注氣式真空降水方法
真空井點降水方法,可應用于地下水位較高的施工環境中,已成為土方工程、軟土 加固、地基與基礎工程施工中的一項重要技術措施。這種方法通過將基土水分疏干,促 使土體固結,提高地基強度,進而減少了基底土隆起、土坡土體側向位移與沉降,可消 除流砂、穩定邊坡。真空降水基本原理是在基坑開挖前,預先在基坑四周埋設一定數量 的濾水管(井),在基坑開挖前和開挖過程中,利用真空原理,不斷抽取地下水,使井 點周圍的地下水位下降,形成降水漏斗,從而使大面積原有地下水位降低,并且在工作 過程當中要保持每天 24 小時連續抽水,使地下水位降低并使降落曲線保持穩定。因此, 真空降水技術以其成本較低、設備簡單、容易進行施工操作等優點,得到了廣泛應用。 但是降水效率仍然是現實設計施工中急需解決的問題。對于透水較弱的地基來說,其降 水速率很慢,往往會影響到其加固效果和工期。根據上海地區過去進行的野外抽水試驗 總結資料,當降低水位深度大于 10m 且土層滲透系數小于 0.1m/d 時,常見降水方法均 不能達到要求。為此,本專利技術在傳統真空降水技術基礎上,向深層土體注入壓力氣 體,增強驅水壓力梯度,提高降水速率,擴展真空降水技術的適用范圍。 圖 1 示意了注氣在真空降水工程中的應用原理。從裝置上看,該降水新方法是在傳 統的真空降水方法的基礎上,增設一種用于向土體內部注入壓力氣體的裝置,形成一種 新型的注氣式真空降水方法。該處理方法僅僅在原有的真空降水系統基礎上增設了注氣 系統,所以其實施較為方便。其降水系統主要由兩部分組成:注氣系統和傳統的真空降 水系統。真空降水系統主要由真空泵 5、井點管 6、濾頭 7 組成,注氣系統主要由供氣 裝置 1、注氣管 2、注氣嘴 3 和貫入頭 4 組成。注氣嘴(白色段)與貫入頭(灰色段) 均為可拆卸的,注氣管、注氣嘴和貫入頭順次相接,貫入頭利于注氣裝置插入土體。注 氣嘴直徑比兩端的注氣管、貫入頭都小,中間細、兩頭粗,這可避免在注氣裝置貫入土 體過程中土體把注氣嘴的注氣孔堵塞。注氣管插入土體的深度由注氣嘴的位置要求決定。 由于氣體容易往上走,所以埋設中,注氣嘴位置應當低于井點管底部,其深度差異一般 取井點管間距的 0.5~2.0 倍。注氣系統的目的是提高真空降水效率,所以注氣管與井 點管在平面布置上盡可能錯開布置,注氣管安裝在井點管之間的中心位置。 圖 1(a)示意了注氣式真空降水系統的操作原理。當壓力氣體注入到土體內部時,氣 體會在土中向四周擴散,占據土中孔隙,將土中的水推向遠處。圖中深灰色部分表示土 層中含水較多的區域。由于井點管底部附近有著了較大的負壓,所以注入土體中的氣體 更容易往井點管方向擴散,同時迫使該區段的土中水快速向井點管移動,實現快速排水。 如果適當增加注氣壓力,那么土體還可能產生劈裂,出現放射狀的微細裂縫,這將加大 土體的透水性,加速土中水向井點管移動,從而提高了排水效率。同時,由于源源不斷 地向土體內部注入壓力氣體,所以勢必在注氣嘴附近形成較大區域的非飽和土區域,這 將十分有利于地基強度的增加。
同濟大學
2021-04-13