小于0.5m，深度不小于0.5m，排水沟（排水体）纵向坡度应大于1-5％，且坡向集水井方向。

3.1基坑涌水量计算

为了计算简化，把基坑四周边坡假定为垂直面，比设想有一个以r0为直径的直井，并假定渗入以r0为直径的直井的井中的流量等于地下水流入基坑的流量。其涌水量可按下式进行计算：

式中Q—开挖基坑总涌水量（m3/d）

K—渗透系数（m/d）

S—集水井井内水面距原地下水出露点垂直距离（m）

R—影响半径（m）

m0—开挖基坑底部至不透水层顶面的垂直距离（m）

R值可按下表3-1选用。

表3-1

一般水利枢纽工程上游有围堰，其影响半径应采用开挖基坑中心距上游水边的水平距离。

r0—开挖基坑假想半径（m）

r0分两种情况计算确定：

当基坑为矩形时，

式中a、b—矩形基坑长和宽（m）

η—系数，按表3-2查得。

当基坑为不规则形状时，若a/b＝2～3时，其r0为：

r0＝0.565A

式中A—为基坑面积（m2）

若a/b＞2～3时，其r0为：

式中W—为基坑周长（m）

表3-2

3.2排水体结构设计与施工

一般工程中常采用在排水沟沟内人工抛填卵石，卵石外包裹土工织物及卵石中下部铺设排水化管共同构成排水体结构。

3.2.1排水体外包裹土工织物的技术要求

排水体外包裹土工织物基本要求：其一是保土性，即在水流的作用下被保护的边坡原状土粒不被水流带走而淤积堵塞排水体；其二是透水性，即地下渗流水必须畅通地通过土工织物进入排水体；其三是防止於堵性，即织物透水孔径不能被水流所夹带的土粒所於塞。

根据有关资料介绍，满足以上三个要求的土工织物物理性指标和被保护土之间应有如下关系：

满足保护土性要求：土工织物等效孔径O95和被保护边坡土粒特征粒径d85之间应满足O95≤0.5d85；

满足透水性要求：土工织物透水系数kg和被保护边坡天然透水系数Ks之间应满足kg≥Ks；

满足方淤塞性要求：土工织物等效孔径O95和被保护边坡土粒特征粒径d15之间应满足 O95≥3d15。

3.2.2排水体卵石粒径的选择

排水体卵石粒径的大小，根据排水体卵石外是否有反滤土工织物分为两种情况：

当排水体卵石外包反滤土工织物时，其排水体卵石渗透系数K＞kg即可，kg为土工织物渗透系数，工程中常用粒径为40mm～80mm粒径的卵石作为排水体；当排水体卵石外无土工织物包裹时，其排水体卵石粒径的大小应与被保护土的天然颗粒组成相配合，二者之间应保证有以下关系式：

5d50≤D50≤10d50

式中D50、D60、D10为排水体卵石特征粒径

d50为被保护土特征粒径

Cu为排水体卵石不均匀系数

3.2.3排水花管结构设计与施工

排水花管通常采用4英寸（或6英寸）钢管，PVC管制作而成。其孔眼的大小以不大于排水体卵石最小粒径为准，采用钻孔或冲压而成，孔眼的大小一般工程采用20mm～40m直径的圆孔，孔眼按梅花型布置，孔眼之间排距按所确定的开孔率确定，开孔率一般为18～20％，孔眼间排距一般为100～150mm。

3.2.4排水体结构断面几何尺寸的确定

排水体结构断面几何的大小，一般是按照基坑总涌水量和有关渗透系数来确定，按下式进行计算：

式中Q－基坑总涌水量（m3/d）；

W－排水体横断面周长（m）；

L－排水体总长度 即开挖基坑坡角总长度（m）；

Kg－土工织物渗透系数（m/d）；

上式中Q、L、Kg、已确定，可根据上式计算出W0排水沟一般为梯形断面，底宽选取0.5～1.0m，坡比可根椐土质情况一般选定为1：0.5～1：1，这样就可计算出排水沟的深度h，一般要求h不小于0.5m。

3.3集水井结构设计与施工

集水井一般布置在开挖基坑来水方向的上游的低洼地方，且布置在开挖基础范围以外。