CN103615014B - 一种软土基坑的降水装置及其使用方法 - Google Patents

一种软土基坑的降水装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软土基坑的降水装置，包括井管和抽水装置，还包括高压喷射装置，所述高压喷射装置包括压缩机、输送管和喷射环，所述输送管顺着井管的外侧壁沿轴向布置，且输送管位于井管上口的一端连接至压缩机，所述喷射环套在井管外侧壁且与输送管连通，所述喷射环上设置有喷射孔。本发明通过对常规的降水井管结构进行改进，增加具有劈裂土体功能的高压喷射装置，通过对需要降水的目标层进行气压或水压劈裂，形成网状裂隙通道，加速低渗透性软土层的排水，增加井管降水影响半径、排水量以及排水速度，从而实现对软土地层快速有效的降低地下水位的目的。

Description

一种软土基坑的降水装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及土木建筑、交通工程、环境工程领域，尤其涉及一种软土基坑的降水装置和降水方法。
背景技术
我国经济最发达的沿江沿海地区，近年来，高层建筑的建造、大型市政设施的施工、及地铁隧道等大量地下空间的开发促使基坑工程快速发展，同时，我国沿海、沿江地区普遍位于软土地区。由于软土具有含水量高、渗透性差等特点，在降低软土层中地下水的过程中普遍存在着出水量小、降深小、降水影响半径小、降水效率低下等困难，特别是随降水时间的增长，降水效率显著下降、降水工期长，进而影响深基坑工程的开挖施工，因此软土基坑工程降水成为影响施工安全、施工效率的重要环节，也一直是软土地区工程建设中的难题之一。
国内外对基坑工程降水方法已进行了大量研究，开发了多种降水设备。目前基坑工程中多采用喷射（或真空、电渗）点井、管井（混凝土管井、钢管管井、钢筋笼管井、PVC-U塑料降水管井）等技术方法对软土地层进行疏干降水，也有学者开发了潜水与承压水一井分层（或联合）降水的新型管井，实现疏干和减压双重功能。然而，由于软土层的低渗透性，采用上述各种降水方法，往往并不能有效保证降水效果，即使增加降水井数量或延长降水时间，软土层中的饱和水和含水层界面残留水也很难疏干，基坑开挖带水作业现象很多，给安全快速经济地进行基坑开挖带来了很大隐患。鉴于上述原因，迫切需要研发一种能够对软土土层进行快速、有效降水的新手段，以提高基坑工程施工水平，减小工程事故的发生概率。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出一种软土基坑的降水装置和降水方法，解决现有降水方法无法很好地保证降水效果导致基坑开挖带水作业现象多的技术问题。
技术方案：本发明采用如下技术方案：
一种软土基坑的降水装置，包括井管和抽水装置，还包括高压喷射装置，所述高压喷射装置包括压缩机、输送管和喷射环，所述输送管顺着井管的外侧壁沿轴向布置，且输送管位于井管上口的一端连接至压缩机，所述喷射环套在井管外侧壁上且与输送管连通，所述喷射环上设置有喷射孔。
进一步的，在本发明中，抽水装置和高压喷射装置两者联合工作，利用抽水装置抽取地下水，利用高压喷射装置对孔周软土层进行劈裂，形成裂隙网络，可实现对软土层中的地下水进行快速有效的疏降。
进一步的，在本发明中，所述井管的外侧壁上沿轴向设置有纵向凹槽，所述输送管置于纵向凹槽内且通过定位环卡住固定在井管上。所述井管的外侧壁上沿环向设置有环向凹槽，所述喷射环置于环向凹槽内且通过定位环卡住固定在井管上。通过纵向凹槽、环向凹槽与定位环之间配合固定住输送管和喷射环。
进一步的，在本发明中，所述输送管共有4根，相邻的两个输送管之间间隔90°顺着井管的外侧壁沿轴向均匀布置。所述喷射环上的喷射孔有16个，相邻的两个喷射孔之间间隔22.5°均匀布置在喷射环的外侧面上，每个喷射孔上设有活动挡片。在非工作状态下，喷射孔被活动挡片覆盖，工作状态下，活动挡片被气流冲开。
进一步的，在本发明中，所述输送管和喷射环由聚氨酯纤维增强软管。聚氨酯纤维增强软管制成的输送管和喷射环承受压力的范围为0－5Mpa。
进一步的，在本发明中，所述压缩机为空气压缩机或者高压水泵。空气压缩机可以形成高压空气，高压水泵可以形成高压水流，利用高压空气和高压水流对需要降水的目标层进行冲击劈裂形成网状裂隙通道，进而提高后续抽水的效率；其中高压水流喷入的少量的水可以被抽水装置抽出来。
一种软土基坑的降水装置的使用方法如下：
（1）安装阶段：在需要作业的软土层上钻孔，在井管内设置好抽水装置，将高压喷射装置固定在井管上并将井管置于孔中，在井管外侧与孔之间填上滤料直至靠近井管上口，在滤料表面以及沿着井管上口周围的孔的一周铺设密封装置，所述密封装置为双层不透气土工膜，在双层不透气土工膜与井管之间填充粘土压实；
（2）工作阶段：开启压缩机，根据软土层软硬程度及降水目标层深度，选择合适的喷射压力，一般为0.5-2MPa范围内，或者通过现场试喷决定，并控制喷射压力保持；当喷射压力急剧下降时，停止喷射，开启抽水装置；抽水一段时间后，当出水量显著减少时，重新开启压缩机，并选择比前一次更高的压力进行喷射；按上述步骤交叉开启压缩机和抽水装置，直至无法抽出水时停止工作。
有益效果：
本发明通过对常规的降水井管结构进行改进，增加具有劈裂土体功能的高压喷射装置，通过对需要降水的目标层进行气压或水压劈裂，形成网状裂隙通道，加速低渗透性软土层的排水，增加井管降水影响半径、排水量以及排水速度，从而实现对软土地层快速有效的降低地下水位的目的。
本发明实现了对软土层基坑工程实施高效降水的技术突破，适应性强，能满足大规模软土基坑工程降水的需求，特别适合于中国沿海、沿江地区广泛分布的淤泥质软土基坑工程降水工程。
附图说明
图1为本发明的组成示意图；
图2为本发明输送管的布置沿井管横切面的剖视图；
图3为本发明喷射环结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种软土基坑的降水装置，包括井管1和抽水装置，还包括高压喷射装置。
所述的抽水装置，包括水泵控制器8和潜水泵6，水泵控制器8上安装有抽水控制阀9，潜水泵6置于井管1内腔中靠近下口的附近，潜水泵6通过输水管7与水泵控制器6连接。在潜水泵6下方的井管1内设置有沉淀管4，潜水泵6所在位置以上的井管1内设置有过滤器3。井管1的外侧壁上沿轴向设置有纵向凹槽21，井管1的外侧壁上沿环向设置有环向凹槽22。
所述高压喷射装置包括压缩机12、输送管15和喷射环17，所述压缩机12为空气压缩机，且带有压力控制器13和喷射控制阀14；所述输送管15共有4根，相邻的两个输送管15之间间隔90°顺着井管1的外侧壁沿轴向均匀布置，且每根输送管15均置于纵向凹槽21内，然后通过定位环2卡住固定在井管1上；所述输送管15位于井管1上口的一端连接至压缩机12；所述喷射环17为囊式，喷射环17套在井管1上、且置于环向凹槽22内，然后通过定位环2卡住固定在井管1上，所述喷射环17上均匀设置有16个喷射孔23，相邻的两个喷射孔23之间间隔22.5°均匀布置在喷射环17的外侧面上，即朝向井管1周围的软土，每个喷射孔23上设有活动挡片。所述喷射环17与输送管15均为聚氨酯纤维增强软管，且二者之间通过联结阀18连通。喷射环17分为初始状态下的喷射环11和膨胀后的喷射环16两种状态，初始状态下的喷射环11为瘪的状态，充气后会成为膨胀后的喷射环16，喷射环17内部形成气流通道24，高压气体沿着气流通道24通过喷射孔23向外喷出。
一种软土基坑的降水装置的使用方法包括以下步骤：
1、安装阶段：在需要作业的软土层25上钻孔，在井管1内设置好抽水装置，将高压喷射装置固定在井管1上并将井管1置于孔中，井管1下口伸至基坑底面19以下。在井管1外侧与孔之间填上滤料5直至靠近井管1上口，在滤料5表面以及沿着井管1上口周围的孔的一周铺设密封装置20，所述密封装置20为双层不透气土工膜，在双层不透气土工膜与井管1之间填充粘土10压实；然后进行洗井工作，替换和清洗井管内的的泥浆、沉淀物等，以便在工作时能顺利出水。
2、工作阶段：开启空气压缩机，根据软土层软硬程度及降水目标层深度，选择0.5-2MPa范围内的合适的喷射压力，并控制喷射压力保持稳定，如稳定在2Mpa，高压气体将喷射环17撑紧；当喷射压力急剧下降难以维持稳定时时，停止喷射，开启抽水装置；抽水一段时间后，当出水量显著减少时，重新开启空气压缩机，并选择比前一次更高的压力进行喷射；按上述步骤交叉开启压缩机和抽水装置，直至无法抽出水时停止工作，最终实现降低软土层地下水位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种软土基坑的降水装置，包括井管(1)和抽水装置，其特征在于：还包括高压喷射装置，所述高压喷射装置包括压缩机(12)、输送管(15)和喷射环(17)，所述输送管(15)顺着井管(1)的外侧壁沿轴向布置，且输送管(15)位于井管(1)上口的一端连接至压缩机(12)，所述喷射环(17)套在井管(1)外侧壁上且与输送管(15)连通，所述喷射环(17)上设置有喷射孔(23)。
2.如权利要求1所述的一种软土基坑的降水装置，其特征在于：所述井管(1)的外侧壁上沿轴向设置有纵向凹槽(21)，所述输送管(15)置于纵向凹槽(21)内且通过定位环(2)卡住固定在井管(1)上。
3.如权利要求1所述的一种软土基坑的降水装置，其特征在于：所述井管(1)的外侧壁上沿环向设置有环向凹槽(22)，所述喷射环(17)置于环向凹槽(22)内且通过定位环(2)卡住固定在井管(1)上。
4.如权利要求1所述的一种软土基坑的降水装置，其特征在于：所述输送管(15)共有4根，相邻的两个输送管(15)之间间隔90°顺着井管(1)的外侧壁沿轴向均匀布置。
5.如权利要求1所述的一种软土基坑的降水装置，其特征在于：所述喷射环(17)上的喷射孔(23)有16个，相邻的两个喷射孔(23)之间间隔22.5°均匀布置在喷射环(17)的外侧面上，每个喷射孔(23)上设有活动挡片。
6.如权利要求1所述的一种软土基坑的降水装置，其特征在于：所述输送管(15)为聚氨酯纤维增强软管。
7.如权利要求1所述的一种软土基坑的降水装置，其特征在于：所述喷射环(17)为聚氨酯纤维增强软管。
8.如权利要求1所述的一种软土基坑的降水装置，其特征在于：所述压缩机(12)为空气压缩机或者高压水泵。
9.一种权利要求1所述的软土基坑的降水装置的使用方法，其特征在于：
(1)安装阶段：在需要作业的软土层(25)上钻孔，在井管(1)内设置好抽水装置，将高压喷射装置固定在井管(1)上并将井管(1)置于孔中，在井管(1)外侧与孔之间填上滤料(5)直至靠近井管(1)上口，在滤料表面以及沿着井管(1)上口周围的孔的一周铺设密封装置(20)，所述密封装置(20)为双层不透气土工膜，在双层不透气土工膜与井管(1)之间填充粘土压实；
(2)工作阶段：开启压缩机，根据软土层(25)软硬程度及降水目标层深度，选择0.5-2MPa范围内的喷射压力，并控制喷射压力保持稳定；当喷射压力急剧下降时，停止喷射，开启抽水装置；抽水一段时间后，当出水量显著减少时，重新开启压缩机(12)，并选择比前一次更高的压力进行喷射；按上述步骤交叉开启压缩机(12)和抽水装置，直至无法抽出水时停止工作。
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