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