揚中地區基坑降水方案的室內試驗研究

陳學根 李程 隋曉嵐 胡遠

摘要：為提高降水管井的降水效率，本文通過室內降水試驗，選用不同過濾段長度與濾料粒徑來研究其對抽水效率的影響。研究表明，過濾段長度的變化對抽水效率的影響并不明顯，但是粒徑的大小對其抽水效率影響規律較明顯，其結果顯示濾料粒徑越大，降水效果反而越差，相對濾料粒徑小者，降水效果更好。故根據本次研究結果，建議揚中地區管井施工時，盡可能選取小粒徑濾料以提高管井抽水效率。

Abstract： In order to improve the precipitation efficiency of dewatering pipe wells， through indoor dewatering experiments， the influence of different length of filter section and particle size of filter material on the pumping efficiency is studied in this paper. The results show that the influence of the length of filter section on pumping efficiency is not obvious， but the influence of particle size on pumping efficiency is obvious. The results show that the larger the particle size of filter material， the worse the precipitation effect， and the better the precipitation effect is compared with the smaller the particle size of filter material. Therefore， according to the results of this study， it is suggested that small size filter material should be selected as far as possible to improve the pumping efficiency of pipe wells in Yangzhong area.

關鍵詞：過濾段長度;濾料粒徑;抽水效率;管井降水

Key words： length of filter section;particle size of filter media;pumping efficiency;tube well precipitation

中圖分類號：TU463? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）31-0134-03

0? 引言

揚中市位于鎮江東部江心，屬于典型長江河漫灘地貌[1]，該地貌場地特征為表層填土，填土下覆蓋較大深度淤泥質粉質粘土層（弱透水層），弱透水層下部為粉砂或粉砂夾粉土層（透水層），該土層為含水層，且其水位與長江水位存在緊密聯系[2]。近幾年隨著該地區基坑工程挖深不斷增加，因地下水處理不當造成的工程事故屢見不鮮，造成社會負面影響較大[3][4]。故對于該地區的地下工程來講，高效安全的降低地下水位，最大程度上消除地下水對地下結構施工的影響顯得尤為重要[5]。本文通過室內試驗，在盡可能還原原始地貌的前提下，對不同濾管長度和不同粒徑的濾料的工況進行研究，以期得出濾料粒徑和濾管長度對管井抽水效率的影響，從而得出最有效的抽水管井工況，為該地區管井降水設計與施工提供參考。

1? 試驗研究

1.1 試驗考慮影響因素

本次室內試驗旨在研究降水管井過濾段長度與濾料粒徑大小對抽水效率的影響，具體取值相關參數如表1所示。

1.2 試驗材料設備

1.2.1 試驗用土

本次試驗用土為揚中項目現場土樣，將土樣運回實驗室后，通過基本土工試驗測定土體的基本屬性，具體見表2所示。

1.2.2 實驗設備

模型箱為高30cm，底面直徑60cm的圓柱形無蓋箱，該模型箱容積0.085m3。另外本次試驗還采用了如下設備：2X-15型旋片式真空泵、電子秤、刻度尺等成型設備。其中，為便于后期數據記錄，刻度尺固定安裝于模型箱外側，如圖1所示。

除了上述成型設備之外，還加工制作了如下裝置：①沉降監測儀器：通過百分表與埋設在土中的鋼片通過鋼絲連接，外側用PVC管保護，通過讀取百分表數據折算土體沉降量，具體如圖2所示。②降水井管、觀測井管均采用直徑3cm的PVC管，下部采用5mm鉆頭鉆孔，加裝過濾網：在井管過濾孔外纏套紗布作為濾網，并用鐵絲固定，如圖3所示。③通過改變水箱高度來控制模型箱中的水頭壓力。本次試驗取水頭高度為1.25m，且始終保持水箱中水是溢滿狀態。水箱下部出水口與模型箱補給管相連，用以保證水箱中水頭壓力的恒定，進水管如圖4所示，整套試驗裝置如圖5所示。

1.3 試樣制備

①將從現場取回的土均勻地攤鋪在模型箱中，5cm為一層，按層鋪土，每層土都需輕輕按平，并灑水養護至土層表面泛水即開始下一層土鋪設，在鋪土接近15cm時，將制作好的降水井在設計好的位置插入土體中，在降水井與土體之間預埋一直徑為6cm的PVC管，并安裝降水井管，然后在PVC管與降水井管之間的孔隙中，填入濾料，填入過程中，邊輕輕搗實，邊提升外側PVC管，直至PVC管完全拔出。濾管外成孔尺寸及濾料填充效果如圖6所示。

填充足夠高度的濾料之后，在濾料上部填充黏土作為封堵材料，塑造真空抽水的試驗環境，然后取出圍擋，最后用木板將表面抹平。將沉降觀測裝置埋設在距表面10cm位置，在模型箱底部布置供水管，由此向模型箱內供水，其中試驗水頭高度1.25m。土體表面有水滲出時，停止供水，讓其自動固結。

②當土層沉降量連續三日小于0.01mm/d，則認為達到試驗要求，開始試驗。打開真空泵，從降水井中抽水，同時開啟供水閥門，保證土中水量充足，通過電子秤讀數記錄抽水量。

③當出水量連續1小時小于500g，則認為降水井出水平穩，記錄抽水開始直至平穩的時間，更換不同濾管長度的降水井和不同配比的濾料，進行其余試驗，繪制時間變化曲線圖，其縱軸為時間變化，橫軸為不同狀態下出水量及沉降量。

2? 數據分析

2.1 降水井管過濾段長度的影響

通過對比工況1與工況4試驗結果，分析降水井管過濾段長度對降水效果的影響。圖7給出了不同降水井管過濾段長度的出水量結果，從中可以看出：總體上，隨著抽水時間的增加，累計出水量逐漸增加，出水變化量則逐漸減小。但降水井管過濾段長度對累積出水量和出水變化量之間并不是一致的對應關系，從本次試驗結果來看，過濾段長度短的井管，累積出水量反而更多，出水變化量降低所需的時間反而更長。

根據不同降水井管過濾段長度的土層沉降的觀測結果，如圖8所示，可以看出：隨著時間的增加，土層厚度逐漸降低，沉降值總體上逐漸減小。其中，需要注意的是，由于土體制備原因，導致工況4試驗過程中，在2～3小時抽水時間段內出現了局部土體發生下陷，沉降值突然增大的現象。

2.2 不同濾料配比對降水效果影響

通過對比工況1～3的試驗結果，分析不同濾料配比對降水效果及其沉降的影響，試驗結果如圖9所示。從中可以看出：隨著時間的增長，所有工況的累積出水量逐漸增加，出水變化量總體上呈逐漸降低的趨勢。對于本次試驗采用的細砂+中砂濾料試驗工況的累計出水量最大，而中砂+粗砂濾料試驗工況的累計出水量最小。對于本次試驗而言，細砂+中砂濾料試驗工況的抽水效果最佳，細砂+粗砂濾料試驗工況的出水效果次之。

對于中砂+粗砂濾料試驗工況，在初始的0.5小時時間段內的累計出水量最大，但之后出水變化量迅速降低。試驗結束后，觀察井管過濾段，發現中砂+粗砂試驗工況的過濾段出現了更為嚴重的淤堵現象，抽出的水也更為渾濁。這一現象正好說明了在特定抽水壓強條件下，濾料級配的合理性，將影響降水效果。

另外，細砂+粗砂濾料試驗工況的出水效果介于其他兩個工況之間，其出水變化量的發展則是呈現先增長，而后減小的變化，不同于其他兩個工況。

基于本次試驗結果，濾料粒徑越大，降水效果反而越差，相對濾料粒徑小者，降水效果更好。

對于不同濾料配比情況下的土體沉降觀測結果，如圖10所示。從中可以看出：總體上，隨著時間的增加，土層厚度逐漸減小，而土層沉降則先增大后減小的變化趨勢。

3? 結論

在其它條件相同的前提下，分別對比在不同濾管長度和不同粒徑的濾料情況下，抽水量與抽水速率以及土層沉降量的分析得出如下結論：①過濾段長度短的井管，累積出水量反而更多，出水變化量降低所需的時間反而更長;②濾料粒徑越大，降水效果反而越差，相對濾料粒徑小者，降水效果更好;③隨著時間的增加，土層厚度逐漸降低，沉降值總體上逐漸減小。

參考文獻：

[1]韓丹，凌國華.揚中市河漫灘相軟土工程性質分析[J].江蘇建筑，2011（2）：75-77.

[2]李洪文，張立新，汪立.鎮江市軟弱地基特征研究[J].測繪工程，2007（6）：42-45.

[3]姚允龍.長江下游干流南京至鎮江河段水面比降分析[J].水文，2008，28（2）：78-80.

[4]劉世凱.長江中下游現代河漫灘土層物理力學性質及工程地質評價[J].工程地質學報，2001（2）：141-144.

[5]楊建水，韓菊紅，王志.深基坑降水引起的環境效應與對策[J].河南科學，2002，20（5）：584-586.