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        一類深基坑預(yù)埋抽排水裝置研究

        2022-12-30 03:27:52周晨浩胡陽季妍胡月遠(yuǎn)黃亞楠劉毅恒
        安徽建筑 2022年12期
        關(guān)鍵詞:抽水泵過濾網(wǎng)螺旋槳

        周晨浩,胡陽,季妍,胡月遠(yuǎn),黃亞楠,劉毅恒

        (金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)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(dāng)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(yīng)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(rèn)真分析相關(guān)影響因素來進(jìn)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(yàn),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(dá)到快速疏排地下水的目的,進(jìn)而保證基坑開挖的安全等實(shí)際問題。陳六超[3]以西藏拉薩通用機(jī)場深基坑項(xiàng)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(jìn)行闡述,相較于傳統(tǒng)旋噴樁與支護(hù)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(kuò)建項(xiàng)目為例,對超大深基坑降排水施工方法進(jìn)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(jìn)程中,現(xiàn)行的降水技術(shù)不斷地完善,在開展實(shí)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(shè)計(jì)一種深基坑預(yù)埋排水、抽水一體化裝置,可應(yīng)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(yīng)技術(shù),實(shí)行濾水過程分級優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)抽水管道內(nèi)部動力轉(zhuǎn)換的智能化。通過設(shè)計(jì)的深基坑預(yù)埋抽排水裝置可以較好地在開挖深基坑時加強(qiáng)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(jìn)而實(shí)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(jìn)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(dāng)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(jìn)行泥水粗過濾。具體介紹如下,齒輪系統(tǒng)①、②:當(dāng)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(jìn)而使得抽水管道深入深基坑抽水區(qū)域。當(dāng)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(shí)現(xiàn)抽水過程[9],鋼筋過濾網(wǎng)④位于吸水罩上方,可實(shí)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(shí)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(yùn)作效果圖

        圖2 核心抽水泵管道內(nèi)運(yùn)作流程圖

        1.2 預(yù)排水工作原理

        隨著抽水過程的進(jìn)行,基坑底部的水將通過溢水管到達(dá)置于地面的剛性容器。剛性容器內(nèi)有紅外感應(yīng)線,感應(yīng)線的預(yù)設(shè)高度可按照實(shí)際工程要求自行調(diào)整。當(dāng)剛性容器內(nèi)的水位到達(dá)感應(yīng)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(jìn)行,當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)液面高程時,溢水管水線也將處于目的標(biāo)高。置于坑底上方的水位感應(yīng)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(dú)立與抽水泵電相連。當(dāng)水線到達(dá)紅外開關(guān)感應(yīng)線時,將觸發(fā)開關(guān)閉合,進(jìn)而關(guān)閉抽水泵實(shí)現(xiàn)預(yù)排水過程。

        圖3 預(yù)排水工作流程圖

        1.3 裝置的工作特性

        ①機(jī)具設(shè)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(jī)具易于管理,投入人力、物力少,節(jié)約降水成本。以往預(yù)埋排水采用輕型井點(diǎn)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(yīng)用水位感應(yīng)系統(tǒng),降低現(xiàn)場工人作業(yè)強(qiáng)度,提高了精度與效率。

        ③開挖好的基坑施工環(huán)境好,相應(yīng)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(xiàng)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(shè)計(jì),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(jìn)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(xiàng)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(shí)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(shè)計(jì)

        2.1 結(jié)構(gòu)與組成

        具體結(jié)構(gòu)如圖4所示,動力機(jī)④下設(shè)置鋼筋防護(hù)籠②,內(nèi)置核心抽水泵,抽水泵與動力機(jī)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(jī)構(gòu)與動力機(jī)④相連。形成動力機(jī)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(shè)有不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)體,外壁設(shè)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(jìn)行二次粗過濾。裝置底座四角設(shè)有萬向輪?,引流板位置設(shè)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(dá)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(yùn)行

        在深基坑預(yù)埋抽排水裝置實(shí)際運(yùn)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(xiàng)檢測指標(biāo)的情況下,預(yù)埋抽排水裝置可以投入使用。在降水作業(yè)前,需要進(jìn)行對機(jī)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(shè):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(yùn)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(jìn)而保持與液面的充分接觸。

        ④水位檢測:在降水運(yùn)行至預(yù)定標(biāo)高時,抽水管道內(nèi)部溢水管也將達(dá)到預(yù)設(shè)水線。通過置于地面的剛性容器完成反饋,實(shí)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(dá)地面,經(jīng)由過濾廊道與旋轉(zhuǎn)濾筒實(shí)行分層過濾,最終被排入預(yù)先連接的排水溝。

        3 結(jié)語

        ①通過信息收集、文獻(xiàn)研究、案例分析進(jìn)行深基坑降排水施工調(diào)研,分析政治、經(jīng)濟(jì)、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(jì)效益。

        ②選擇已建成的地下排水設(shè)施進(jìn)行實(shí)地考察,并咨詢相關(guān)建設(shè)者的意見。分析改造已建成的設(shè)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(chǔ)上完成對一體化裝置的優(yōu)化,應(yīng)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(yīng)合理運(yùn)用水與空氣的反作用力優(yōu)化了人工成本,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)深基坑的高效降水、分級濾水、合理排水。

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