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注气式真空降水方法

真空井点降水方法，可应用于地下水位较高的施工环境中，已成为土方工程、软土加固、地基与基础工程施工中的一项重要技术措施。这种方法通过将基土水分疏干，促使土体固结，提高地基强度，进而减少了基底土隆起、土坡土体侧向位移与沉降，可消除流砂、稳定边坡。真空降水基本原理是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽取地下水，使井点周围的地下水位下降，形成降水漏斗，从而使大面积原有地下水位降低，并且在工作过程当中要保持每天 24 小时连续抽水，使地下水位降低并使降落曲线保持稳定。因此，真空降水技术以其成本较低、设备简单、容易进行施工操作等优点，得到了广泛应用。但是降水效率仍然是现实设计施工中急需解决的问题。对于透水较弱的地基来说，其降水速率很慢，往往会影响到其加固效果和工期。根据上海地区过去进行的野外抽水试验总结资料，当降低水位深度大于 10m 且土层渗透系数小于 0.1m/d 时，常见降水方法均不能达到要求。为此，本专利技术在传统真空降水技术基础上，向深层土体注入压力气体，增强驱水压力梯度，提高降水速率，扩展真空降水技术的适用范围。图 1 示意了注气在真空降水工程中的应用原理。从装置上看，该降水新方法是在传统的真空降水方法的基础上，增设一种用于向土体内部注入压力气体的装置，形成一种新型的注气式真空降水方法。该处理方法仅仅在原有的真空降水系统基础上增设了注气系统，所以其实施较为方便。其降水系统主要由两部分组成：注气系统和传统的真空降水系统。真空降水系统主要由真空泵 5、井点管 6、滤头 7 组成，注气系统主要由供气装置 1、注气管 2、注气嘴 3 和贯入头 4 组成。注气嘴（白色段）与贯入头（灰色段）均为可拆卸的，注气管、注气嘴和贯入头顺次相接，贯入头利于注气装置插入土体。注气嘴直径比两端的注气管、贯入头都小，中间细、两头粗，这可避免在注气装置贯入土体过程中土体把注气嘴的注气孔堵塞。注气管插入土体的深度由注气嘴的位置要求决定。由于气体容易往上走，所以埋设中，注气嘴位置应当低于井点管底部，其深度差异一般取井点管间距的 0.5～2.0 倍。注气系统的目的是提高真空降水效率，所以注气管与井点管在平面布置上尽可能错开布置，注气管安装在井点管之间的中心位置。图 1(a)示意了注气式真空降水系统的操作原理。当压力气体注入到土体内部时，气体会在土中向四周扩散，占据土中孔隙，将土中的水推向远处。图中深灰色部分表示土层中含水较多的区域。由于井点管底部附近有着了较大的负压，所以注入土体中的气体更容易往井点管方向扩散，同时迫使该区段的土中水快速向井点管移动，实现快速排水。如果适当增加注气压力，那么土体还可能产生劈裂，出现放射状的微细裂缝，这将加大土体的透水性，加速土中水向井点管移动，从而提高了排水效率。同时，由于源源不断地向土体内部注入压力气体，所以势必在注气嘴附近形成较大区域的非饱和土区域，这将十分有利于地基强度的增加。

同济大学 2021-04-13