周晨浩，胡陽，季妍，胡月遠，黃亞楠，劉毅恒

（金陵科技學院建筑工程學院，江蘇 南京 211169)

城市迅速發(fā)展使地上建筑趨于擁擠，地下空間的開發(fā)已然成為城市發(fā)展的必然趨勢[2]。1至2層的地下室已經(jīng)滿足不了當今社會的需求，3至4層逐漸演變?yōu)槌B(tài)，這就使深基坑得到更加廣泛的應用。深基坑降排水施工是基坑工程中的重要工作內(nèi)容，所采用的施工技術(shù)是否合理與后續(xù)施工工程的高效開展有直接關(guān)系，因此認真分析相關(guān)影響因素來進行施工工藝的探索對提升降排水工程的施工質(zhì)量有重要意義。張曉青[2]針對申北四路下穿立交基坑工程降水施工經(jīng)驗，提出真空管井相較于普通管井有降水深度大等優(yōu)勢。同時利用真空管井降水法可以達到快速疏排地下水的目的，進而保證基坑開挖的安全等實際問題。陳六超[3]以西藏拉薩通用機場深基坑項目為例，針對土釘墻結(jié)合管井降水技術(shù)的綜合型方案進行闡述，相較于傳統(tǒng)旋噴樁與支護樁相結(jié)合的方案，土釘墻與管井降水的綜合型方案降水效果更佳。商欄柱、張寧寧等[4]以天津市第一中心醫(yī)院新址擴建項目為例，對超大深基坑降排水施工方法進行闡述。研制出一種基坑自動空壓降排水壺形裝置，并總結(jié)出一套安全高效的降排水施工技術(shù)。在深基坑降排水施工技術(shù)發(fā)展進程中，現(xiàn)行的降水技術(shù)不斷地完善，在開展實際降排水工作時，往往會出現(xiàn)施工器械使用壽命低、人力消耗大、作業(yè)效率低等問題。針對以上不足之處，本文擬設計一種深基坑預埋排水、抽水一體化裝置，可應用于解決地下水環(huán)境對深基坑工程施工的影響問題[5-6]。針對前述研究成果和面臨的問題，本次研究裝置通過采用水位感應技術(shù)，實行濾水過程分級優(yōu)化，實現(xiàn)抽水管道內(nèi)部動力轉(zhuǎn)換的智能化。通過設計的深基坑預埋抽排水裝置可以較好地在開挖深基坑時加強排水防灌，同時優(yōu)化施工過程和提升工作效率。

1 裝置基本工作原理

1.1 核心抽水泵工作原理

工作時，置于地面的核心抽水泵給予齒輪嚙合的動力，從而帶動螺旋槳系統(tǒng)的工作，進而實現(xiàn)抽水管道的持續(xù)下降功能和抽水功能[7]，鋼筋過濾網(wǎng)進行粗過濾，防止抽水管道的堵塞。抽水完畢，關(guān)閉抽水泵，螺旋槳停止轉(zhuǎn)動，向上抽出管道，實現(xiàn)抽水過程。

如圖1所示，抽水管道內(nèi)部組成從上至下依次為齒輪系統(tǒng)①、②，螺旋槳系統(tǒng)③，鋼筋過濾網(wǎng)④。核心抽水泵管道內(nèi)運行流程如圖2所示，啟動抽水泵，齒輪系統(tǒng)開始工作并帶動螺旋槳系統(tǒng)運行。螺旋槳對水產(chǎn)生向上的推力，水反作用于螺旋槳系統(tǒng)使之向下位移。當水線低于螺旋槳后，空氣將代替水作為抽水管道向下深入的動力源。鋼筋過濾網(wǎng)為防止管道堵塞進行泥水粗過濾。具體介紹如下，齒輪系統(tǒng)①、②:當齒輪轉(zhuǎn)動時，齒輪脫開側(cè)的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入[8]，齒輪嚙合側(cè)的空間的體積從大變小，將液體擠入上層抽水管道，給經(jīng)由螺旋槳系統(tǒng)抽出的水提供抽水動力源。螺旋槳系統(tǒng)③：螺旋槳旋轉(zhuǎn)對水產(chǎn)生向上的推力，而水產(chǎn)生對螺旋槳向下的推力，進而使得抽水管道深入深基坑抽水區(qū)域。當水線低于螺旋槳后，螺旋槳對空氣產(chǎn)生向上的推力，抽水管道獲得反作用力得以繼續(xù)深入,同時依靠旋轉(zhuǎn)的螺旋槳葉對液體的動力作用，把能量傳遞給液體，使液體的動能和壓力能增加，從而實現(xiàn)抽水過程[9]，鋼筋過濾網(wǎng)④位于吸水罩上方，可實現(xiàn)對泥水混合物的粗過濾，防止抽水管道的堵塞和管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞。吸水罩與地下水液面直接接觸，按照實際工程抽水量的要求，可靈活調(diào)整抽水管道下放深度。若需全部抽空基坑內(nèi)的水，可將抽水管道深入至吸水罩同基坑底部接觸。

圖1 核心抽水泵管道內(nèi)運作效果圖

圖2 核心抽水泵管道內(nèi)運作流程圖

1.2 預排水工作原理

隨著抽水過程的進行，基坑底部的水將通過溢水管到達置于地面的剛性容器。剛性容器內(nèi)有紅外感應線，感應線的預設高度可按照實際工程要求自行調(diào)整。當剛性容器內(nèi)的水位到達感應線時，將各自觸發(fā)所屬開關(guān)，從而停止抽水。

如圖3所示，溢水管置于抽水通道內(nèi)壁，通入暗溝以下。隨著抽水過程的進行，當?shù)竭_預設液面高程時，溢水管水線也將處于目的標高。置于坑底上方的水位感應系統(tǒng)，由剛性容器制成，內(nèi)含一號開關(guān)與二號開關(guān)，各自獨立與抽水泵電相連。當水線到達紅外開關(guān)感應線時，將觸發(fā)開關(guān)閉合，進而關(guān)閉抽水泵實現(xiàn)預排水過程。

圖3 預排水工作流程圖

1.3 裝置的工作特性

①機具設備簡單、使用靈活、易于操作。底座擁有萬向輪，在坑底可移動，提高了抽水的效率，解鎖了更多的可能性。

②機具易于管理，投入人力、物力少，節(jié)約降水成本。以往預埋排水采用輕型井點抽水，將地下水位降至坑底以下1.0m以下，需專人值班24h抽水[10]。本裝置應用水位感應系統(tǒng)，降低現(xiàn)場工人作業(yè)強度，提高了精度與效率。

③開挖好的基坑施工環(huán)境好，相應地提高了基底的承載力，有效保證降水質(zhì)量與施工安全。以往抽水泵置于水下，其使用壽命和過濾效果較差[11]。本項目將抽水泵置于坑底以上，且與濾水裝置相連，是一體化結(jié)構(gòu)設計，且抽水管道有過濾功能，一定程度避免了堵塞。

④縮短降水時間，加快溝槽開挖及管道安裝施工進度。相較于傳統(tǒng)的抽水泵，本裝置通過齒輪、螺旋槳的配合，將水和空氣轉(zhuǎn)化成動力，一定程度提升了抽水效率[12]。

⑤各項工序施工方便，大大提高了基坑施工效率。本裝置通過置于地面上的“v”型過濾廊道配合旋轉(zhuǎn)過濾筒，實現(xiàn)了分層過濾，合理、高效地通入城市排水系統(tǒng)。

2 裝置具體設計

2.1 結(jié)構(gòu)與組成

具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，動力機④下設置鋼筋防護籠②，內(nèi)置核心抽水泵，抽水泵與動力機相疊置于承重板③上[13]。支撐桿⑤底部同過濾筒頂部固定座通過螺栓連接，頂部通過伸縮機構(gòu)與動力機④相連。形成動力機通過支撐桿驅(qū)動過濾筒①轉(zhuǎn)動的動力結(jié)構(gòu)。過濾筒為中空筒體結(jié)構(gòu)，過濾筒內(nèi)壁設有不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)體，外壁設有多個濾水孔，頂部和底部分別有固定座⑥、⑦與過濾筒密封轉(zhuǎn)動連接[14]。固定座均開有通孔，吸水罩⑨通過螺栓與底部固定座連接，支撐桿通過螺栓與頂部固定座相連。過濾筒下放置有引流板⑧，引流板固定于底座上，呈“V”排布并與底座孔洞相連，便于濾水輸送至城市排水溝。過濾筒另一端為“V”型過濾廊道，入口接有一號過濾網(wǎng)，轉(zhuǎn)折處接有二號過濾網(wǎng)，一號過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸大于二號過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸，可以有效對抽出的泥水混合物進行二次粗過濾。裝置底座四角設有萬向輪?，引流板位置設有鏤空孔洞，底座中心貫穿抽水管道，呈貫穿結(jié)構(gòu)⑩，泥水混合物通過抽水管道到達地面的過濾系統(tǒng)。

圖4 裝置結(jié)構(gòu)正視圖

圖5 裝置結(jié)構(gòu)俯視圖

圖6 裝置結(jié)構(gòu)側(cè)視圖(左)

2.2 裝置的運行

在深基坑預埋抽排水裝置實際運行過程中，可總結(jié)成以下步驟。

①裝置就位:在施工場地具備平整性、降水井滿足各項檢測指標的情況下，預埋抽排水裝置可以投入使用。在降水作業(yè)前，需要進行對機具主體的質(zhì)量檢查，同時保障地面過濾裝置與排水溝的牢靠連接。

②管道敷設:在降水施工環(huán)境滿足要求后，將抽水管道緩慢下放至降水井中，同時校核管道居中來保證管道底部與液面的正常接觸。

③降水運行:啟動抽水泵，抽水管道內(nèi)部齒輪與螺旋槳開始工作。同時結(jié)合空氣與液體提供的動力，抽水管道持續(xù)向下深入，進而保持與液面的充分接觸。

④水位檢測:在降水運行至預定標高時，抽水管道內(nèi)部溢水管也將達到預設水線。通過置于地面的剛性容器完成反饋，實現(xiàn)對水泵的靈活控制。

⑤地面過濾:泥水混合物被管道內(nèi)部的鋼筋濾網(wǎng)粗過濾后到達地面，經(jīng)由過濾廊道與旋轉(zhuǎn)濾筒實行分層過濾，最終被排入預先連接的排水溝。

3 結(jié)語

①通過信息收集、文獻研究、案例分析進行深基坑降排水施工調(diào)研，分析政治、經(jīng)濟、社會環(huán)境，深入了解相關(guān)法律法規(guī)，考察社會需求和經(jīng)濟效益。

②選擇已建成的地下排水設施進行實地考察，并咨詢相關(guān)建設者的意見。分析改造已建成的設施相結(jié)合的可行性，并且選擇具體的案例，分析其需求和特殊性[15]。在此基礎上完成對一體化裝置的優(yōu)化，應用于解決地下水環(huán)境對深基坑工程施工的影響問題。

③地面裝置的排水、濾水一體化降低了時間成本，地下裝置的水位感應合理運用水與空氣的反作用力優(yōu)化了人工成本，進而實現(xiàn)深基坑的高效降水、分級濾水、合理排水。