CN114753393A - 一种真空发生器及其施工方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空发生器及其施工方法和应用，属于水利工程技术领域，其中真空发生器包括管井、潜水电泵、出水泵管、排水管、进水管和排气管；所述管井的一端封闭，另一端开口且以法兰盖板密封，所述管井靠近封闭端的管体上设有若干进水孔；所述潜水电泵设于管井的封闭端，所述潜水电泵与出水泵管的一端相连，所述出水泵管的另一端与排水管相连；所述法兰盖板上设有进水管和排气管，所述排气管上设有正负压力表。本发明提供的真空发生器结构简单，操作方便，可实现地下土层降水、自动洗井、畅通地下水渗透路径和解决管涌问题。

Description

一种真空发生器及其施工方法和应用

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种真空发生器及其施工方法和应用。

背景技术

在水利工程基坑开挖或者其他土方工程施工时，地下水和地面水会不断地渗入坑内，如不及时排除，不但会使施工条件恶化，造成边坡失稳、基坑流砂、坑底隆起与管涌，还会影响地基的承载力，甚至会造成边坡坍塌等安全事故，引起工期延误，成本增加，对周围环境造成一定程度的破坏，因此，在水利工程施工中，做好降排水工作，保持作业面干燥、土体稳定十分重要。

施工降排水可分为明沟排水和人工降低地下水位两类，包括明排排水、真空井点、喷射井点、潜埋井点、电渗井点、管井等降排水方法。实际降水工程中较多采用管井、真空井点、喷射井点三种方法，其中管井方法适合土类为粉土、砂土、碎石土，渗透系数为0.1～200.0 m/d，降水深度不限；真空井点方法适合土类为黏性土、粉土、砂土，渗透系数为0.005～20.0m/d，单级井点降水深度＜6m，多级井点降水深度＜20m；喷射井点方法适合土类为黏性土、粉土、砂土，渗透系数为0.005～20.0m/d，降水深度＜20m。此外，市场上虽有少量真空管井，但已有的真空管井技术一般都以真空泵抽排管井内空气，往往有负压度较小、影响范围不大、故障率高、设备装配复杂、运行成本高等缺点。

针对土层渗透系数较小且基坑降水深度较大时，以上任何一种降水方法都很难达到预期效果，难以应对和解决深基坑工程施工中常遇到的管涌、承压水层冒水等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种真空发生器及其施工方法和应用，真空发生器结构简单，操作方便，可实现地下土层降水、自动洗井、畅通地下水渗透路径和解决管涌问题。

本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，提供一种真空发生器，包括管井、潜水电泵、出水泵管、排水管、进水管和排气管；

所述管井的一端封闭，另一端开口且以法兰盖板密封，所述管井靠近封闭端的管体上设有若干进水孔；

所述潜水电泵设于管井的封闭端，所述潜水电泵与出水泵管的一端相连，所述出水泵管的另一端与排水管相连；

所述法兰盖板上设有进水管和排气管，所述排气管上设有正负压力表。

进一步的，所述管井包括相连的管井实管部和管井花管部，所述管井花管部设有所述进水孔。

进一步的，所述管井花管部的外部设有滤网，所述滤网的外部包裹有钢丝网。

进一步的，所述管井的开口端外部设有法兰沿，所述法兰沿与法兰盖板通过螺栓对接固定，所述法兰沿与法兰盖板之间设有密封垫。

进一步的，所述排水管上设有排水阀，所述进水管上设有进水阀，所述排气管上设有排气阀。

进一步的，所述法兰盖板上设有电缆孔，所述电缆孔以锲型橡胶塞密封。

第二方面，提供一种第一方面所述的真空发生器的施工方法，包括步骤：平整场地和清除地下障碍物，测放井位，钻机就位，开机钻孔，成孔检查，安放管井，回填滤料，孔口封闭，安放已连接出水泵管的潜水电泵，装配井口结构封闭井口，开机抽水，检查形成的负压度；所述装配井口结构封闭井口包括装配排水管、进水管、排气管、正负压力表以及以法兰盖板密封管井的开口端。

进一步的，所述管井的直径为260~280mm，开机钻孔的成孔直径为800mm；所述管井露出地面的高度为0.5~1m，以距离管井顶部3.5~4.5m处为分界点，分界点以下的管井与钻孔孔壁间采用直径为1～3mm的砾石、粗砂回填，分界点以上的管井与钻孔孔壁间采用粘土或粘土球封堵。

第三方面，提供一种第一方面所述的真空发生器在水利工程中的应用，包括以下步骤：

关闭排气管和进水管，打开潜水电泵，管井内的水沿出水泵管和排水管排出，同时在管井内密闭空间形成负压，地下水在负压作用下进入管井内并不断排出；

通过正负压力表观察管井内负压度，当有空气进入管井内使负压度减小时，关闭潜水电泵，打开排气管，通过进水管向管井内注水，直至排气管溢水；

关闭排气管和进水管，重新启动潜水电泵，重复前述步骤，即可实现地下土层降水和解决管涌问题。

第四方面，提供一种第一方面所述的真空发生器在水利工程中的应用，包括以下步骤：

关闭排气管和进水管，打开潜水电泵，管井内的水沿出水泵管和排水管排出，同时在管井内密闭空间形成负压，地下水在负压作用下进入管井内并不断排出；

关闭潜水电泵，维持排气管关闭，通过正负压力表观察管井内负压度，通过进水管向管井内注水，直至管井内形成正压力；

关闭进水管，维持排气管关闭，重新启动潜水电泵，重复前述步骤，即可实现洗井和畅通地下水渗透路径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明提供的真空发生器结构简单，造价低廉；通过采用大功率、高扬程的潜水电泵，即可在管井内产生很强的负压力，扩大降水井的影响范围，在渗透系数较小的土层中应用可加大降水能力，缩短降水时间；且使用时不受深度限制，可以针对任意降水深度进行降水，应用范围广；

（2）本发明提供的真空发生器操作简单，故障率低，若降水深度要求较大，可以在大气压的帮助下将井内水头抬高，从而减小潜水电泵克服扬程做功需要增加的能耗，实现高效节能；

（3）本发明应用于水利工程中，通过反复的正、负压发生，一方面可以畅通管涌到真空发生器的水路，让管涌的冒水在负压力作用下从井内有组织排出，保障施工安全，另一方面可实现自动洗井和畅通地下水渗透路径。

附图说明

图1是真空发生器的结构示意图；

图中标记为：1、排水阀；2、排水管；3、正负压力表；4、排气阀；5、法兰盖板；6、进水阀；7、电缆孔；8、出水泵管；9、管井实管部；10、管井花管部；11、潜水电泵；12、进水孔；13、法兰沿；14、密封垫；15、螺栓；16、进水管；17、排气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种真空发生器，包括管井、潜水电泵11、出水泵管8、排水管2、进水管16和排气管17。

管井采用直径273mm、壁厚6mm钢管制作，管井的一端用6mm钢板焊接封闭，另一端开口且以法兰盖板5密封。管井包括相连的管井实管部9和管井花管部10，管井花管部10设有若干进水孔12。管井花管部10的长度根据需要降水的深度和土层确定，管井花管部10的外部设有滤网，滤网采用双层80目滤布，滤网的外部包裹有钢丝网。

潜水电泵11设于管井的封闭端，潜水电泵11与出水泵管8的一端相连，出水泵管8的另一端与排水管2相连，排水管2上设有排水阀1。潜水电泵11的电机功率和扬程根据需要发生的负压度确定。出水泵管8采用DN 50mm钢管（或其他硬质管）法兰连接。

法兰盖板5用8mm钢板制作，管井的开口端外部设有法兰沿13，法兰沿13与法兰盖板5通过螺栓15对接固定，法兰沿13与法兰盖板5之间设有密封垫14，保证管井内的密封性。法兰盖板5上设有进水管16和排气管17，进水管16上设有进水阀6，排气管17上设有正负压力表3和排气阀4。法兰盖板5上还设有电缆孔7，电缆孔7用于潜水电泵11等设备的电缆线通过，并以锲型橡胶塞密封。

实施例2

本实施例提供一种实施例1所述的真空发生器的施工方法，包括步骤：

（1）平整场地和清除地下障碍物；

（2）测放井位；

（3）钻机就位；

（4）开机钻孔；

（5）成孔检查，由于真空发生器的降水能力强于普通管井，建议成孔直径为800mm；

（6）安放管井，管井露出地面的高度为0.5~1m；

（7）回填滤料，为保证井的出水量，防止粉细砂涌入井内，以距离管井顶部3.5~4.5m处为分界点，分界点以下的管井与钻孔孔壁间采用直径为1～3mm的砾石、粗砂回填，回填应均匀，分界点以上的管井与钻孔孔壁间采用粘土或粘土球封堵；

（8）孔口封闭；

（9）安放潜水电泵，安放前应检查潜水电泵转向，连接电缆、出水泵管（出水泵管连接排水管）、吊泵绳索等；为安全下放，吊泵绳索采用6mm²的钢丝绳；

（10）装配井口结构封闭井口，包括装配排水管、进水管、排气管、正负压力表，电缆孔采用锲型橡胶塞密封以及以法兰盖板密封管井的开口端；

（11）开机抽水，检查形成的负压度是否合格。

除前述步骤外，施工过程中的其他要求与普通管井施工要求相同。

实施例3

本实施例提供一种实施例1和2所述的真空发生器在水利工程中的应用，包括以下步骤：

（1）关闭排气管17上的排气阀4和进水管16上的进水阀6，打开潜水电泵11，管井（9、10）内的水沿出水泵管8和排水管2排出，同时在管井内密闭空间形成负压，地下水在负压作用下进入管井内并不断排出；

（2）通过正负压力表3观察管井内负压度，当有空气进入管井内使负压度减小时，关闭潜水电泵11，打开排气阀4和进水阀6，通过进水管16向管井内注水，直至排气管17溢水；

（3）关闭排气阀4和进水阀6，重新启动潜水电泵11，重复前述步骤（1）和（2），即可实现地下土层降水和解决管涌问题。

实施例4

本实施例提供一种实施例1和2所述的真空发生器在水利工程中的应用，包括以下步骤：

（1）关闭排气管17上的排气阀4和进水管16上的进水阀6，打开潜水电泵11，管井内的水沿出水泵管8和排水管2排出，同时在管井内密闭空间形成负压，地下水在负压作用下进入管井内并不断排出；

（2）关闭潜水电泵11，维持排气阀4关闭，通过正负压力3表观察管井内负压度，打开进水阀6，通过进水管16向管井内注水，直至管井内形成正压力；

（3）关闭进水阀6，维持排气阀4关闭，重新启动潜水电泵11，重复前述步骤（1）和（2），即可实现洗井和畅通地下水渗透路径。

实施例5

2016年6月，扬州市荷花池地下停车场深基坑工程施工中，当基坑开挖距离设计标高大约2m时，突遇多处管涌，据现场估算，几处管涌的涌土量约5000m³，基坑支护结构监测结果显示已有三处土体深层位移超过报警值。经查阅相关资料，该地区地下有承压水层，通过地质勘探时的勘探孔形成管涌，在采用多种方案历经9天仍未奏效的情况下，采用实施例1中的真空发生器，实施例2中的施工方法以及实施例3和4中的应用方法进行处理，耗时5个多小时，三个距离较近不停涌土涌砂的冒水点在一套真空发生器的作用下停止冒水，后采用同样方法治理了现场的多处管涌，保证了基坑安全，保障了后续施工的有序开展。

实施例6

2018年5月，扬州中航宝胜电缆的深基坑工程施工中，遇到的管涌类型和原因与实施例5相似，且由于离长江边距离较近，地下水水源十分丰富，采用实施例1中的真空发生器，实施例2中的施工方法以及实施例3和4中的应用方法进行处理，经历三天处理完成。

实施例7

2021年4月，扬州雅居乐国际酒店项目深基坑工程施工中，遇到了实施例5和6相似的情况，采用实施例1中的真空发生器，实施例2中的施工方法以及实施例3和4中的应用方法进行处理，成功解决管涌问题。

实施例8

2021年4月，扬州市长江防洪能力提升堤防加固一期工程（开发区）IV标项目施工中，由于淤泥质土层较厚，渗透系数较小，且夹层较多，在采用管井降水和真空井点相结合的方法都很难达到预期效果后，采用实施例1中的真空发生器，实施例2中的施工方法以及实施例3和4中的应用方法进行处理，成功快速地降低作业面水位，达到了施工要求。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空发生器，其特征在于，包括管井、潜水电泵、出水泵管、排水管、进水管和排气管；

所述管井的一端封闭，另一端开口且以法兰盖板密封，所述管井靠近封闭端的管体上设有若干进水孔；

所述潜水电泵设于管井的封闭端，所述潜水电泵与出水泵管的一端相连，所述出水泵管的另一端与排水管相连；

所述法兰盖板上设有进水管和排气管，所述排气管上设有正负压力表。

2.根据权利要求1所述的真空发生器，其特征在于，所述管井包括相连的管井实管部和管井花管部，所述管井花管部设有所述进水孔。

3.根据权利要求2所述的真空发生器，其特征在于，所述管井花管部的外部设有滤网，所述滤网的外部包裹有钢丝网。

4.根据权利要求1所述的真空发生器，其特征在于，所述管井的开口端外部设有法兰沿，所述法兰沿与法兰盖板通过螺栓对接固定，所述法兰沿与法兰盖板之间设有密封垫。

5.根据权利要求1所述的真空发生器，其特征在于，所述排水管上设有排水阀，所述进水管上设有进水阀，所述排气管上设有排气阀。

6.根据权利要求1所述的真空发生器，其特征在于，所述法兰盖板上设有电缆孔，所述电缆孔以锲型橡胶塞密封。

7.一种权利要求1~6任一项所述的真空发生器的施工方法，其特征在于，包括步骤：平整场地和清除地下障碍物，测放井位，钻机就位，开机钻孔，成孔检查，安放管井，回填滤料，孔口封闭，安放已连接出水泵管的潜水电泵，装配井口结构封闭井口，开机抽水，检查形成的负压度；

所述装配井口结构封闭井口包括装配排水管、进水管、排气管、正负压力表以及以法兰盖板密封管井的开口端。

8.根据权利要求7所述的真空发生器的施工方法，其特征在于，所述管井的直径为260~280mm，开机钻孔的成孔直径为800mm；

所述管井露出地面的高度为0.5~1m，以距离管井顶部3.5~4.5m处为分界点，分界点以下的管井与钻孔孔壁间采用直径为1～3mm的砾石、粗砂回填，分界点以上的管井与钻孔孔壁间采用粘土或粘土球封堵。

9.一种权利要求1~6任一项所述的真空发生器在水利工程中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

关闭排气管和进水管，打开潜水电泵，管井内的水沿出水泵管和排水管排出，同时在管井内密闭空间形成负压，地下水在负压作用下进入管井内并不断排出；

通过正负压力表观察管井内负压度，当有空气进入管井内使负压度减小时，关闭潜水电泵，打开排气管，通过进水管向管井内注水，直至排气管溢水；

关闭排气管和进水管，重新启动潜水电泵，重复前述步骤，即可实现地下土层降水和解决管涌问题。

10.一种权利要求1~6任一项所述的真空发生器在水利工程中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

关闭排气管和进水管，打开潜水电泵，管井内的水沿出水泵管和排水管排出，同时在管井内密闭空间形成负压，地下水在负压作用下进入管井内并不断排出；

关闭潜水电泵，维持排气管关闭，通过正负压力表观察管井内负压度，通过进水管向管井内注水，直至管井内形成正压力；

关闭进水管，维持排气管关闭，重新启动潜水电泵，重复前述步骤，即可实现洗井和畅通地下水渗透路径。

Images