虹吸泵注水技術與應用★

丁志鵬 李 圓 蘇 慧 陳梓煒

(金陵科技學院，江蘇 南京 210000)

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虹吸泵注水技術與應用★

丁志鵬 李 圓*蘇 慧 陳梓煒

(金陵科技學院，江蘇 南京 210000)

介紹了虹吸泵回灌技術的工藝原理，闡述了基坑中采用虹吸泵回灌的基本方式，探討了虹吸泵注水的施工工序及注意事項，并將其與真空回灌法作了比較，指出虹吸泵回灌節能環保、簡易經濟、無安全隱患。

虹吸泵，基坑，回灌水，降水井

開挖建筑基礎基坑時，常采用降水方法將地下水位降落在坑底以下，直到施工結束為止。這可保證所挖的土始終保持干燥，改善了施工條件，但也使得土的有效自重應力增加，地基土體固結。深基坑工程中使用井點降水后，由于土層的不均勻性和形成的水位呈漏斗狀，地面沉降多為不均勻沉降，從而使得工程施工周圍的地下建筑和地下構筑物以及地下管線因不均勻沉降而受到不同程度的破壞。為盡可能消除這類影響，可采取在保護區設置回灌工程的措施，在基坑降水的同時，向地下含水層注入一定水量，形成一道阻滲水幕，使基坑降水的影響范圍不超過回灌工程的范圍，阻止地下水向降水區的流失，保持已建建筑物所在地原有的水位，土壓力仍處于原有平衡狀態，從而有效地防止降水的影響，使建筑物的沉降達到最小程度。本文重點研究虹吸泵在井點回灌注水中的應用前景。

具體機械常常采用電動泵來工作，但是電動泵購買或租賃成本高昂，對供電要求高，需要大量持久供電，能耗大，且在一些地磁較強、巖石剩余磁性較強的地區，電動泵無法良好地發揮作用。

鑒于電動泵的上述不足，采用虹吸泵進行注水回灌是比較節能環保、簡易經濟的，而且不受地域限制。該方式是利用虹吸原理進行輸水，將虹吸管里灌滿水，排出空氣，來水端水位高，補給水源從高處水箱不斷流入回灌井點管。

1 虹吸泵回灌技術原理

1.1 虹吸泵工作原理

本文提出的利用虹吸原理進行液體輸送的虹吸泵，該虹吸泵利用機械原理將導液管內的氣體排出，再人為控制導液管兩端連接管管口壓強即可實現管道虹吸，無需再使用電動泵進行抽液。具體施工時，只需將施工原有的電動泵替換為虹吸泵并做好接口處的銜接，即可進行施工注水工作。虹吸泵隨高位水箱一起布置，根據井點管回灌注水量選擇不同管道口徑的虹吸泵。

1.2 基坑采用虹吸泵回灌的基本方式

與一般深基坑注水方式類似，可采取砂溝和井點回灌。

1)砂溝回灌。砂溝回灌適用于被保護建筑物離施工基坑較遠且地層為均勻透水層的情況，通常在建筑物與抽水井之間設置一道砂溝，利用虹吸泵將水適量的注入砂溝，通過砂溝回灌到地下，維持原有地下水位，避免建筑物不均勻沉降。

2)井點回灌。常用于建筑物離抽水井點較近且地層為弱透水層的情況，回灌井點管水位處于最高位并向四周呈倒錐體狀分布，水位逐漸降低，發散為徑向流，使抽水井點的影響區域不超過回灌井點的作用范圍。建筑物地下水位基本保持不變，土壓力處于平衡狀態，從而有效控制井點降水對周圍建筑物的影響。雖然井點管回灌適用于弱透水層，但采用虹吸泵進行地下水回灌，由于虹吸泵產生的水壓差只有0.15 MPa(水箱離地5 m放置)，適用范圍也應作相應改變。即虹吸泵井點回灌輸水不再適用于透水性較弱地層的情況，轉而適用于均勻透水，透水性良好的土層。這樣才能使回灌水克服阻力向含水層滲透，保持建筑物地下土層壓力始終處于平衡狀態，減小或避免沉降。

在井點回灌中利用虹吸泵回灌類似于井點降水有三種方法：自由注入法、真空灌注法、加壓灌注法中的真空灌注法。和真空灌注法一樣，虹吸泵回灌適用于土層滲透性良好，靜水位埋藏較深的地區(埋深在10 m以上)。虹吸泵回灌工藝原理如圖1所示，虹吸泵示意圖見圖2。

2 虹吸泵回灌與真空回灌法的比較

虹吸泵回灌法和真空灌注法都利用了虹吸原理。真空回灌法要求管路裝置必須密封，利用虹吸原理產生的水頭差進行回灌注水。當真空灌注的管路密封達不到應有要求，管路在真空狀態下運行時，外部空氣不可避免從接頭不嚴密處進入管內，積聚在虹吸管頂部，縮小了輸水斷面，阻礙水流。此時應加裝普通排氣閥或者排氣器，但普通排氣閥在管路內壓力為負的情況下不能正常工作，因此應采用排氣裝置進行排氣，而使用排氣器，就必須進行大量供電，導致費工費電。

相較于真空回灌法，虹吸泵裝置回灌注水對管路密封性要求不是很嚴格。因為虹吸泵裝置能利用機械原理自行將注水回灌過程中產生于上端管路中的空氣排出，即使是密封性不好，虹吸泵也能不斷將進入的空氣排出，以保證管路水流能夠通暢注入到井點管中，且過程中不需要損耗電力。

3 虹吸泵注水應用

3.1 回灌井點管位置

回灌井點管應設置在降水井點和被保護建筑物之間且靠近建筑物方向，降水井與回灌井的距離應不小于6 m，目的是減小回灌水對降水基坑的影響，避免注水直接回到降水井，減小回灌滲水對基坑壁的影響，以保證回灌效果；回灌水井應離地高度不小于5 m設置，以保證虹吸泵內的水有足夠的水頭差進而注入到地層中。

3.2 回灌水源

虹吸泵回灌水基于架空高度為5 m的水箱與地下水位的高度差利用虹吸原理使回灌水以一定壓力注入地下含水層中，這就限制了回灌水源的選取，即不宜采用井點降水抽出的地下水，宜采用清水，但這同時也浪費了水資源，增加了清水的費用。若是考慮環保要求，當采用抽出的地下水時，則應充分靜置過濾掉地下水泥漿中的粗顆粒，否則，虹吸泵的管道會被粗顆粒堵塞，甚至會造成泵的損壞。回灌注入靜置過后的地下水，必須定時檢查水質有無有毒有害物質和其他可能對輸水設備造成損害的物質，以及虹吸泵的管道有沒有被泥沙積聚而阻斷，如果管道堵塞要及時進行管道清理，而這也增加了人工。

3.3 虹吸泵回灌水量

采用虹吸泵進行回灌輸水，通過法國水利學家裘布依的水井

理論計算回灌水量和壓力的大小，再根據設置的觀測井的觀測資料進行調整。回灌水量應根據回灌井內地下水位的變化及時調整，既要防止灌水量過大沖擊基坑，又要防止灌水量過少達不到回灌效果。根據觀測井的觀測數據進行回灌量的調整，當各觀測井回灌前后水位變化過大時，應通過調整虹吸泵輸水口大小或者采用小型虹吸泵和較小直徑的管道調整回灌注水量。回灌后地下水位不宜超過原水位標高，保持抽、灌平衡。

4 虹吸泵注水施工工藝

采用虹吸泵替換電動泵進行基坑回灌注水，只是更換了注水機械。因此，施工中利用虹吸泵注水回灌的系統可參照井點降水回灌系統進行設計，施工工藝也可仿照井點降水回灌的工藝流程。

4.1 系統設計

回灌注水系統由兩部分構成：一是水箱、虹吸泵、注水總管、支管及回灌井點，二是注水水源。井管在靠近原有建筑物一側布置，將總管鋪設好后濾管按梅花形布置，濾管上鉆孔φ10@150，濾管部分宜從高處虹吸泵位置開始一直到井管底部。采取比井點降水濾管布置更密集的方式可以避免因某個虹吸泵管路出現故障而導致注水量的大幅度變化，同時也不宜過密布置濾管，影響基坑注水效果。虹吸泵應與高位水箱一起每隔一定距離設置，既可以減小每個水箱體量也可保證虹吸泵在適當的水壓下能正常工作。

虹吸泵注水施工的井點管在使用前應進行沖洗工作，通過濾管往注水井內大量注水至滿后，迅速用深井泵抽出，保證管路暢通。虹吸泵注水的濾管長度應大于降水井點的濾管長度，宜大于回灌降水井點濾管的長度，以達到良好的注水效果。

4.2 施工流程

施工工藝流程為：放線定位→挖井點溝槽→沖孔→下設回灌注水井點管→安裝高位水箱→連接水箱、虹吸泵和井點管→測量觀測井中地下水位變化[1]。

埋設完成每根井點管后其滲水性能的檢查方法為：從井點管口向管內灌清水，觀察下滲情況，如果下滲較快，說明滲水性能良好。施工中應保證水箱與虹吸泵接口處，虹吸泵與井點管連接管路接口處的密封性，防止空氣進入影響虹吸泵注水。

[1] 黨宏斌，高軍俠.輕型井點降水的施工工藝及應用[J].河南水利與南水北調,2011(24)：37-38.

[2] 斯華富，斯小弟.控制基坑降水開挖地面沉降回灌技術的應用研究[J].科技風,2009(11)：90-93.

[3] 曾慶月.深基坑降水回灌結合技術[J].科技風,2009(24)：55-56.

[4] 周理武，宋建峰.回灌技術在控制地下水位中的應用[J].城市道橋與防洪,2006(4)：11-14.

The siphon pump water injection technology and application★

Ding Zhipeng Li Yuan*Su Hui Chen Ziwei

(Jinling Institute of Technology, Nanjing 210000, China)

This paper introduced the process principle of siphon pump recharging technology, elaborated the basic way using siphon pump recharging in foundation pit, discussed the construction process and matters needing attention of siphon pump water injection, and compared with the vacuum recharging method, pointed out that the siphon pump recharging energy conservation and environmental protection, simple and economic, no potential safety hazard.

siphon pump, foundation pit, recharging water, precipitation well

1009-6825(2016)12-0050-02

2016-02-18★：江蘇省大學生創新創業項目(項目編號：201513573006Z)

丁志鵬(1994- )，男，在讀本科生； 蘇 慧(1968- )，女，教授； 陳梓煒(1993- )，男，在讀本科生

李 圓(1975- )，男，講師

TU463

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