虹吸泵注水技术与应用★

丁志鹏 李 圆 苏 慧 陈梓炜

(金陵科技学院，江苏 南京 210000)



虹吸泵注水技术与应用★

丁志鹏 李 圆*苏 慧 陈梓炜

(金陵科技学院，江苏 南京 210000)

介绍了虹吸泵回灌技术的工艺原理，阐述了基坑中采用虹吸泵回灌的基本方式，探讨了虹吸泵注水的施工工序及注意事项，并将其与真空回灌法作了比较，指出虹吸泵回灌节能环保、简易经济、无安全隐患。

虹吸泵，基坑，回灌水，降水井

开挖建筑基础基坑时，常采用降水方法将地下水位降落在坑底以下，直到施工结束为止。这可保证所挖的土始终保持干燥，改善了施工条件，但也使得土的有效自重应力增加，地基土体固结。深基坑工程中使用井点降水后，由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状，地面沉降多为不均匀沉降，从而使得工程施工周围的地下建筑和地下构筑物以及地下管线因不均匀沉降而受到不同程度的破坏。为尽可能消除这类影响，可采取在保护区设置回灌工程的措施，在基坑降水的同时，向地下含水层注入一定水量，形成一道阻渗水幕，使基坑降水的影响范围不超过回灌工程的范围，阻止地下水向降水区的流失，保持已建建筑物所在地原有的水位，土压力仍处于原有平衡状态，从而有效地防止降水的影响，使建筑物的沉降达到最小程度。本文重点研究虹吸泵在井点回灌注水中的应用前景。

具体机械常常采用电动泵来工作，但是电动泵购买或租赁成本高昂，对供电要求高，需要大量持久供电，能耗大，且在一些地磁较强、岩石剩余磁性较强的地区，电动泵无法良好地发挥作用。

鉴于电动泵的上述不足，采用虹吸泵进行注水回灌是比较节能环保、简易经济的，而且不受地域限制。该方式是利用虹吸原理进行输水，将虹吸管里灌满水，排出空气，来水端水位高，补给水源从高处水箱不断流入回灌井点管。

1 虹吸泵回灌技术原理

1.1 虹吸泵工作原理

本文提出的利用虹吸原理进行液体输送的虹吸泵，该虹吸泵利用机械原理将导液管内的气体排出，再人为控制导液管两端连接管管口压强即可实现管道虹吸，无需再使用电动泵进行抽液。具体施工时，只需将施工原有的电动泵替换为虹吸泵并做好接口处的衔接，即可进行施工注水工作。虹吸泵随高位水箱一起布置，根据井点管回灌注水量选择不同管道口径的虹吸泵。

1.2 基坑采用虹吸泵回灌的基本方式

与一般深基坑注水方式类似，可采取砂沟和井点回灌。

1)砂沟回灌。砂沟回灌适用于被保护建筑物离施工基坑较远且地层为均匀透水层的情况，通常在建筑物与抽水井之间设置一道砂沟，利用虹吸泵将水适量的注入砂沟，通过砂沟回灌到地下，维持原有地下水位，避免建筑物不均匀沉降。

2)井点回灌。常用于建筑物离抽水井点较近且地层为弱透水层的情况，回灌井点管水位处于最高位并向四周呈倒锥体状分布，水位逐渐降低，发散为径向流，使抽水井点的影响区域不超过回灌井点的作用范围。建筑物地下水位基本保持不变，土压力处于平衡状态，从而有效控制井点降水对周围建筑物的影响。虽然井点管回灌适用于弱透水层，但采用虹吸泵进行地下水回灌，由于虹吸泵产生的水压差只有0.15 MPa(水箱离地5 m放置)，适用范围也应作相应改变。即虹吸泵井点回灌输水不再适用于透水性较弱地层的情况，转而适用于均匀透水，透水性良好的土层。这样才能使回灌水克服阻力向含水层渗透，保持建筑物地下土层压力始终处于平衡状态，减小或避免沉降。

在井点回灌中利用虹吸泵回灌类似于井点降水有三种方法：自由注入法、真空灌注法、加压灌注法中的真空灌注法。和真空灌注法一样，虹吸泵回灌适用于土层渗透性良好，静水位埋藏较深的地区(埋深在10 m以上)。虹吸泵回灌工艺原理如图1所示，虹吸泵示意图见图2。

2 虹吸泵回灌与真空回灌法的比较

虹吸泵回灌法和真空灌注法都利用了虹吸原理。真空回灌法要求管路装置必须密封，利用虹吸原理产生的水头差进行回灌注水。当真空灌注的管路密封达不到应有要求，管路在真空状态下运行时，外部空气不可避免从接头不严密处进入管内，积聚在虹吸管顶部，缩小了输水断面，阻碍水流。此时应加装普通排气阀或者排气器，但普通排气阀在管路内压力为负的情况下不能正常工作，因此应采用排气装置进行排气，而使用排气器，就必须进行大量供电，导致费工费电。

相较于真空回灌法，虹吸泵装置回灌注水对管路密封性要求不是很严格。因为虹吸泵装置能利用机械原理自行将注水回灌过程中产生于上端管路中的空气排出，即使是密封性不好，虹吸泵也能不断将进入的空气排出，以保证管路水流能够通畅注入到井点管中，且过程中不需要损耗电力。

3 虹吸泵注水应用

3.1 回灌井点管位置

回灌井点管应设置在降水井点和被保护建筑物之间且靠近建筑物方向，降水井与回灌井的距离应不小于6 m，目的是减小回灌水对降水基坑的影响，避免注水直接回到降水井，减小回灌渗水对基坑壁的影响，以保证回灌效果；回灌水井应离地高度不小于5 m设置，以保证虹吸泵内的水有足够的水头差进而注入到地层中。

3.2 回灌水源

虹吸泵回灌水基于架空高度为5 m的水箱与地下水位的高度差利用虹吸原理使回灌水以一定压力注入地下含水层中，这就限制了回灌水源的选取，即不宜采用井点降水抽出的地下水，宜采用清水，但这同时也浪费了水资源，增加了清水的费用。若是考虑环保要求，当采用抽出的地下水时，则应充分静置过滤掉地下水泥浆中的粗颗粒，否则，虹吸泵的管道会被粗颗粒堵塞，甚至会造成泵的损坏。回灌注入静置过后的地下水，必须定时检查水质有无有毒有害物质和其他可能对输水设备造成损害的物质，以及虹吸泵的管道有没有被泥沙积聚而阻断，如果管道堵塞要及时进行管道清理，而这也增加了人工。

3.3 虹吸泵回灌水量

采用虹吸泵进行回灌输水，通过法国水利学家裘布依的水井

理论计算回灌水量和压力的大小，再根据设置的观测井的观测资料进行调整。回灌水量应根据回灌井内地下水位的变化及时调整，既要防止灌水量过大冲击基坑，又要防止灌水量过少达不到回灌效果。根据观测井的观测数据进行回灌量的调整，当各观测井回灌前后水位变化过大时，应通过调整虹吸泵输水口大小或者采用小型虹吸泵和较小直径的管道调整回灌注水量。回灌后地下水位不宜超过原水位标高，保持抽、灌平衡。

4 虹吸泵注水施工工艺

采用虹吸泵替换电动泵进行基坑回灌注水，只是更换了注水机械。因此，施工中利用虹吸泵注水回灌的系统可参照井点降水回灌系统进行设计，施工工艺也可仿照井点降水回灌的工艺流程。

4.1 系统设计

回灌注水系统由两部分构成：一是水箱、虹吸泵、注水总管、支管及回灌井点，二是注水水源。井管在靠近原有建筑物一侧布置，将总管铺设好后滤管按梅花形布置，滤管上钻孔φ10@150，滤管部分宜从高处虹吸泵位置开始一直到井管底部。采取比井点降水滤管布置更密集的方式可以避免因某个虹吸泵管路出现故障而导致注水量的大幅度变化，同时也不宜过密布置滤管，影响基坑注水效果。虹吸泵应与高位水箱一起每隔一定距离设置，既可以减小每个水箱体量也可保证虹吸泵在适当的水压下能正常工作。

虹吸泵注水施工的井点管在使用前应进行冲洗工作，通过滤管往注水井内大量注水至满后，迅速用深井泵抽出，保证管路畅通。虹吸泵注水的滤管长度应大于降水井点的滤管长度，宜大于回灌降水井点滤管的长度，以达到良好的注水效果。

4.2 施工流程

施工工艺流程为：放线定位→挖井点沟槽→冲孔→下设回灌注水井点管→安装高位水箱→连接水箱、虹吸泵和井点管→测量观测井中地下水位变化[1]。

埋设完成每根井点管后其渗水性能的检查方法为：从井点管口向管内灌清水，观察下渗情况，如果下渗较快，说明渗水性能良好。施工中应保证水箱与虹吸泵接口处，虹吸泵与井点管连接管路接口处的密封性，防止空气进入影响虹吸泵注水。

[1] 党宏斌，高军侠.轻型井点降水的施工工艺及应用[J].河南水利与南水北调,2011(24)：37-38.

[2] 斯华富，斯小弟.控制基坑降水开挖地面沉降回灌技术的应用研究[J].科技风,2009(11)：90-93.

[3] 曾庆月.深基坑降水回灌结合技术[J].科技风,2009(24)：55-56.

[4] 周理武，宋建峰.回灌技术在控制地下水位中的应用[J].城市道桥与防洪,2006(4)：11-14.

The siphon pump water injection technology and application★

Ding Zhipeng Li Yuan*Su Hui Chen Ziwei

(Jinling Institute of Technology, Nanjing 210000, China)

This paper introduced the process principle of siphon pump recharging technology, elaborated the basic way using siphon pump recharging in foundation pit, discussed the construction process and matters needing attention of siphon pump water injection, and compared with the vacuum recharging method, pointed out that the siphon pump recharging energy conservation and environmental protection, simple and economic, no potential safety hazard.

siphon pump, foundation pit, recharging water, precipitation well

1009-6825(2016)12-0050-02

2016-02-18★：江苏省大学生创新创业项目(项目编号：201513573006Z)

丁志鹏(1994- )，男，在读本科生； 苏 慧(1968- )，女，教授； 陈梓炜(1993- )，男，在读本科生

李 圆(1975- )，男，讲师

TU463

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