水利水电施工组织设计专项方案模块4-9---基坑排水

目录

基坑排水 (1)

第一节概述 (1)

1. 基坑排水的任务 (1)

2. 基坑排水设计的内容 (1)

3. 基坑排水设计基本资料 (1)

第二节初期排水 (2)

1.初期排水量计算 (2)

1.1排水量 (2)

1.2基坑水位降落速度及排水时间 (2)

1.3排水量计算 (3)

2.初期排水泵站的布置 (3)

第三节经常性排水 (4)

1.排水量的组成 (4)

1.1基坑渗水 (4)

1.2降雨汇水 (5)

1.3施工弃水 (5)

2.排水方式 (5)

2.1明沟式排水 (5)

2.2人工降低地下水位 (7)

第四节排水设备选择 (8)

1.泵型选择 (8)

2.水泵台数的确定 (9)

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基坑排水

第一节概述

1. 基坑排水的任务

基坑排水的任务包括以下三方面：

（1）在上下游围堰合龙闭气或过水围堰过水之后，必须在一定的时间内将残留于基坑内的积水一次排出，这就是所谓的初期排水；

（2）在基坑施工过程中，由于从围堰及地基渗透入基坑的渗流、降雨和施工废水等，也必须不断排出；

（3）有时，为保持施工场地的干燥，有的工程（特别是软基河床）还必须为降低地下水位而进行长期的抽水工作（排地下水）。

由于这后两种排水是经常不断进行的，因而称这两类排水为经常性排水。

基坑排水历时较长，如果处理得好，可为施工创造良好的条件；若处理不好，往往会给施工带来困难，甚至会直接影响整个工程的工期。例如，我国的丹江口工程，第一期基坑排水只用了3天，第二期基坑用了3天，分别按时排干了基坑积水，从而保证了工程施工。某水电站工程因其上游围堰截流龙口段基础未经妥善处理而急于进行基坑施工，加之排水设计考虑不周，当春汛来临时，地基渗水竟然将基坑淹没，不仅在经济上造成不应有的损失，而且延误了工期。再如苏联的斯维尔工程，第一期基坑排水历时达60天，大大推迟了工期。四川涪江上的龙风水电站，排水流量高达2m3/s，由此带来的电耗和必需的排水费用相当可观。

2. 基坑排水设计的内容

（1）根据各阶段的排水任务计算排水量，确定各阶段排水设备容量；

（2）根据计算所确定的排水设备的最大容量、分期排水对扬程的要求以及可能提供的排水设备情况，选择排水设备的型号和数量，并提出排水机械设备分期需要的型号和数量的明细表；

（3）进行各期排水系统的布置设计，确定抽水站（点）、排水沟、集水井的数量和位置，抽水机的安装高程及排水系统的土建工程量，并绘制分期排水系统布置图。

3. 基坑排水设计基本资料

（1）岩基基坑岩石的性质、裂隙的大小及分布情况，出露的泉眼（承压水）的数量及渗水量大小；

（2）覆盖层的颗粒级配组成，颗粒尺寸，渗透系数等；

（3）基坑邻近及基坑范围内的地质剖面图及有关地质资料；

（4）年内降雨分布、降雨量、降雨强度，特别是最大降雨强度和最大降雨量；

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（5）基坑地形图，建筑物施工导流布置图，建筑物基础开挖及施工道路、施工机械布置图；

（6）施工中可能提供的燃料、动力及抽水机械设备的类型及数量；

（7）导流建筑物特别是围堰的结构设计图。

第二节初期排水

围堰合龙闭气后，为使主体工程能在干地施工，必须首先排除基坑积水、堰体和堰基的渗水、降雨汇水等，称为初期排水。

1.初期排水量计算

1.1排水量

包括基坑积水、围堰堰体和地基及岸坡渗水、围堰接头漏水，降雨汇水等。对于混凝土围堰，堰体可视为不透水，除基坑积水外，只计算基础渗水量；对于木笼、竹笼等围堰，如施工质量较好，渗水量也很小；但如施工质量较差时，则漏水较大，需区别对待。围堰接头漏水的情况也是如此。降雨汇水计算标准可采用初期排水时段当月多年平均降雨量（换算为日平均降雨量）。

初期排水总抽水量为上述诸项之和。积水的计算水位，根据截流程序不同而异。当先截上游围堰时，基坑水位可近似地用截流时的下游水位；当先截下游围堰时，基坑水位可近似采用截流时的上游水位。过水围堰基坑水位应根据退水闸的泄水条件确定。当无退水闸时，抽水的起始水位可近似地按下游堰顶高程计算。基坑积水应包括围堰堰体水下部分及覆盖层地基的含水。

围堰堰体及地基的渗水量随基坑水位的下降而增大。渗水量与围堰结构型式、地基地质条件、防渗措施及初期排水时间长短有关。

1.2基坑水位降落速度及排水时间

为了避免基坑边坡因渗透压力过大，造成边坡失稳产生坍坡事故，对于土质围堰或覆盖层边坡，其基坑水位下降速度必须控制在允许范围内。一般开始排水降速以0.5～0.8m/d为宜，接近排干时可允许达1.0～1.5m/d。其它型式围堰，基坑水位降速一般不是控制因素。

对于有防渗斜墙的土石过水围堰和混凝土拱围堰，如河槽退水较快，而水泵降低基坑水位不能相适应时，其反向水压力差有可能造成围堰破坏，应经过技术经济论证后，决定是否需要设置退水闸或逆止阀。

排水时间的确定，应考虑基坑工期的紧迫程度、基坑水位允许下降速度、各期抽水设备及相应用电负苛的均匀性等因素，进行比较后选定。一般情况下，大型基坑可采用5~7d、中型基坑可采用3~5d。

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1.3排水量计算

（1）计算步骤

1）根据围堰型式计算堰体及地基渗流量，将计算结果点绘成基坑渗流量与水位关系曲线，如图9-2-1之a线。

2）根据基坑允许下降速度，考虑不同高程的基坑面积后，求出积水排除强度曲线，如图9-2-1之b线。

3）根据以上求得的曲线a、b迭加后，便可求得初期排水过程中的抽水强度曲线，如图9-2-1之c线。其中最大值为初期排水的计算抽水强度。

4）根据基坑允许下降速度，确定初期排水时间。以不同基坑水位的抽水强度乘上相应的区间排水时间之总和，便得初期排水总量。

工程实践表明，基坑渗水主要与围堰种类、防渗措施、地基情况、排水时间等因素有关，渗流计算不易符合实际，故在初步设计中，初期排水总量常采用经验估算法，一般采用3～6倍的基坑积水估算，当覆盖层较厚，渗透系数较大时取上限。

a—基坑渗流量与水位关系曲线；b—积水排除强度曲线；c—基坑抽水强度曲线

（2）试抽法。在实际施工中，制定措施计划时，还常用试抽法来确定设备容量。试抽时有以下三种情况：

1）水位下降很快，表明原选用设备容量过大，应关闭部分设备，使水位下降速度符合设计规定。

2）水位不下降，此时有两种可能性，基坑有较大漏水通道或抽水容量过小。应查明漏水部位并及时堵漏，或加大抽水容量再行试抽。

3）水位下降至某一深度后不再下降。此时表明排水量与渗水量相等，需增大抽水容量并检查渗漏情况，进行堵漏。

2.初期排水泵站的布置

在确定排水设备容量之后，要进行排水泵站的布置。在进行这项设计时，须注意以下几个问题：

（1）应充分利用有利地形，尽可能将泵站布置在岸边靠下游围堰坡脚处，使其扬程低、出水管路短，以节约动力、材料，便于管理和拆迁；

（2）应避免施工干扰、转移过多。这就要求将泵站布置在基坑开挖线以外，对围堰施

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工干扰小的地势低洼的地方，以免影响后期基坑开挖、围堰的加高培厚及其运输等工作；

（3）如有可能，应尽量与经常性排水系统布置相结合，以提高设备的利用率。

初期排水泵站的布置视基坑积水深度不同，一般分为固定式和移动式两种（图9-2-2）。当基坑吸水高度在6m以内时，可采用固定式抽水站，此时常设在下游围堰内坡附近。当抽水强度很大时，可在上、下游围堰附近分设两个以上抽水站。当基坑吸水高度大于6m时，则以采用移（浮）动式抽水站为宜。移动式泵站可布置在浮船上，用软管与堰顶的固定钢管连接，排水时水落船降；也可将泵站布置在活动平台上，随水位下降而将平台用绞车逐步下放。排水管上设逆止阀，以防止水泵停止工作时倒灌基坑。

（a）设在围堰上；（b）设在固定平台上；（c）设在移动平台上；（d）设在浮船上

1—围堰；2—水泵；3—固定平台；4—移动平台；5—浮船；6—滑道；

7—绞车；8—橡皮接头；9—铰接桥；10—集水井；11—吸水管

第三节经常性排水

在基坑积水排干后，围堰内外的水位差增大，此时渗透流量相应增大；另外，由于基坑已开始施工，在施工过程中还有不少施工废水积蓄在基坑内，需要不停地排除，在施工期内，还会遇到降雨，当降雨量较大且历时较长时，其水量也是不可低估的。例如，丹江口工程一期围堰6月份日最大降雨强度达22.8mm；风滩工程11月1日最大降雨强度达42.7mm。因此，在初期排水工作完成后，紧接着进行经常性排水，这时，应进行周密的排水系统的布置，与此同时，进行渗透流量、施工废水和降雨量的分析计算以及排水设备的选择。

1.排水量的组成

经常性排水由基坑渗水、降雨汇水、施工弃水等组成。

1.1基坑渗水

主要计算围堰堰体和地基渗水两部分，应按围堰工作过程中可能出现的最大渗透水头来

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计算，最大渗水量还应适当考虑围堰接头漏水及岸坡绕流渗水量等。基坑排水中的渗流计算很复杂，一般常用的几种土石围堰及地基渗流计算图式和公式，参见本卷第五章。对于复杂的渗流计算，请参考有关专著或采用电拟法试验进行。

1.2降雨汇水

降雨汇水按一般时段和暴雨时段分别计算，一般时段可按多年年平均降雨量（换算为日平均降雨量）计算排水量；暴雨时段可按多年最大日降雨强度计算排水量，要求在1d排干考虑最大排水强度。当基坑有一定的集水面积时，需修建排水沟或截水沟，将附近山坡形成的地表径流引向基坑以外。当基坑范围内有较大集雨面积的溪沟时，还需有相应的导流措施，以防暴雨径流淹没基坑。

1.3施工弃水

包括混凝土养护用水，冲洗用水（凿毛冲洗、模板冲洗和地基冲洗等）、冷却用水、土石坝的碾压和冲洗用水、施工机械用水等。用水量应根据气温条件、施工强度、混凝土浇筑层厚、结构形式等决定。用水量的估算可参考表9-3-1进行，但施工弃水量应在降水量中扣除，不可重复计算。

2.排水方式

经常性排水有明沟排水和人工降低地下水位两种方式。

2.1明沟式排水

此方式适宜于地基为岩基或粒径较粗、渗透系数较大的砂卵石覆盖层，在国内已建和在建的水利水电工程中应用最多。这种排水方式是通过一系列的排水沟渠，拦截堰体及堰基渗水，并将渗透水流汇集于泵站的集水井，再用水泵排出基坑以外。

基坑的明沟排水系统应考虑到两种不同的情况：一是基坑开挖时期，二是基坑开挖完成后修建主体建筑物时期。在这两个不同的时期内，排水系统的布置要求各有不同，但在布置时应尽可能全面照顾，一种布置兼顾两期使用。

基坑开挖过程中排水系统的布置，应以不妨碍开挖和运输为原则，集中与分散相结合，灵活布置。一般将排水干沟布置在基坑中部，以利两侧出渣，其布置如图9-3-1所示，随基坑开挖工作的进展，逐渐加深排水干沟和支沟，通常保持干沟深度为1.0～1.5m，支沟深度

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为0.3～0.5m。集水井布置在建筑物轮廓线外侧，集水井的井底应低于干沟沟底。

有时，由于基坑开挖的深度不一，基坑坑底不在同一高程，这时应根据基坑开挖的具体情况而布置排水系统。有的工程就采用了层层拦截、分级抽水的办法，即在不同的高程上布置截水沟、集水井和水泵站，分级排水。

开挖结束后，为不影响主体建筑物的施工，其排水系统通常布置在基坑四周，如图9-3-2所示。排水沟应布置在建筑物轮廓线外侧，且距坑边坡脚不小于0.3～0.5m。排水沟的断面尺寸和坡底大小，取决于排水量的大小，以保证雨水、渗水和施工废水顺畅地流入集水井中。一般排水沟底宽不小于0.3m，沟深不大于1.0m，底坡不小于0.002。在土层中，排水沟需用木板或麻袋装石来加固。

集水井的井底高程应低于排水干沟底部高程1～2m，其容积应保证抽水机停机10～15min而不致漫溢；其深度通常为2～3m，平面尺寸通常为1.5～2m2。土壤中挖井，其底面应铺填反滤料以防冲刷，井壁应用木板桩加固。排水沟和集水井的形式如图9-3-3所示。

1—出渣方向；2—支沟；3—干沟；4—集水井；5—抽水

1—围堰；2—集水井；3—排水沟；4—建筑物轮廓线；5—沟内水流方向；6—河流

（a）坚实土层中的排水沟；（b）排水沟板桩加固；（c）用框架支撑的集水井；（d）用板桩加固的集水井

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1—厚5~10cm的木板；2—支撑；3—厚3~5cm的板桩；4—厚4~5cm的木板；

5—卵石护底；6— 20cm的木桩；7—厚5~8cm的板桩

集水井不仅是用来集聚排水沟的水量，而且还有澄清水的作用。因为水泵的使用寿命与水中的含砂量有关，因此，为了保护水泵，安设的集水井宜略为大一些和深一些。

另外，为了减少扬程、节省电力和机械设备用量，在布置排水沟和集水井时应尽量充分利用地形有利条件，对高于围堰堰顶的水，应尽量利用自流式排水。在基坑开挖边坡和围堰边坡上，应尽可能分层布置排水沟和集水井，把渗透水或雨水按不同高程排出基坑之外，如图9-3-4。其排水沟和集水井的尺寸应根据不同的流量和土质决定，一般沟深不小于0.5m，底坡不小于0.002。

1—围堰；2—分层排水沟；3—覆盖层；4—基坑

2.2人工降低地下水位

在基坑开挖过程中，为了保证工作面的干燥，往往要多次降低排水沟和集水井的高程，经常变更水泵站的位置。这样，往往造成施工干扰，影响基坑开挖工作的正常进行。此外，当进行细砂土、砂壤土之类的基础开挖时，如果开挖深度较大，则随着基坑底面的下降，地下水渗透压力的不断增大，容易产生边坡塌滑、底部隆起以及管涌等事故。为此，降低地下水位的办法，即在基坑周围钻设一些井，将地下水汇集于井中抽出，使地下水位降低到开挖基坑的底部以下。

采用人工降低地下水位的方法，由于地下水产生倾斜流动，动水压力的垂直分力使土层密实，土层内浮容重变为湿容重，相对增加了上层土的自重对下层土的压实作用，从而使基坑的沉陷量减小，为基坑开挖创造了有利条件。地下水位降低后，边坡不受渗流作用，可以在较陡的情况下开挖。于是可以减少开挖量，降低工程投资和缩短工期。当然，由于要敷设井点系统，相应地也增加一些工程量和投资。因此，是否一定要采用人工降低地下水位的方式，需视各工程具体情况而定。

降低地下水位的方法很多，按其排水原理分为：管井排水法、真空井点排水法、喷射井点法、电渗井点排水法等。人工降低基坑地下水位的设计与计算参见本手册第2卷《土石方工程》及参考有关专著。

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第四节排水设备选择

无论是初期排水还是经常性排水，当其布置形式及排水量确定后，进行水泵的选择，即根据不同排水方式对排水设备技术性能（吸程及扬程）的要求，按照所能提供的设备型号及动力情况以及设备利用的经济原则，合理选用水泵的型号及数量。

水泵的选择，既要根据不同的排水任务，不同的扬程和流量选择不同的泵型；又要注意设备的利用率。在可能的情况下，尽量使各个排水时期所选的泵型一致；同时，还需配置一定数量的柴油抽水机，以防事故停电对排水工作造成影响。

1.泵型选择

水利工程一般常用离心式水泵。它既可作为排水设备，又可作为供水设备。这种水泵结构简单，运行可靠，维修简便，并能直接与电动机座连接。过水围堰的排水设备选择时，应配备一定数量的排砂泵

离心式水泵的类型很多，在水利水电工程中，SA型单级双吸中开离心清水泵和S型单级双吸离心泵两种型号水泵应用最多，特别是在明沟排水时更为常用。

（1）SA型单级双吸中开离心清水泵

1）用途：SA型泵是单级双吸中开式离心泵供输送最高温度不超过80?C的清水和物理、化学性质类似于水的纯净液体。适用于工厂、矿山、城镇、电站、水利工程等给水排水。本型泵扬程为9.5~104m，流量为90~6300m3/h。

2）型号意义说明：

例如：10SA-6A

其中10——进口直径（mm）被25除所得的商数；

SA——单级双吸离心泵；

6 ——比转数被10除化整的约数；

A ——表示叶轮变化或泵额定转速变化。

3）性能：SA型单级双吸中开离心清水泵性能见表9-4-1。

（2）S型单级双吸离心泵

1）用途：S型单级双吸离心泵供输送最高温度不超过80?C的清水和物理、化学性质类似于水的其它液体。适用于工厂、矿山、城镇、电站给水和农田水利排灌等。

2）型号意义说明：

例如：150S78A

其中150——进口直径（mm）；

S ——单级双吸离心泵；

78 ——扬程（m）；

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9 A ——叶轮外径第一次切割（mm ）。

3）性能：S 型单级双吸离心泵性能见表9-4-2、9-4-3。

当有两种型号的水泵都能满足使用的技术要求时，则应进一步根据水泵产品目录和厂家生产情况，确定其中较为经济、耐用的一种。当基坑渗水流量较大，为适应排水流量的变化，应选用多种流量的水泵，以保证渗水量小时水泵不致过多的停机；渗水量大时，也能满足排水要求。这就是说，选定的水泵型号不宜太少，也不宜太多。

通常，在初期排水时需选择大容量低水头水泵，在降低地下水位时，宜选用小容量中高水头水泵，而在需将集中基坑积水的汇水排出围堰外的泵站中，则需大容量中高水头的水泵。为运转方便，应选择容量不同的水泵，以便组合运用。

2.水泵台数的确定

在泵型初步选定之后，即可根据各型水泵所承担的排水流量来确定水泵台数。

需要指出的是，前面所述以及有关专著对渗流量的计算公式，都是在各种假设的边界条件下得到的。考虑到围堰水下施工条件差，施工质量难以保证；而地基的渗透系数，特别是对渗水量大小起控制作用的表面地基的渗透系数又难以准确测定。为此，为保证抽水工作的顺利进行，对计算求得的渗流量，应根据施工条件的好坏和地质资料的准确程度不同，乘以

1.2～1.5的扩大系数，以此作为选择水泵台数的根据。抽水扬程除了扬水净高，还要计入抽水管路中的各项损失，扬程损失一般为扬程的20%~30%。由此，得各种型号水泵台数n i 的计算公式：

i Q

i K n i i π)5.1~2.1(= （9-4-1）

式中 n i ——某一型号水泵台数；

Q i ——某一型号水泵所承担的计算排水流量，L/s ；

πi ——某一型号水泵单机排水流量，L/s ；

K i ——备用系数，可参考表9-4-4确定。

若某一型号水泵既用作初期排水，又用作经常性排水，则根据相应的排水流量分别计算后取其大值。

此外，还需考虑抽水设备重复利用的可能性，单机重量及搬迁条件，设备效率，以及取得设备的现实性、经济性等因素。另外还需配备一定的事故备用容量。备用容量的大小，应不小于泵站中最大的水泵容量，可按具体条件参考表9-4-4选定。

表9-4-4 水泵备用量参考表

表9-4-1 SA型单级双吸中开离心泵性能

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续表9-4-1

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续表9-4-1

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表9-4-2 150~800S型单级双吸离心泵性能

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续表9-4-2

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续表9-4-2

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表9-4-3 800、1200S型泵性能

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续表9-4-3

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