扬中地区基坑降水方案的室内试验研究

陈学根 李程 隋晓岚 胡远

摘要：为提高降水管井的降水效率，本文通过室内降水试验，选用不同过滤段长度与滤料粒径来研究其对抽水效率的影响。研究表明，过滤段长度的变化对抽水效率的影响并不明显，但是粒径的大小对其抽水效率影响规律较明显，其结果显示滤料粒径越大，降水效果反而越差，相对滤料粒径小者，降水效果更好。故根据本次研究结果，建议扬中地区管井施工时，尽可能选取小粒径滤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.

关键词：过滤段长度;滤料粒径;抽水效率;管井降水

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

中图分类号：TU463                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）31-0134-03

0  引言

扬中市位于镇江东部江心，属于典型长江河漫滩地貌[1]，该地貌场地特征为表层填土，填土下覆盖较大深度淤泥质粉质粘土层（弱透水层），弱透水层下部为粉砂或粉砂夹粉土层（透水层），该土层为含水层，且其水位与长江水位存在紧密联系[2]。近几年随着该地区基坑工程挖深不断增加，因地下水处理不当造成的工程事故屡见不鲜，造成社会负面影响较大[3][4]。故对于该地区的地下工程来讲，高效安全的降低地下水位，最大程度上消除地下水对地下结构施工的影响显得尤为重要[5]。本文通过室内试验，在尽可能还原原始地貌的前提下，对不同滤管长度和不同粒径的滤料的工况进行研究，以期得出滤料粒径和滤管长度对管井抽水效率的影响，从而得出最有效的抽水管井工况，为该地区管井降水设计与施工提供参考。

1  试验研究

1.1 试验考虑影响因素

本次室內试验旨在研究降水管井过滤段长度与滤料粒径大小对抽水效率的影响，具体取值相关参数如表1所示。

1.2 试验材料设备

1.2.1 试验用土

本次试验用土为扬中项目现场土样，将土样运回实验室后，通过基本土工试验测定土体的基本属性，具体见表2所示。

1.2.2 实验设备

模型箱为高30cm，底面直径60cm的圆柱形无盖箱，该模型箱容积0.085m3。另外本次试验还采用了如下设备：2X-15型旋片式真空泵、电子秤、刻度尺等成型设备。其中，为便于后期数据记录，刻度尺固定安装于模型箱外侧，如图1所示。

除了上述成型设备之外，还加工制作了如下装置：①沉降监测仪器：通过百分表与埋设在土中的钢片通过钢丝连接，外侧用PVC管保护，通过读取百分表数据折算土体沉降量，具体如图2所示。②降水井管、观测井管均采用直径3cm的PVC管，下部采用5mm钻头钻孔，加装过滤网：在井管过滤孔外缠套纱布作为滤网，并用铁丝固定，如图3所示。③通过改变水箱高度来控制模型箱中的水头压力。本次试验取水头高度为1.25m，且始终保持水箱中水是溢满状态。水箱下部出水口与模型箱补给管相连，用以保证水箱中水头压力的恒定，进水管如图4所示，整套试验装置如图5所示。

1.3 试样制备

①将从现场取回的土均匀地摊铺在模型箱中，5cm为一层，按层铺土，每层土都需轻轻按平，并洒水养护至土层表面泛水即开始下一层土铺设，在铺土接近15cm时，将制作好的降水井在设计好的位置插入土体中，在降水井与土体之间预埋一直径为6cm的PVC管，并安装降水井管，然后在PVC管与降水井管之间的孔隙中，填入滤料，填入过程中，边轻轻捣实，边提升外侧PVC管，直至PVC管完全拔出。滤管外成孔尺寸及滤料填充效果如图6所示。

填充足够高度的滤料之后，在滤料上部填充黏土作为封堵材料，塑造真空抽水的试验环境，然后取出围挡，最后用木板将表面抹平。将沉降观测装置埋设在距表面10cm位置，在模型箱底部布置供水管，由此向模型箱内供水，其中试验水头高度1.25m。土体表面有水渗出时，停止供水，让其自动固结。

②当土层沉降量连续三日小于0.01mm/d，则认为达到试验要求，开始试验。打开真空泵，从降水井中抽水，同时开启供水阀门，保证土中水量充足，通过电子秤读数记录抽水量。

③当出水量连续1小时小于500g，则认为降水井出水平稳，记录抽水开始直至平稳的时间，更换不同滤管长度的降水井和不同配比的滤料，进行其余试验，绘制时间变化曲线图，其纵轴为时间变化，横轴为不同状态下出水量及沉降量。

2  数据分析

2.1 降水井管过滤段长度的影响

通过对比工况1与工况4试验结果，分析降水井管过滤段长度对降水效果的影响。图7给出了不同降水井管过滤段长度的出水量结果，从中可以看出：总体上，随着抽水时间的增加，累计出水量逐渐增加，出水变化量则逐渐减小。但降水井管过滤段长度对累积出水量和出水变化量之间并不是一致的对应关系，从本次试验结果来看，过滤段长度短的井管，累积出水量反而更多，出水变化量降低所需的时间反而更长。

根据不同降水井管过滤段长度的土层沉降的观测结果，如图8所示，可以看出：随着时间的增加，土层厚度逐渐降低，沉降值总体上逐渐减小。其中，需要注意的是，由于土体制备原因，导致工况4试验过程中，在2～3小时抽水时间段内出现了局部土体发生下陷，沉降值突然增大的现象。

2.2 不同滤料配比对降水效果影响

通过对比工况1～3的试验结果，分析不同滤料配比对降水效果及其沉降的影响，试验结果如图9所示。从中可以看出：随着时间的增长，所有工况的累积出水量逐渐增加，出水变化量总体上呈逐渐降低的趋势。对于本次试验采用的细砂+中砂滤料试验工况的累计出水量最大，而中砂+粗砂滤料试验工况的累计出水量最小。对于本次试验而言，细砂+中砂滤料试验工况的抽水效果最佳，细砂+粗砂滤料试验工况的出水效果次之。

对于中砂+粗砂滤料试验工况，在初始的0.5小时时间段内的累计出水量最大，但之后出水变化量迅速降低。试验结束后，观察井管过滤段，发现中砂+粗砂试验工况的过滤段出现了更为严重的淤堵现象，抽出的水也更为浑浊。这一现象正好说明了在特定抽水压强条件下，滤料级配的合理性，将影响降水效果。

另外，细砂+粗砂滤料试验工况的出水效果介于其他两个工况之间，其出水变化量的发展则是呈现先增长，而后减小的变化，不同于其他两个工况。

基于本次试验结果，滤料粒径越大，降水效果反而越差，相对滤料粒径小者，降水效果更好。

对于不同滤料配比情况下的土体沉降观测结果，如图10所示。从中可以看出：总体上，随着时间的增加，土层厚度逐渐减小，而土层沉降则先增大后减小的变化趋势。

3  结论

在其它条件相同的前提下，分別对比在不同滤管长度和不同粒径的滤料情况下，抽水量与抽水速率以及土层沉降量的分析得出如下结论：①过滤段长度短的井管，累积出水量反而更多，出水变化量降低所需的时间反而更长;②滤料粒径越大，降水效果反而越差，相对滤料粒径小者，降水效果更好;③随着时间的增加，土层厚度逐渐降低，沉降值总体上逐渐减小。

参考文献：

[1]韩丹，凌国华.扬中市河漫滩相软土工程性质分析[J].江苏建筑，2011（2）：75-77.

[2]李洪文，张立新，汪立.镇江市软弱地基特征研究[J].测绘工程，2007（6）：42-45.

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

[4]刘世凯.长江中下游现代河漫滩土层物理力学性质及工程地质评价[J].工程地质学报，2001（2）：141-144.

[5]杨建水，韩菊红，王志.深基坑降水引起的环境效应与对策[J].河南科学，2002，20（5）：584-586.