虹吸泵注水技術(shù)與應(yīng)用★

丁志鵬 李 圓 蘇 慧 陳梓煒

(金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 210000)

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虹吸泵注水技術(shù)與應(yīng)用★

丁志鵬 李 圓*蘇 慧 陳梓煒

(金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 210000)

介紹了虹吸泵回灌技術(shù)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(xiàng)，并將其與真空回灌法作了比較，指出虹吸泵回灌節(jié)能環(huán)保、簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)、無(wú)安全隱患。

虹吸泵，基坑，回灌水，降水井

開(kāi)挖建筑基礎(chǔ)基坑時(shí)，常采用降水方法將地下水位降落在坑底以下，直到施工結(jié)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(yīng)力增加，地基土體固結(jié)。深基坑工程中使用井點(diǎn)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?chē)牡叵陆ㄖ偷叵聵?gòu)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(lèi)影響，可采取在保護(hù)區(qū)設(shè)置回灌工程的措施，在基坑降水的同時(shí)，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(guò)回灌工程的范圍，阻止地下水向降水區(qū)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(tài)，從而有效地防止降水的影響，使建筑物的沉降達(dá)到最小程度。本文重點(diǎn)研究虹吸泵在井點(diǎn)回灌注水中的應(yīng)用前景。

具體機(jī)械常常采用電動(dòng)泵來(lái)工作，但是電動(dòng)泵購(gòu)買(mǎi)或租賃成本高昂，對(duì)供電要求高，需要大量持久供電，能耗大，且在一些地磁較強(qiáng)、巖石剩余磁性較強(qiáng)的地區(qū)，電動(dòng)泵無(wú)法良好地發(fā)揮作用。

鑒于電動(dòng)泵的上述不足，采用虹吸泵進(jìn)行注水回灌是比較節(jié)能環(huán)保、簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)的，而且不受地域限制。該方式是利用虹吸原理進(jìn)行輸水，將虹吸管里灌滿(mǎn)水，排出空氣，來(lái)水端水位高，補(bǔ)給水源從高處水箱不斷流入回灌井點(diǎn)管。

1 虹吸泵回灌技術(shù)原理

1.1 虹吸泵工作原理

本文提出的利用虹吸原理進(jìn)行液體輸送的虹吸泵，該虹吸泵利用機(jī)械原理將導(dǎo)液管內(nèi)的氣體排出，再人為控制導(dǎo)液管兩端連接管管口壓強(qiáng)即可實(shí)現(xiàn)管道虹吸，無(wú)需再使用電動(dòng)泵進(jìn)行抽液。具體施工時(shí)，只需將施工原有的電動(dòng)泵替換為虹吸泵并做好接口處的銜接，即可進(jìn)行施工注水工作。虹吸泵隨高位水箱一起布置，根據(jù)井點(diǎn)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(lèi)似，可采取砂溝和井點(diǎn)回灌。

1)砂溝回灌。砂溝回灌適用于被保護(hù)建筑物離施工基坑較遠(yuǎn)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(shè)置一道砂溝，利用虹吸泵將水適量的注入砂溝，通過(guò)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(diǎn)回灌。常用于建筑物離抽水井點(diǎn)較近且地層為弱透水層的情況，回灌井點(diǎn)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(fā)散為徑向流，使抽水井點(diǎn)的影響區(qū)域不超過(guò)回灌井點(diǎn)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(tài)，從而有效控制井點(diǎn)降水對(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊憽ｋm然井點(diǎn)管回灌適用于弱透水層，但采用虹吸泵進(jìn)行地下水回灌，由于虹吸泵產(chǎn)生的水壓差只有0.15 MPa(水箱離地5 m放置)，適用范圍也應(yīng)作相應(yīng)改變。即虹吸泵井點(diǎn)回灌輸水不再適用于透水性較弱地層的情況，轉(zhuǎn)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(tài)，減小或避免沉降。

在井點(diǎn)回灌中利用虹吸泵回灌類(lèi)似于井點(diǎn)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(qū)(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(jiàn)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(chǎn)生的水頭差進(jìn)行回灌注水。當(dāng)真空灌注的管路密封達(dá)不到應(yīng)有要求，管路在真空狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，外部空氣不可避免從接頭不嚴(yán)密處進(jìn)入管內(nèi)，積聚在虹吸管頂部，縮小了輸水?dāng)嗝妫璧K水流。此時(shí)應(yīng)加裝普通排氣閥或者排氣器，但普通排氣閥在管路內(nèi)壓力為負(fù)的情況下不能正常工作，因此應(yīng)采用排氣裝置進(jìn)行排氣，而使用排氣器，就必須進(jìn)行大量供電，導(dǎo)致費(fèi)工費(fèi)電。

相較于真空回灌法，虹吸泵裝置回灌注水對(duì)管路密封性要求不是很?chē)?yán)格。因?yàn)楹缥醚b置能利用機(jī)械原理自行將注水回灌過(guò)程中產(chǎn)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(jìn)入的空氣排出，以保證管路水流能夠通暢注入到井點(diǎn)管中，且過(guò)程中不需要損耗電力。

3 虹吸泵注水應(yīng)用

3.1 回灌井點(diǎn)管位置

回灌井點(diǎn)管應(yīng)設(shè)置在降水井點(diǎn)和被保護(hù)建筑物之間且靠近建筑物方向，降水井與回灌井的距離應(yīng)不小于6 m，目的是減小回灌水對(duì)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(duì)基坑壁的影響，以保證回灌效果；回灌水井應(yīng)離地高度不小于5 m設(shè)置，以保證虹吸泵內(nèi)的水有足夠的水頭差進(jìn)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(diǎn)降水抽出的地下水，宜采用清水，但這同時(shí)也浪費(fèi)了水資源，增加了清水的費(fèi)用。若是考慮環(huán)保要求，當(dāng)采用抽出的地下水時(shí)，則應(yīng)充分靜置過(guò)濾掉地下水泥漿中的粗顆粒，否則，虹吸泵的管道會(huì)被粗顆粒堵塞，甚至?xí)斐杀玫膿p壞。回灌注入靜置過(guò)后的地下水，必須定時(shí)檢查水質(zhì)有無(wú)有毒有害物質(zhì)和其他可能對(duì)輸水設(shè)備造成損害的物質(zhì)，以及虹吸泵的管道有沒(méi)有被泥沙積聚而阻斷，如果管道堵塞要及時(shí)進(jìn)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(jìn)行回灌輸水，通過(guò)法國(guó)水利學(xué)家裘布依的水井

理論計(jì)算回灌水量和壓力的大小，再根據(jù)設(shè)置的觀測(cè)井的觀測(cè)資料進(jìn)行調(diào)整。回灌水量應(yīng)根據(jù)回灌井內(nèi)地下水位的變化及時(shí)調(diào)整，既要防止灌水量過(guò)大沖擊基坑，又要防止灌水量過(guò)少達(dá)不到回灌效果。根據(jù)觀測(cè)井的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回灌量的調(diào)整，當(dāng)各觀測(cè)井回灌前后水位變化過(guò)大時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)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(diào)整回灌注水量。回灌后地下水位不宜超過(guò)原水位標(biāo)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(dòng)泵進(jìn)行基坑回灌注水，只是更換了注水機(jī)械。因此，施工中利用虹吸泵注水回灌的系統(tǒng)可參照井點(diǎn)降水回灌系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工工藝也可仿照井點(diǎn)降水回灌的工藝流程。

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

回灌注水系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：一是水箱、虹吸泵、注水總管、支管及回灌井點(diǎn)，二是注水水源。井管在靠近原有建筑物一側(cè)布置，將總管鋪設(shè)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(kāi)始一直到井管底部。采取比井點(diǎn)降水濾管布置更密集的方式可以避免因某個(gè)虹吸泵管路出現(xiàn)故障而導(dǎo)致注水量的大幅度變化，同時(shí)也不宜過(guò)密布置濾管，影響基坑注水效果。虹吸泵應(yīng)與高位水箱一起每隔一定距離設(shè)置，既可以減小每個(gè)水箱體量也可保證虹吸泵在適當(dāng)?shù)乃畨合履苷９ぷ鳌?/p>

虹吸泵注水施工的井點(diǎn)管在使用前應(yīng)進(jìn)行沖洗工作，通過(guò)濾管往注水井內(nèi)大量注水至滿(mǎn)后，迅速用深井泵抽出，保證管路暢通。虹吸泵注水的濾管長(zhǎng)度應(yīng)大于降水井點(diǎn)的濾管長(zhǎng)度，宜大于回灌降水井點(diǎn)濾管的長(zhǎng)度，以達(dá)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(diǎn)溝槽→沖孔→下設(shè)回灌注水井點(diǎn)管→安裝高位水箱→連接水箱、虹吸泵和井點(diǎn)管→測(cè)量觀測(cè)井中地下水位變化[1]。

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

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

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

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

[4] 周理武，宋建峰.回灌技術(shù)在控制地下水位中的應(yīng)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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：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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