揚(yáng)中地區(qū)基坑降水方案的室內(nèi)試驗(yàn)研究

陳學(xué)根 李程 隋曉嵐 胡遠(yuǎn)

摘要：為提高降水管井的降水效率，本文通過室內(nèi)降水試驗(yàn)，選用不同過濾段長(zhǎng)度與濾料粒徑來研究其對(duì)抽水效率的影響。研究表明，過濾段長(zhǎng)度的變化對(duì)抽水效率的影響并不明顯，但是粒徑的大小對(duì)其抽水效率影響規(guī)律較明顯，其結(jié)果顯示濾料粒徑越大，降水效果反而越差，相對(duì)濾料粒徑小者，降水效果更好。故根據(jù)本次研究結(jié)果，建議揚(yáng)中地區(qū)管井施工時(shí)，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(guān)鍵詞：過濾段長(zhǎng)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(hào)：TU463? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）31-0134-03

0? 引言

揚(yáng)中市位于鎮(zhèn)江東部江心，屬于典型長(zhǎng)江河漫灘地貌[1]，該地貌場(chǎng)地特征為表層填土，填土下覆蓋較大深度淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(zhǎng)江水位存在緊密聯(lián)系[2]。近幾年隨著該地區(qū)基坑工程挖深不斷增加，因地下水處理不當(dāng)造成的工程事故屢見不鮮，造成社會(huì)負(fù)面影響較大[3][4]。故對(duì)于該地區(qū)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(duì)地下結(jié)構(gòu)施工的影響顯得尤為重要[5]。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)，在盡可能還原原始地貌的前提下，對(duì)不同濾管長(zhǎng)度和不同粒徑的濾料的工況進(jìn)行研究，以期得出濾料粒徑和濾管長(zhǎng)度對(duì)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(qū)管井降水設(shè)計(jì)與施工提供參考。

1? 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)考慮影響因素

本次室內(nèi)試驗(yàn)旨在研究降水管井過濾段長(zhǎng)度與濾料粒徑大小對(duì)抽水效率的影響，具體取值相關(guān)參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)材料設(shè)備

1.2.1 試驗(yàn)用土

本次試驗(yàn)用土為揚(yáng)中項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)土樣，將土樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，通過基本土工試驗(yàn)測(cè)定土體的基本屬性，具體見表2所示。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)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(yàn)還采用了如下設(shè)備：2X-15型旋片式真空泵、電子秤、刻度尺等成型設(shè)備。其中，為便于后期數(shù)據(jù)記錄，刻度尺固定安裝于模型箱外側(cè)，如圖1所示。

除了上述成型設(shè)備之外，還加工制作了如下裝置：①沉降監(jiān)測(cè)儀器：通過百分表與埋設(shè)在土中的鋼片通過鋼絲連接，外側(cè)用PVC管保護(hù)，通過讀取百分表數(shù)據(jù)折算土體沉降量，具體如圖2所示。②降水井管、觀測(cè)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(wǎng)：在井管過濾孔外纏套紗布作為濾網(wǎng)，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(yàn)取水頭高度為1.25m，且始終保持水箱中水是溢滿狀態(tài)。水箱下部出水口與模型箱補(bǔ)給管相連，用以保證水箱中水頭壓力的恒定，進(jìn)水管如圖4所示，整套試驗(yàn)裝置如圖5所示。

1.3 試樣制備

①將從現(xiàn)場(chǎng)取回的土均勻地?cái)備佋谀Ｐ拖渲校?cm為一層，按層鋪土，每層土都需輕輕按平，并灑水養(yǎng)護(hù)至土層表面泛水即開始下一層土鋪設(shè)，在鋪土接近15cm時(shí)，將制作好的降水井在設(shè)計(jì)好的位置插入土體中，在降水井與土體之間預(yù)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(shí)，邊提升外側(cè)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(yàn)環(huán)境，然后取出圍擋，最后用木板將表面抹平。將沉降觀測(cè)裝置埋設(shè)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(nèi)供水，其中試驗(yàn)水頭高度1.25m。土體表面有水滲出時(shí)，停止供水，讓其自動(dòng)固結(jié)。

②當(dāng)土層沉降量連續(xù)三日小于0.01mm/d，則認(rèn)為達(dá)到試驗(yàn)要求，開始試驗(yàn)。打開真空泵，從降水井中抽水，同時(shí)開啟供水閥門，保證土中水量充足，通過電子秤讀數(shù)記錄抽水量。

③當(dāng)出水量連續(xù)1小時(shí)小于500g，則認(rèn)為降水井出水平穩(wěn)，記錄抽水開始直至平穩(wěn)的時(shí)間，更換不同濾管長(zhǎng)度的降水井和不同配比的濾料，進(jìn)行其余試驗(yàn)，繪制時(shí)間變化曲線圖，其縱軸為時(shí)間變化，橫軸為不同狀態(tài)下出水量及沉降量。

2? 數(shù)據(jù)分析

2.1 降水井管過濾段長(zhǎng)度的影響

通過對(duì)比工況1與工況4試驗(yàn)結(jié)果，分析降水井管過濾段長(zhǎng)度對(duì)降水效果的影響。圖7給出了不同降水井管過濾段長(zhǎng)度的出水量結(jié)果，從中可以看出：總體上，隨著抽水時(shí)間的增加，累計(jì)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(zhǎng)度對(duì)累積出水量和出水變化量之間并不是一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從本次試驗(yàn)結(jié)果來看，過濾段長(zhǎng)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(shí)間反而更長(zhǎng)。

根據(jù)不同降水井管過濾段長(zhǎng)度的土層沉降的觀測(cè)結(jié)果，如圖8所示，可以看出：隨著時(shí)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(dǎo)致工況4試驗(yàn)過程中，在2～3小時(shí)抽水時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)了局部土體發(fā)生下陷，沉降值突然增大的現(xiàn)象。

2.2 不同濾料配比對(duì)降水效果影響

通過對(duì)比工況1～3的試驗(yàn)結(jié)果，分析不同濾料配比對(duì)降水效果及其沉降的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。從中可以看出：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，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(shì)。對(duì)于本次試驗(yàn)采用的細(xì)砂+中砂濾料試驗(yàn)工況的累計(jì)出水量最大，而中砂+粗砂濾料試驗(yàn)工況的累計(jì)出水量最小。對(duì)于本次試驗(yàn)而言，細(xì)砂+中砂濾料試驗(yàn)工況的抽水效果最佳，細(xì)砂+粗砂濾料試驗(yàn)工況的出水效果次之。

對(duì)于中砂+粗砂濾料試驗(yàn)工況，在初始的0.5小時(shí)時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)出水量最大，但之后出水變化量迅速降低。試驗(yàn)結(jié)束后，觀察井管過濾段，發(fā)現(xiàn)中砂+粗砂試驗(yàn)工況的過濾段出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的淤堵現(xiàn)象，抽出的水也更為渾濁。這一現(xiàn)象正好說明了在特定抽水壓強(qiáng)條件下，濾料級(jí)配的合理性，將影響降水效果。

另外，細(xì)砂+粗砂濾料試驗(yàn)工況的出水效果介于其他兩個(gè)工況之間，其出水變化量的發(fā)展則是呈現(xiàn)先增長(zhǎng)，而后減小的變化，不同于其他兩個(gè)工況。

基于本次試驗(yàn)結(jié)果，濾料粒徑越大，降水效果反而越差，相對(duì)濾料粒徑小者，降水效果更好。

對(duì)于不同濾料配比情況下的土體沉降觀測(cè)結(jié)果，如圖10所示。從中可以看出：總體上，隨著時(shí)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(shì)。

3? 結(jié)論

在其它條件相同的前提下，分別對(duì)比在不同濾管長(zhǎng)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(jié)論：①過濾段長(zhǎng)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(shí)間反而更長(zhǎng);②濾料粒徑越大，降水效果反而越差，相對(duì)濾料粒徑小者，降水效果更好;③隨著時(shí)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(xiàn)：

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