排水井多用于表面弱透水层和下部强透水层均比较深厚的地基，或含水层成层性显著，夹有许多透镜体和强含水带的地基中。由于多数工程的堤基均为多层地基，地质条件复杂，因此在排渗措施的应用中以排水井的应用为广泛。其导渗原理是通过滤水管将来自坝体上游的渗透水流导入排水减压井内，阻止渗透水流往下游流动，以达到迅速降低压力水头，保护大坝的稳定和降低下游地下水位的目的。

地下水位较高地区的混凝土渠道衬砌若无良好的排水措施的情况下，例如工程完建期、排水机泵停止运转后地下水位回升、输水过程中渠内水位发生迅速回落、非输水期间地下水位的升高（如汛期降雨所致）等，都可能形成较大的内外水位差（扬压力）从而导致衬砌板产生浮托破坏和基土的渗透变形破坏。因此，高地下水位条件下的渠道衬砌必须采取有效的消减扬压力的排水措施以确保渠道的运行安全可靠。对于高地下水位区段的渠道衬砌工程来说，排水问题是影响工程正常施工和安全运用的重要环节。为使较高的地下水位降至衬砌基面以下以保证施工的正常进行和混凝土衬砌的质量，所采用的排水措施应充分考虑渠道衬砌工程具有纵向线路长、降低地下水位小、施工进程快等特点，一般采用的方法有暗管排水、轻型井点排水和竖井排水。工程中常见的排渗措施包括排水垫层、排水沟及排水减压井（孔）等。其中水平排水垫层可用于透水性比较均匀的坝基；反滤排水沟一般适用于坝基表面有薄的弱透水层或不透水层，且下面为分布较浅的单一透水层的情况；而排水井则多用于表面弱透水层和下部强透水层均比较深厚的地基，或含水层成层性显著，夹有许多透镜体和强含水带的地基中。

在大坝或堤防下游设置排水井可达到以下三个目的：

（1）避免坝址下游发生渗透破坏；

（2）避免坝址下游沼泽化；

（3）降低坝体浸润线，增加坝体稳定性。

通过布设排水井，可以对渗流场进行排水降压，降低渗流场水头分布，是经工程实践检验的有效方法之一。采用排水井来排水降压已被广泛应用在边坡综合治理工程中，尤其是在普通边坡工程中，排水井已经成为排出地下水、降低地下水压力的主要设施。

对排水井系而言井系位置应尽可能地靠近下游坝趾处，对于井径则主要取决于施工条件、井管材料以及反滤层厚度等因素。常用的井管内径为 20~40cm，考虑反滤层后的有效井径则通常为 40~60 cm。排水井的贯入度是一个十分重要的因素，当贯入度较小时，则排水减压效果较差。故在施工条件允许的情况下采用大贯入度的减压井通常是比较经济的。井距则应结合井径、贯入度以及地层情况等因素综合考虑。井（孔）的出水位应尽量降低以发挥其大的排渗减压效果但其高程不宜低于下游水位，否则会造成下游水的倒灌从而将地面泥土带入井中造成井淤塞。在设计计算井（孔）系的各参数时，可按施工要求先选定井位、井径以及井的出水高程等因素，然后再根据安全和经济原则来则定井深和井距。

做好排水井设计的关键是正确掌握地质资料，摸清地下水活动的规律，一般采用钻探或电探，并结合地质调查的方法，测定地下水的流向、流速和流量，据以选择并确定地下排水构造物。

排水井布设设计研究主要方法一般是采用针对某一工程实际问题采用有限元方法来研究在不同排水井布设设计方案下的渗流场分布特性，然后通过进行排水效果对比和工程经济效益比较来寻找适合这一特定工程的佳布设方案，进而提出在相似条件下的排水井布设准则，这是在排水井布设方法上主要的一个研究方向。

由于排水孔的排水降压的作用，其对渗流场的分布影响很大，因此在边坡渗流场分析的中一定要考虑到排水孔的排水降压作用。排水孔孔径一般较孔距要小很多，而且边坡中往往分布数目众多。排水孔孔径与建筑物尺寸比较起来，相差比例往往达百倍，甚至千倍。在渗流场的有限单元法分析中，如果按照常规方法在排水孔局部区用加密网格的方法来模拟排水孔的渗流行为，则计算网格就会十分复杂，一旦网格形状不符合要求，网格单元及节点过分的多，就会导致计算效率低下，解题精度下降，求解时间增多，甚至会出现计算机存储容量不够，无法解题的现象。因此所以国内外学者一直在研究能对排水孔进行处理的方法。工程上经常采用的近似方法是将排水孔作为有限元网格中的一个给定水头的节点处理，由于该方法使得问题大为简化而被国内外工程界广泛采用。而事实上排水孔的排水效果与其孔径密切相关，王镭、张有天通过分析认为将排水孔作为一个点处理没有完全反映排水孔的尺寸效应，会产生显著的误差。此后，张有天，Fipps 对在以点代孔的基础上如何反映排水孔径的影响从而减少误差方面做了进一步的研究，提出了控制排水点相邻单元尺寸与排水孔半径比例的改进方法，但计算结果仍有误差。 张有天、朱伯芳采用边界元、有限元混合分析有排水孔的渗流场问题，但都是以平面问题为对象，没有考虑三维效应。

关锦荷，杜延龄提出以排水沟代替排水孔幕，并用杆单元反映排水孔附近绕流渗径长度，也未能反映排水孔的三维效应。王镭，朱岳明等提出了排水子结构法，能在计算工作量不增加很多的情况下，模拟不穿过自由水面时排水孔的实际渗流行为，能反映出排水孔的三维及尺寸效应。朱岳明随后对这种方法进行了改进，提出了改进的排水子结构法，朱军进一步完善了这种方法。改进的排水子结构法的基本思想是，根据排水孔的走向，布置较为合适的母单元，于母单元内围绕排水孔再布置尺寸较小的单元，逐步过渡到与母体单元周边相衔接，从而形成一个“子结构”，并根据排水孔的性质，将排水孔壁面上的节点视作约束节点。同时，为解决存贮量过大问题，对子结构引用了“凝聚”方法，将排水孔的作用效应 “凝聚”到母单元节点上，从而较真实全面地模拟了排水孔的作用机制和效应。改进的排水子结构法在计算理论上严密、可靠，模型能比较真实全面地模拟排水孔的作用机制和效应，可以比较圆满的解决排水孔模拟的问题。

排水子结构法是一种能够圆满解决模拟排水孔渗流问题的方法，全面揭示了排水孔在渗流控制中的作用。但是，当排水子结构法用于众多排水孔时，其子结构的形成与计算工作量是巨大的。另外，排水孔子结构母单元的剖分及子结构的形成取决于排水孔的走向，因此，当排水孔的位置、间距、走向、方位发生改变时，不仅子结构的形成必须要从头开始，而且有限元分析区域网格也需要进行重新调整，由此产生的工作量将会是巨大的。同时，相对较优的渗控布置系统往往也需要在大量的方案比较基础上才能终确定。故此可看出，排水子结构法作为渗控优化的计算手段来说，就显得很不灵活，尤其是对于复杂的渗控排水系统进行优化分析比较时，就显得力不从心。这样一些学者开始寻求近似模拟排水孔的方法，和将解析法与有限单元法相结合的模拟排水孔的方法。

杜延龄等总结了工程中常用的采用与排水井列等效的排水沟来模拟排水井列的方 法，并提出了用杆单元模拟的方法，但仍属近似的模拟方法。 詹美礼等采用解析法和有限元相结合的方法，将排水孔的作用效应，通过排水孔的空间位置、走向及其边界性质的有关几何参量来加以描述。解决了当排水孔布设方位、长度变化较大，和排水孔优化布设研究中模型变化较大的渗流场有限元求解问题。王恩志等提出“以管代孔”的方法来模拟排水孔，进而提出“以缝代井列”的方法来模拟排水孔幕。大大简化了排水孔模拟中的建模问题，能有效模拟岩体中排水孔个体的排水情况。

我国深部煤炭资源储量丰富，但随着煤矿开采向深层发展，水害问题严重，为了煤矿的安全生产，煤炭资源深部开采迫切需要有效的排水方法，采用煤矿深井地面钻孔排水井向地面直接排出井下积水就是一个有效的方法。煤矿深井地面钻孔排水井设计要搞清复杂地质条件下深大口径钻孔成井过程中各层套管的力学性能，而且煤矿深井地面钻孔排水井的直径比较大，有些深达千米，钻探垂直度要求很高。煤矿建设行业还缺乏对煤矿深井地面钻孔排水井的设计方法和施工技术的研究，只能借鉴其它行业小口径钻井(如石油钻井工程)和煤矿立井的一 些经验。

根据地面钻孔施工机械条件，施工工艺和深厚表土层的地质条件，煤矿深井地面钻孔排水井井管可采用两层套管结构，如《煤矿深井地面钻孔排水井示意图》所示：技术套管和工作管，具体介绍如下：

（1）技术套管

煤矿深井地面钻孔排水井的表土层技术套管穿越深厚表土层，主要承受来自外部的水、土压力和不稳定地层的侧向挤压力，表土层技术套管主要有两个作用：一是支撑不稳定的深厚表土层，防止井壁塌落；二是隔离表土层，防止钻井液污染周围的地下水。表土层技术套管固井时水泥浆应返至地面。

（2）工作管

煤矿深井地面钻孔排水井工作管下入基岩层，承受围压压力，为矿下积水排出提供通道。工作管固井时，水泥浆应返至地面，加强工作管的稳定性，增强套管焊缝密封性，防止煤矿积水渗到井下，还可以提高套管抗外压能力。在设计煤矿深井地面钻孔排水井井壁结构时，拟选用钢结构中的钢管作为煤矿深井地面钻孔排水井的井壁，钢管与常用的煤矿立井井筒结构中的砌体结构和钢筋混凝土结构相比具有很多优点，比如施工方便快捷、工厂制作效率高，套管壁薄质量小、强度高、塑性好，符合保护环境的需要等。

煤矿深井地面钻孔排水井选用的钢管结构的几何特征是截面尺寸远大于套管壁厚(δ《d)，一般应满足δ/d≤0.1，同时长度远大于直径。所以说，煤矿深井地面钻孔排水井各层套管(钢管)属于薄壁结构。

煤矿深井地面钻孔排水井施工工艺主要包括钻孔、套管下沉、固井三项工作，煤矿深井地面钻孔排水井钻孔防斜、套管下沉和固井施工是工程成败的关键环节，煤矿深井地面钻孔排水井，技术套管采用提吊法下沉技术套管，工作管采用提吊加浮力法下沉套管，两层套管均采用井口密封内插法固井工艺。可借助煤矿钻井工程和石油钻井工程等小口径钻井的施工经验。

煤矿深井地面钻孔排水井各层套管承受水压力、土压力或基岩压力，选用钢管作为承压结构，拟采用光滑的焊接钢管作为煤矿井下积水排出的工作管。承受压力的钢管在石油钻井、水电站建设中涉及较多，设计煤矿深井地面钻孔排水井时可以借鉴。

在石油钻井工程中工作管内的液体是原油，煤矿深井地面钻孔排水井工作管内的液体是积水，石油钻井深度大，套管外径小。经常发生的事故是套管弹性失稳，这些和煤矿深井地面钻孔排水井相似，在煤矿深井地面钻孔井的设计过程中可以借鉴一些石油钻井行业的设计标准，石油钻井行业2008年新颁布了套管柱结构与强度设计标准(SY/T 5724-2008)。石油行业失稳临界压力称为挤毁压力，采用弹性失稳公式确定。石油钻井工程中的套管多为钢制圆筒，长度尺寸远远大于截面尺寸，可以忽略套管两端的端面影响，看成无限长的小直径管，挤毁压力公式中忽略长度对临界压力的影响，大量实践证明这种简化是可靠的，煤矿深井地面钻孔排水井也可以借鉴。

煤矿深井地面钻孔排水井表土层厚，钻孔直径大，开挖深度大，孔身垂直度要求高，井下受力复杂。煤矿深井地面钻孔排水井施工过程中，钻孔防斜，钻井液护壁，套管下沉，固井等工序均是施工中的难点。

（1）节地

排水井主要由高分子树脂为加工材料，替代了传统的红砖水泥材料，有效地遏制了红砖水泥材料的使用，从而节约了表土资源；建筑小区用排水井常用规格为井径315㎜及450㎜，改变了传统检查井受制作方法局限而井径均在700㎜以上的应用惯例，从而大大节约了检查井埋地所占用的土地空间。

（2）节能

安装快捷、施工面积小、维护方便、使用寿命长，综合造价低，维护费用少，可以循环利用，大大节约了使用成本；由于密封性好，有效防止污水的渗漏，大大减少了污水处理成本，从而节约了大量能源。

（3）节水

排水井一次性注塑成型，内壁光滑流畅，污物不易滞留，减少了堵塞的可能，排放率大大增强；能够有效地利用雨水和污水资源，达到节水的效果。

（4）节材

排水井采用一次性注塑成型，耐腐蚀、耐老化、使用寿命长；综合造价低，维护费用少，可以循环利用，使用排水井能明显节约材料和降低成本。

（5）环保

高密度聚乙烯塑料无毒无味，使用后可回收利用；产品在生产和使用过程中，均不会对环境造成污染。密封性好，防止地下水污染。因此排水井属于化学环保建材。