[发明专利]注气式真空降水方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下水降水技术，特别涉及一种用于增强排水效率的压力注气系统，属于土木工程技术领域。

背景技术

近年来，沿江、沿海各大城市经济和基础建设蓬勃发展，并有了进一步的城市发展规划，港口、机场、道路等工程建设规模日益扩大，陆域用地越来越不能满足需要，将疏浚出来的淤泥用来填海造陆或构造码头港口的陆域，这已经成为土地开发的重要手段。但滩地上吹填的砂或淤泥，含水量高、土质较差，若不经处理，一般很难满足工程建设对地基的要求。与吹填土有关的岩土工程问题越来越突出，核心问题是吹填土的有效处理。

吹填土地基的加固措施主要有二灰桩法、深层搅拌桩、堆载预压、真空预压、降水预压、电渗排水、真空降水联合强夯法等方法。但是，由于吹填土地基的土质往往很差，固结性能不好，直接应用真空、电渗等方法降水均难以奏效，使用二灰桩法、深层搅拌桩也效果不理想，所以应用中一般采用大面积堆载预压法或者真空预压法，但其排水较慢，固结时间需要1～3年。因此，若能够进一步有效解决软土地基的降水问题，那么结合以造价低廉、施工速度快、加固效果好为特点的强夯法，可以使得地基处理达到很好的效果。可见，在地基处理中，降水方法至关重要。同时，在基坑工程及其它地下工程中，也需要高效的降水方法，以缩短工期。

降水方法有很多，主要有轻型井点降水、真空降水、喷射井点降水、电渗井点降水和管井降水，其中真空降水应用非常普遍。真空降水是基于轻型井点降水系统，在系统中增设一个高排气量的真空泵，通过一个平衡器(水气分离器)进行工作来提高效率的降排水系统。真空泵排气量不小于100L/s，系统真空度可达65kPa～90kPa，也有人称之为高真空，即使在渗透系数较低的粘土中，亦能通过形成的新水头梯度来加快地下水的渗流。对于渗透性较强的砂土地基，真空降水的效率非常高，但随着地基渗透性的降低，其降水效率也将大大降低。如何提高降水效率，这已成为地基处理中的重要问题之一。为此，本发明采用向地基内部注入压力气体，在较大的气体压力和真空井点管负压的双重作用下，可大大提高土体内的渗流水头梯度，排水效率得到显著提高，从而降水工期也明显缩短。

发明内容

传统的真空降水方法主要适用于透水性较强的砂质地基，对于其它土质的地基，其降水时间长、效率很低。本发明在传统的真空降水方法基础上，增设一种用于向土体内部注入压力气体的装置，提供一种能够显著提高排水效率、缩短真空降水时间的新方法。

本发明的高效降水目的是通过如下技术方案实现：

注气式真空降水方法，是通过向地基土体内部注入压力气体实现降水的：一边通过井点管进行真空抽水，一边通过注气装置注入压力气体，二者在降水区域形成高梯度的渗流场，强迫土中水向真空井点管转移，从而达到快速的强制排水目的。

本发明所述的注气式真空降水方法是：注气嘴周围形成较大区域的非饱和土，当停止注气后，土中水向非饱和区的低处移动，地下水位将大幅下降，明显低于真空井点管底部，其地下水位降低深度也明显高于传统的真空降水方法。

本发明所述的注气装置由供气装置、注气管、注气嘴和贯入头组成，注气管、注气嘴和贯入头顺次连接后插入土体中，注气管插入土体的深度由注气嘴的位置要求决定。注气嘴的位置应低于井点管底部，其深度差异可取井点管间距的0.2～2.0倍。注气管安装在井点管之间的中心位置。注气嘴直径小于两端的注气管、贯入头，“中间细、两头粗”以避免在注气装置贯入土体过程中土体把注气嘴的注气孔堵塞。注气管、注气嘴和贯入头的材料可以是硬质金属或硬质塑料。

与传统的真空降水方法相比，本发明操作简单、施工方便，并具有以下突出优点：

1).本发明能够加速土中水的排水效率，缩短地基的降水时间。本发明所采用的处理方法，关键在于向土体内部注入压力气体，通过较大的气体压力和真空井点管负压形成渗流的高梯度场，大大提高土中水向井点管移动的速率，缩短了降水时间，提高了降水效率。

2).本发明的降水深度更大。由于本发明所采用的注气管底部低于真空井点管底部，注气过程中将会在注气嘴周围形成较大区域的非饱和土，所以，当注气式真空降水结束后，井点管底部以上的地下水会在重力作用下流到该非饱和区，降水深度将明显高于传统的真空降水深度。

3).本发明扩大了真空降水的适用地基范围。对于粘质土地基，传统的真空降水效率很低。采用本发明的注气式真空降水方法，则其适用土质范围将可以扩大到粘质土地基。