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        真空井點降水止水技術及其與傳統技術比較
        作者: 發布于:2014/7/25 16:18:01 點擊量:

         1 真空井點降水止水原理及設備性能
        (1)系統裝置
        真空井點降水止水的系統裝置主要由井點管、濾水管、集水總管、射流式真空泵主機組成(圖1)。

        圖1 真空井點降低地下水位全貌示意圖
        1、地面 2、主機 3、總管 4、彎聯管 5、井點管 6、濾管7、原有地下水位線 8、降低各地下水位線 9、基坑

         

        (2)抽水原理
        啟動抽水主機后,井點管、總管及貯水箱空氣被吸走,形成一定的真空度(負壓)。由于管路系統外部地下水承受大氣壓力的作用,為了保持平衡狀態,由高壓區向低壓區流動。地下水被壓入至井點管內,經總管至貯水箱,然后用水泵抽走(或自流),抽水裝置在長沙地區產生的最大真空度為0.098mpa,井點管內吸水高度按下式計算:
           0.098
        H= ——— ×10.3 -△h
            0.1
        式中:0.098 — 長沙地區最大真空度(mpa);
        △h — 管路水頭損失(取0.3~0.5m);
        0.1 — 為絕對真空度(mpa),相當于一個大氣壓(換算水柱高10.3m)。
        例如:長沙地區的最大真空度為0.098mpa,求井點管吸水深度H。
           0.098
        H= ———×10.3-0.5=9.5(m)
            0.1

         
        圖2 真空井點系統工作原理框圖


        (3)真空止水帷幕的形成
        真空井點系統運行后,以約a/2為半徑的圓心形成真空帷幕區。

         
         
        圖3 真空帷幕形成示意


        真空帷幕區以外的地下水,靠水頭梯度作用不斷地向井點方向流動,形成降水漏斗曲線。


         圖4 基坑中心的地下水在水頭梯度的作用下向井運動


        真空井點系統的降水止水是在真空力與水頭梯度作用下進行工作的。
        (4)小降水漏斗范圍內形成的是非飽和土區域

         
         圖5 非飽和土區域范圍

            經過國內百余例工程實踐中基坑外側地下水位監測數據分析,在距基坑不遠處地下水位很快恢復其正常水位值,形成的降水漏斗較小,說明降水的影響范圍較小。
            真空井點系統運行穩定后形成的小降水漏斗所包圍的區域為非飽和土區域,非飽和土具有如下巖土學特點:
            a. 由四相物質組成,即固體、液體、氣體和收縮膜。非飽和土的土力學結構穩定,其凝聚力C值和內摩角α值大于飽和土,抗剪強度增加。
            b. 在非飽和土中的垂直滲流(如雨水的原因)不產生破壞基坑側壁的側向壓力。
            c. 在非飽和土中的地下水需克服孔隙中的空氣阻力,才能產生滲流,所以滲透系數明顯降低,因此,隨著降水時間的延長,真空主機抽水量趨少,這也是真空井點技術被大量應用于近河,近海、近湖區深基坑降水止水的安全性的理論保障,真空井點降水漏斗區內的非飽和土降低或阻擋了河水、海水、湖水向基坑的滲流速度。
        (5)真空井構造
            真空井成孔過程使用地質鉆機+套管全程跟進,井點管沉入套管孔內,再埋入0.5mm碎石至孔口附近;然后再拔出套管。井點管最下端的濾水管用兩層以上篩網包裹,在濾水管的部位形成“雙濾構造”,埋入的碎石還起到支撐孔壁的作用。

         
         
         圖6 真空井點構造


        (6)設備性能
            真空井點降水止水主機單套系統耗能功率為7.5KW,排水量為800m3/d,一級降深達9.50m,每臺主機帶動井點數根據計算基坑涌水量狀況并結合單套主機系統最大控制基坑100延長米的特點進行設計。
         

        2 技術方法比較
            真空井點降水止水技術以其對土層的廣泛適用性、技術的穩定性、施工效果的突出性,在十幾年大量工程實踐中積累了豐富的工程經驗,在樁基和深、大基坑的地下水控制應用上已成為成熟的技術,與其它類似方法相比較,具有明顯的優越性。
        (1)止水作用比較
            a.真空井點運行過程中形成的真空止水帷幕與擺噴或旋噴樁止水帷幕比較,避免了因樁間搭接不夠嚴密,產生的基坑側壁的滲漏現象;避免帷幕樁末端不能深入到含水土層下臥的堅硬不透水土層中,所形成的“先天不足”,造成的基坑坡底線附近的大量地下水的滲漏。
            b.可避免因擺噴或旋噴樁作為被動擋水墻時,形成的基坑內外地下水頭差造成的基坑內涌現象;
            c.避免擺噴或旋噴樁類型基坑在其坡底線上集水井大量排水,導致的基坑邊坡不均勻沉降,易開裂甚至失穩的危險性。
            d.使用擺噴或旋噴樁類邊坡,如果強透水土層上覆“粉性土層”,則易出現的坡后下沉的邊坡破壞模式,甚至造成邊坡垮塌;真空井點降水技術能夠消除邊坡坡后地下水動力,可提高基坑側壁的穩定性。
            e.在非完整井條件下即含水土層無限深厚的深大基坑,混凝土類被動擋水墻則完全不適用;真空井點技術在非完整井條件下不僅具有邊坡止水功能,同時還具有控制承壓水頭壓的降水功用。
        (2)降水作用比較
            a.真空井點降水速度緩慢、均勻,可避免大口徑降水井、深井井點或管井井點急速陡降的危害;因其主動抽吸孔隙水,與大井、深井或管井被動抽吸“重力水”不同,其動水力方向斜向下(圖8)可避礫砂土層中細顆粒流失,抽出的地下水為清水。


         
        圖7 動水壓力方向示意圖 


            b.真空井點采用射流裝置制造真空,其真空度接近一個絕對大氣壓,一級降深就達到目前國內兩級輕型井點的效果,設備操作運行穩定性、持久性及井點運行的可靠性都優于輕型井點,真空井點兩級降深接近噴射井點,其抽水效率、單套系統控制的降水邊長及耗能指標都優于噴射井點。
            c.真空井點技術具有降水與止水“雙重功能”,擺噴或旋噴樁型邊坡僅具有止水功能,無降水作用。

        3 環保方面的比較
        (1)真空井點成孔過程一般采用100型地質鉆機成孔,對環境無污染,擺噴或旋噴樁施工過程中,會產生大量泥漿,對環境污染嚴重,泥漿外運費用高,會造成二次污染。
        (2)真空井點降水止水系統排出的地下水為清水,該水源可作為砼攪拌用水、結構養護用水、沖洗用水,例如:沖洗現場廁所、機具、設備、車輛,可噴灑路面、綠化澆灌等;擺噴或旋噴樁條件下的集水井和深井井點、管井井點排出的地下水為污水,利用價值不高。
        (3)在工程降水止水過程中,降低同等地下水位條件下,根據群井干擾井理論要點,真空井點的密集群井排水措施比稀疏的大井、深井井點、管井井點排水量小,因此,影響范圍也小。

        4 安全性比較

            真空井點埋設在長沙地區的砂卵石地層中,厚度為6-12m的含水層中,基坑開挖深度9.0-12.0m的基坑降水工程,基坑周邊房屋沉降約3.5mm左右,坡頂沉降7mm-9mm左右,小于房屋累積沉降預警值20mm,該技術方法是成熟的安全技術方法。
            擺噴或旋噴樁帷幕出現漏水狀況時,房屋和道路沉降難以控制,因此造成安全性控制困難。

        5 工期方面比較
            真空井點成孔安裝使用的100型地質鉆機,個體小,占用的工作面小,易采用鉆機群的規模化施工,因此,真空井點降水系統的安裝施工,具有速度快的特點,在工期方面顯然優勢突出,工期可與土方、支護交叉進行,基本上不獨立占用工期。
            擺噴或旋噴樁施工的機械設備大,占用工作面大,不利于規模化施工,基坑工程要求,圍幕樁必須沿基坑封閉施工完畢并達到一定養護強度后才能進行土方和支護施工,擺噴或旋噴樁施工的周期長是其一大缺點。

        6 工程造價比較

            真空井點降水止水工程造價與高壓注漿、擺噴或旋噴樁比較,可節省施工造價30%以上。 

             濟南魯鵬聯信水處理技術有限公司

        2010.07.15.

         

         

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