CN111862762A - 一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教学或培训过程中地基处理演示领域，特指一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，通过向地质模拟机构中注水，并用真空泵通过井点管抽水，展示正常情况下井点降水的工作流程过；通过在井点管处加设T型管，模拟滤管完全堵塞、不完全堵塞的情况，并进行处理和演示。采用上述方案后，可以充分展示轻型井点降水的工作原理，达到施工现场教学的效果。

Description

一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法

技术领域

本发明涉及教学或培训过程中地基处理演示领域，特指一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法。

背景技术

随着城市建设的发展，近年来我国兴建了大量的高层和超高层建筑。这些高层建筑和大型地下工程的建设，大大促进了我国深基坑工程施工技术的进步。因此，如何控制好地下水减小其对基坑开挖和周边环境的负面影响，是深基坑工程设计与施工的重要组成部分。井点降水广泛应用于深基坑开挖，其中轻型井点降水工程对周边环境影响较小并且设备可重复循环使用，是一种较为常见的深基坑降水方法。

轻型井点降水工程在施工过程中具有两个特点：施工工艺复杂和易发生质量通病。轻型井点降水施工工艺复杂，根据施工工艺流程进行，可分为放线定位、设置井点管、连接井点管与总管、进入工作状态、降水结束及设备回收等五大工作环节，其中五个工作环节中细分共9个步骤。轻型井点降水对工艺和质量控制的有较高的要求，在施工过程中常会出现滤管淤积和真空度较低等质量通病。所以在常规教学培训过程中，难以将抽象的施工过程清楚的演示出来。利用文字很难表述出在施工过程中出现的质量通病及处理方案，因此，需要通过模型演示来展示施工现场的布置和轻型井点降水的工作原理。

目前，国内实体的模型结构比较简单，功能有限。授权号为201410276354.9的发明专利“一种模拟轻型井点降水施工教学模型”，设计了一种在降水过程中模拟地下水流的流动方向的模型。针对教学和培训过程中地基处理演示模型，目前存在三个有待改进的地方。第一，无法展示施工工艺流程。第二，无法体现轻型井点降水的工作原理。第三，不能模拟在施工过程中经常发生滤管淤积的质量通病。

针对目前教学模型中的缺陷，发明人研发出一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，以解决现有的教学模型过于简化和功能缺失等上述三个不足之处。针对在施工过程中的关键步骤和施工中可能产生滤管淤积的情况进行演示模拟，充分展示轻型井点降水的工作原理，达到施工现场教学的效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，包括如下步骤：

(1)向地质模拟机构中注水，使平均水位淹没地质模拟机构的基坑底部，将轻型井点降水机构的井点管设置于坑基四周的孔壁中，清理孔壁中的杂质，并使井点管通过各种管道与真空泵连接；

(2)开启真空泵降水，水在吸力的作用下进入井点管内；

(3)观察水位变化，调节地质模拟机构前方透明玻璃板上的灯条，使水位线与灯条的亮灭同步；正常情况下的演示结束；

(4)在步骤(1)中，在孔壁内预留少量杂质，在井点管与管道之间加设T型管，T型管剩余一端设置有橡胶塞头，当橡胶塞头完全堵住时T型管，模拟滤管完全堵塞的情况；当橡胶塞头堵塞一半T型管时，模拟出水不畅，当橡胶塞头不堵塞T型管时，为正常情况；

(5)在步骤(4)的情况下，观察管道排水情况，拆除问题井点管，对井点管和孔壁进行清理，重新安装后进行演示。

还原轻型井点降水施工工艺的流程，通过在基坑四周设置井点管，进行降水、抽真空工作，使基坑四周形成一圈隔离层，防止地下水侵入基坑底部，真实模拟轻型井点降水的工作原理；通过调节T型管来模拟演示不同程度的滤管堵塞情况，也可以对处理好的滤管进行动态演示。

进一步，所述T型管上设置有显示红黄状态的双色灯泡，所述双色灯泡通过三档开关控制，出水不顺畅时控制开关使其显示黄色，完全堵塞时显示红色，模拟井点管所处状态。

进一步，所述轻型井点降水机构包括集水总管，所述集水总管环设在地质沙箱上，井点管分别与集水总管连接，孔壁开口处设置有密封井盖，用开关控制真空泵通过排水管排水。

进一步，所述地质沙箱包括三块塑料挡板和一块透明玻璃板围成，在透明玻璃板表面设置水位线灯带和地下水位灯条，根据相应的水位变化，打开和关闭相应的水位线灯带和地下水位灯条。

透明玻璃板配合水位线灯带和地下水位灯条可以直观的观察基坑周围的轻型井点降水情况。

进一步，所述在沙箱地基材料的上方盖设有打孔塑料板，所述打孔塑料板上设置有预留孔洞、透气孔、凹槽，打孔塑料板上的孔洞用于固定井点管、注水管的位置；板上的凹槽用来固定集水总管、真空泵、排水管的位置，板中央大的凹槽用于模拟开挖完成的基坑。

进一步，所述井点管包括依次连接的抽水管、空心管、金属头，井点管中设置有过滤器，所述过滤器设置在空心管中，抽水管和空心管之间通过螺纹丝扣连接，所述金属头设置在空心管底部。

进一步，所述过滤器包括依次设置的棉质滤网、钢丝网、过滤管、带孔护管。

通过不同孔洞大小的滤层一层一层地过滤，充分保证了水分清洁。

进一步，所述双色灯泡有两个LED灯泡组成，分别可以发红色和黄色的灯光；所述三档开关为有O、I、II三个档的开关，在O档时两个灯泡均不亮；在I档时亮黄灯；在II档时亮红灯。

进一步，所述双色灯泡通过橡胶塞头插入T型管中，所述橡胶塞头设置有三节密封环，每一节密封环对应步骤(4)中，橡胶塞头的三种状态。

橡胶塞头配合不同的密封环可上下活动，对T型管进行封堵，从而模拟滤管完全堵塞的情况、模拟滤管出水不畅的情况、正常情况。

进一步，所述基坑有7个孔洞，板左下角孔洞设置注水管，基坑右侧卡槽固定真空泵，塑料挡板中间位置设置有排水口。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、轻型井点降水施工工艺演示，各机构的安装顺序符合实际工程，设备安装均是按照轻型井点降水的施工工艺顺序。在模型的安装在过程中就可知实际的工序，也能够明白每个构件的作用，达到现场教学的效果。

二、真实模拟轻型井点降水的工作原理，井点管沿基坑四周布置埋入蓄水层内，再用水平铺设的集水总管将各井点管连接起来。利用真空泵将地下水不断抽出，将地下水位降至设计的水位线以下。基坑四周由于不断抽水，地下水位降低，基坑四周形成真空区，有效隔绝了下地水接近基坑。

三、模拟滤管淤积处理，地下泥沙将过滤器堵塞是轻型井点降水施工过程中常发生的质量问题，井点管的滤管完全模拟了真实过滤器的细部结构，在清理滤管的过程中，可以更为直观的了解井点管的结构特征。通过清理滤管和对孔壁的深度清理，有效解决了由滤管渗水不畅引起的淤积问题。结合模型各部件，通过模型的安装以及对滤管淤积的处理，从多方面模拟轻型井点降水施工。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是地质模拟机构示意图；

图3是轻型井点降水机构示意图；

图4是井点管机构示意图之一；

图5是井点管机构示意图之二；

图6是滤管淤积模拟机构示意图；

标号说明

1-地质模拟机构，11-塑料底座，12-地质沙箱，13-透明玻璃板，14-塑料挡板，15-打孔塑料板，16-基坑，161-排水口，162-阀门，163-注水管，164-黏土层，165-砂土层，166-大理石层，167-水位线灯带，168-地下水位灯条；

2-轻型井点降水机构，21-集水总管，22-连接管，23-密封井盖，24-孔壁，25-井点管，26-真空泵，27-开启开关，28-关闭开关，29-排水管，210-淤积模拟器；

3-井点管机构，31-抽水管，32-螺纹丝扣，33-防水皮圈34-棉质滤网，35-钢丝网，36-空心管，37-过滤管，38-带孔护管，39-金属头。

4-滤管淤积模拟机构，41-双色灯泡，42-三档开关，43-密封环，44-橡胶塞头，45-T型管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图所示，一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，包括：地质模拟机构1，轻型井点降水机构2，井点管机构3，滤管淤积模拟机构4。

所述地质模拟机构1包括塑料底座11，地质沙箱12，透明玻璃板13，塑料挡板14，打孔塑料板15，基坑16，排水口161，阀门162，注水管163，黏土层164，砂土层165，大理石层166，水位线灯带167，地下水位灯条168。

其中塑料底座11是由塑料制成的一个长方形板，板的长为82cm，宽为52cm，厚度为2cm。用于承载上部沙箱的重量，是沙箱的下地面。

其中地质沙箱12由五个面围成的一个无盖箱子，体积为80cm*50cm*40cm。

内部由不同的地基材料组成，用来模拟各种地质环境。

其中透明玻璃板13由一块80cm*40cm的透明玻璃制成，用来观察基坑下部地下水位的变化情况。

其中塑料挡板14是由塑料制成的一个长方形板。与玻璃板13相对的尺寸为80cm*40cm，左右相对的尺寸为50cm*40cm。

其中打孔塑料板15为一块80cm*50cm的塑料薄板，孔塑料板15中央位置有一个大凹槽用来模拟浇筑完成的基坑16。

其中基坑16位于孔塑料板15中央凹槽，基坑上部长为35cm、宽为30cm、深8cm，下部长30cm、宽20cm，基坑16周边有7个孔洞，孔洞直径为2cm，用来控制孔壁24的位置，板左下角孔洞设置注水管163，基坑16右侧卡槽固定真空泵26。

排水口161为直径2cm的小洞，设置于右侧塑料挡板14中间，距离板上边缘3cm处。

阀门162采用直径为6cm的关断阀，在降水过程中控制阀门的开关，模拟不同的工程环境。

注水管163为一个圆柱形透明塑料空心管，直径为6cm，管壁厚2mm，高35cm，埋置深度至沙箱底部，通过对管内注水来改变基坑16底部的地下水位。

黏土层164、砂土层165、大理石层166分层布置，每层厚度为10-12cm，模拟不同的地质环境。

水位线灯带167、地下水位灯条168均采用LED光源，每个小灯泡均可独立控制开关。

轻型井点降水机构2由集水总管21，连接管22，密封井盖23，孔壁24，井点管25(同井点管机构3)，真空泵26，开启开关27，关闭开关28，排水管29，淤积模拟器210组成(同滤管淤积模拟机构4)。

集水总管21为U型透明塑料管道，管道直径为1cm，三根管道长度均为40cm。

连接管22为小U型透明塑料管，管道直径为0.5cm，长3cm，为保证轻型井点降水机构2的气密性，连接管22与集水总管21采用一体式结构。

密封井盖23为圆形橡胶盖，直径为2cm，厚度0.5cm，在降水过程中，不让空气进入井内。

孔壁24为透明塑料圆管，模拟冲孔完成的孔壁，直径为2cm，长28cm。

真空泵26为轻型井点降水机构2的抽水设备，泵上设置开启开关27和关闭开关28两个控制按键，分别用绿色和红色区分。

排水管29是有一根1m长的软管制成，直径为1.5cm，真空泵26抽出的水通过排水管29排出箱外。

井点管机构3由抽水管31，螺纹丝扣32，防水皮圈33，棉质滤网34，钢丝网35，空心管36，过滤管37，带孔护管38，金属头39组成。

抽水管31为透明塑料管，直径为0.5cm，长10cm，上部与连接管22相连，下部连接滤管。

螺纹丝扣32用来连接井点管机构3。

防水皮圈33为环形橡胶制成，直径为0.8cm。增加滤管的气密性，阻止空气和杂物进入滤管内。

过滤器由棉质滤网34、钢丝网35、空心管36，过滤管37，带孔护管38构成，棉质滤网34由土工纱布制成，棉质滤网34孔洞最为细密是最后一道滤网；钢丝网35由不锈钢丝网制成；空心管36与过滤管37为一体不锈钢管；带孔护管38为透明塑料管，管体上分布较大的孔洞。长10cm，直径为1cm，通过不同孔洞大小的滤网这样一层一层地过滤，充分保证了水分清洁。

金属头39为不锈钢锥体，用来保持井管在抽水过程中的稳定性和垂直度。

滤管淤积模拟机构4由双色灯泡41，三档开关42，密封环43，橡胶塞头44，T型管45组成，

双色灯泡41有两个LED灯泡组成，分别可以发红色和黄色的灯光。

三档开关42为有O、I、II三个档的开关，在O档时两个灯泡均不亮；在I档时亮黄灯；在II档时亮红灯。

密封环43分别设置在橡胶塞头44的上部、中部和下部，用来控制橡胶塞头44插入的深度。

橡胶塞头44由杆和塞头组成，橡胶塞头44可上下活动，当在最高档时橡胶塞头44没有伸入T型部位，不阻碍T型管45出水；当调至中档时T型部位被挡住一半，T型管45出水不流畅；当在最低档时橡胶塞头44完全挡住T型部位，T型管45完全堵塞。

所述T型管为直径0.5cm的塑料管，将轻型井点降水机构2、井点管机构3、滤管淤积模拟机构4三部分连接起来的构件。

本实施例的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，包括如下步骤：

第一步：模拟现场施工环境。

(1)地质模拟机构1组装，提高地下水位。将地质沙箱12整体布置在塑料底座11上，把地质沙箱的四周用三块塑料挡板14和一块透明玻璃板13围起与底部的塑料底座11形成一个无盖方形箱子。在透明玻璃板13表面设置水位线灯带167和地下水位灯条168。把注水管163内的杂物清理干净，将阀门162安装在注水管上方。打开阀门162，通过注水管163向箱中注水，直至地下平均水位淹没基坑16底部，即注水完成。

(2)设置土层的地质环境，选择基坑类型。由下自上分别为大理石层166、砂土层165、黏土层164，在填土的过程中将注水管163预埋在箱内。将打孔塑料板15安装固定在土层上方。打孔塑料板15预留有孔洞用来控制注水管163和轻型井点降水机构2的位置。打开阀门162注水可模拟基坑底部与周围地下水连通，关闭阀门162停止注水可模拟基坑四周设置有止水帷幕。

第二步：轻型井点降水施工工艺流程演示。

(1)轻型井点降水机构2组装，布置集水总管21，将孔壁24放入孔塑料板15预留的孔洞内，插入深度为孔底面至大理石层166顶面，之后清理孔壁内的黏土层164和砂土层165。清孔完成后，将集水总管21、真空泵26固定在孔塑料板15预留的凹槽内，排水管29穿过排水口161固定在板上。在井点管25上端安装密封井盖23，将井点管25放入孔壁24内，密封井盖23封住孔壁24的上端保证井管的密闭性。之后将井点管25、连接管22、集水总管21、真空泵26、排水管29相互串联起来形成轻型井点降水系统。

(2)井点管机构3和滤管淤积模拟机构4组装。井点管机构3内部过滤器由上至下按照棉质滤网34，钢丝网35，空心管36，过滤管37的顺序组装。将内部的滤管放入带孔护管38中，在管上端套上防水皮圈33，通过螺纹丝扣32将各部件连接成整体。滤管淤积模拟机构4组装。在井点管机构3的上部设置T型管45，将橡胶塞头44、密封环43、三档开关42、双色灯泡41构成的淤积模拟器210安装在T型管45上端。

(3)安装井点管机构3，连接管线。将井点管机构3上端安装密封井盖23，安装完成后插入设置在基坑16左右两边的孔壁24内。将滤管淤积模拟机构4安装密封井盖23。放置在基坑16上边的孔壁24内。孔壁24内可加入填沙砾滤料提升过滤效果，也可不加入滤料依靠井点管机构3自身过滤。

连接管线。将连接管22与井点管机构3和滤管淤积模拟机构4连接，把集水总管21连接至真空泵26，使排水管29通过排水口161后于真空泵26相连。管线连接完成后仔细检查各节点的连接情况，保证降水系统的气密性。模型各机构组装完成后，检查轻型井点降水系统中各节点的连接情况。

第三步：轻型井点降水工作原理演示。

(1)开启真空泵26降水。打开开启开关27，真空泵26排出管道内的空气。水在吸力的作用下进入井点管内，水流过滤管得到过滤。过滤后的水通过连接管22汇入到集水总管21中，之后通过排水管29将土层中的水排出。观察基坑底部水位变化调节地下水位灯条168，当箱内平均水位下降至基坑下部时，打开水位线灯带167演示完成。

(2)观察水位变化，设置灯条。通过透明玻璃13观察水位变化情况，来调节地下水位灯条168的灯泡。水位下降一格距离，就将地下水位灯条168上的灯泡熄灭。最后凭借其真空压力改变了地下水的流向，有效阻止地下水流入基坑16，形成了一道W型的水位线，此时点亮水位线灯带167，正常情况下轻型井点降水演示结束。

第四步：轻型井点降水滤管淤积处理演示。安装模型中地质模拟机构1、轻型井点降水机构2、井点管机构3和滤管淤积模拟机构4，安装方法同上。将少量的黏土层164和砂土层165滞留在孔内来模拟实际工程中清孔不彻底的情况，将滤管淤积模拟机构4调至中档或最低档，之后按照正常演示步骤对模型进行演示。

第五步：调节滤管淤积模拟机构。

(1)完全堵塞模拟。将橡胶塞头44整根全部放入T型管45内部压最低档，橡胶塞头44把T型部位完全堵住，模拟滤管完全堵塞的情况。将三档开关42打开至II档，此时双色灯泡41显示为红色，代表这根井点管机构3已经完全堵塞。

(2)出水不畅模拟。将橡胶塞头44一半放入T型管45内部设置在中档，橡胶塞头44仅部分堵住T型部位处，模拟滤管出水不畅的情况。将三档开关42打开至I档，当前双色灯泡41显示为黄色，表示这根井点管机构3当前出水不连续。

第六步：模拟滤管淤积施工。

(1)观察管道排水情况，拆除问题井管。当滤管被淤泥完全堵住不在出水时，打开三档开关42点亮双色灯泡41，按关闭开关28停止降水工作。将出现滤管淤积的井点管25和滤管淤积模拟机构4和从连接管22上拆下。

(2)对井点管进行清理。用清水清理抽水管31、钢丝网35、空心管36、过滤管37、带孔护管38等构件，更换内部的棉质滤网34后，重新组装井点管机构3。

(3)清理孔壁，连接管道。将孔壁24内的杂物清除干净，把井点管25重新放入井孔中。

第七步：清淤完成后演示降水。将滤管淤积模拟机构4调节至最高档，此时T型管45为畅通状态，重新启动真空泵26进行正常演示，当滤管出水通畅后关闭双色灯泡41，此时轻型井点降水处于正常工作状态，滤管淤积处理演示完成。

上述仅为本发明的具体实施例，同时凡本发明中所涉及的如“上、下、左、右、中间”等词，仅作参考用，并非绝对限定，凡利用本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，包括如下步骤：

(1)向地质模拟机构中注水，使平均水位淹没地质模拟机构的基坑底部，将轻型井点降水机构的井点管设置于坑基四周的孔壁中，清理孔壁中的杂质，并使井点管通过各种管道与真空泵连接；

(2)开启真空泵降水，水在吸力的作用下进入井点管内；

(3)观察水位变化，调节地质模拟机构前方透明玻璃板上的灯条，使水位线与灯条的亮灭同步；正常情况下的演示结束；

(4)在步骤(1)中，在孔壁内预留少量杂质，在井点管与管道之间加设T型管，T型管剩余一端设置有橡胶塞头，当橡胶塞头完全堵住时T型管，模拟滤管完全堵塞的情况；当橡胶塞头堵塞一半T型管时，模拟出水不畅，当橡胶塞头不堵塞T型管时，为正常情况；

(5)在步骤(4)的情况下，观察管道排水情况，拆除问题井点管，对井点管和孔壁进行清理，重新安装后进行演示。

还原轻型井点降水施工工艺的流程，通过在基坑四周设置井点管，进行降水、抽真空工作，使基坑四周形成一圈隔离层，防止地下水侵入基坑底部，真实模拟轻型井点降水的工作原理；通过调节T型管来模拟演示不同程度的滤管堵塞情况，也可以对处理好的滤管进行动态演示。

2.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述T型管上设置有显示红黄状态的双色灯泡，所述双色灯泡通过三档开关控制，出水不顺畅时控制开关使其显示黄色，完全堵塞时显示红色，模拟井点管所处状态。

3.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述轻型井点降水机构包括集水总管，所述集水总管环设在地质沙箱上，井点管分别与集水总管连接，孔壁开口处设置有密封井盖，用开关控制真空泵通过排水管排水。

4.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述地质沙箱包括三块塑料挡板和一块透明玻璃板围成，在透明玻璃板表面设置水位线灯带和地下水位灯条，根据相应的水位变化，打开和关闭相应的水位线灯带和地下水位灯条。

5.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述在沙箱地基材料的上方盖设有打孔塑料板，所述打孔塑料板上设置有预留孔洞、透气孔、凹槽，打孔塑料板上的孔洞用于固定井点管、注水管的位置；板上的凹槽用来固定集水总管、真空泵、排水管的位置，板中央大的凹槽用于模拟开挖完成的基坑。

6.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述井点管包括依次连接的抽水管、空心管、金属头，井点管中设置有过滤器，所述过滤器设置在空心管中，抽水管和空心管之间通过螺纹丝扣连接，所述金属头设置在空心管底部。

7.根据权利要求6所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述过滤器包括依次设置的棉质滤网、钢丝网、过滤管、带孔护管。

8.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述双色灯泡有两个LED灯泡组成，分别可以发红色和黄色的灯光；所述三档开关为有O、I、II三个档的开关，在O档时两个灯泡均不亮；在I档时亮黄灯；在II档时亮红灯。

9.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述双色灯泡通过橡胶塞头插入T型管中，所述橡胶塞头设置有三节密封环，每一节密封环对应步骤(4)中，橡胶塞头的三种状态。

10.根据权利要求1所述的一种轻型井点降水施工及滤管淤积处理实体模型使用方法，其特征在于：所述基坑有7个孔洞，板左下角孔洞设置注水管，基坑右侧卡槽固定真空泵，塑料挡板中间位置设置有排水口。

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