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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

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