气动降水技术在基坑降水施工中的应用分析

李映

中铁一局集团天津建设工程有限公司 天津 300250

1 气动降水的工作原理

由空气压缩机和储气罐提供压缩空气，通过智能控制箱将压缩空气传输到设置在管井底部的水气置换器，利用气动技术将水排出管井，实现自动智能气动降水。当置换器放入水中后，置换器的单向阀打开，水流入泵体，控制系统向水泵供气，进水单向阀受压关闭，出水单向阀打开，水受压流入出水管。泵体内的水出完后，控制系统停止供气，出水单向阀关闭，泵体内的气体排出，进水单向阀打开，水流入泵体内，如此循环[1]。

2 气动降水技术施工流程及要点

2.1 施工流程

基坑井点气动降水技术施工流程主要包括前期的定位测量开孔、铺设井管气泵以及抽水工作等，其具体施工流程为：井孔定位→挖泥浆沟（坑）→井机就位→成孔→下井→管填滤料→上段密封→洗井→试抽→布置排水管线→装泵→降水。

2.2 施工要点

①测定井位。井位按平面布置图采用全站仪投点确定井位，在底板混凝土浇筑前内井根据现场水位的情况，在后浇带中留设10～12个井保证持续降水，需确保地下水位在基础以下1m。②埋设护筒。人工开挖泥浆池，然后埋设钢护筒，壁厚10mm，护筒定位时，以井中心为圆心，根据护筒半径定出护筒位置，护筒就位后，施加压力将护筒埋入约50cm，护筒埋设要端正，中心点位偏差不超过5cm。③井机就位。钻机平台基础整平，竖起导向架，确保钻头下落时落在护筒中心位置，同时打井机支腿处要用垫木或水泥垫块垫平，保证打井机设备稳定牢固。④开钻成孔。向泥浆池注水，通过泥浆池向孔内注入泥浆，不断向下钻进，修正钻杆，防止钻头偏移，钻头进深2m后加大钻速，以利于钻进。⑤下井管。钻机孔后马上下井管，下井管时严禁碰撞井壁避免塌孔。下管前，选择无裂缝的无砂管下到井底。管与管连接处采用竹片、编织袋材料，将管接口处围起来，每根管的上下距管口20cm左右，用8#铅丝绑扎牢固，然后用导向架上的钢丝绳将井管吊放进孔内，井管安装完毕后，要求井管端部出地表20cm及以上。⑥填滤料。下完井管后，管周围及时回填过滤层填料，选择粒径为0.2～0.5cm的无黏性土连续级配砂砾石回填捣实，回填过程中确保井管无偏移，避免因两侧回填高度差偏大，造成井管倾斜；距孔口2m处，上部用黏性土封填，盖板采用钢盖板。⑦洗井。洗井时必须注重抽出的水流速度先大后小，先混后清，必要时用原钻井泵泵入清水，也就是清水换浆后，再继续循环洗井。⑧试抽。本次抽水试验设计采用开挖较深区域附近的降水井进行试验。本次抽水试验共分为两个阶段，第一个阶段先进行单井定流量抽水，第二阶段进行两井定流量抽水；两组试验之间让地下水位充分恢复。⑨布置排水管线。沿基坑边缘布置排水主管道采用UPVC管径De160管道，在基坑路面以下预埋过路管道，降水支管可以穿过引入降水主管中进行排水降水。⑩装泵。将水气置换器、气管、管径De40的排水管安装完毕后，将泵下入井底水面以下。⑪降水。降水时，先做好每口井水位测量记录，做好原始记录；下泵降水后，抽出的水通过De40排水管引入主管道，由主管道引入沉淀池，经过三级沉淀后，水质达到市政排放标准后，排入市政污水管道[2]。

3 气动降水的优势

3.1 安全，节能

气动降水完全避免了水下用电，实现基坑内无电化降水，安全可靠。气动降水用电设备数量仅为传统降水的1/12，电缆线使用数量为传统降水的1/15，大大减少了用电设备和电缆线的数量，进一步降低安全隐患。传感器和变频器的使用，实现了有水即抽，无水即停。在出水量变化较大的区域，比传统降水泵节约用电50%以上。

3.2 功能强大，安拆方便、寿命长

自动控制、流量统计、即时渗水流速监测、扬程和出水量可以调节，标准化的部件，标准化的快速接头，安拆方便，外观整齐。无旋转结构，无机械密封，结构简单，不易损坏。

3.3 经济性高

通过项目成本分析，气动降水施工较电动泵降水经济性更高，节约施工成本。

例：天津静海董庄窠新苑项目共有降水井160口。

电动泵降水：电水泵每台600元，电动泵由于电压、缺相、泥淤死、密封质量差等原因损坏率高，每台修理一次费用为170元，电缆线每米2.5元（每台平均用线75米）且二次利用率低，水管可用同规格产品不作比较，电泵功率1.1kW计算每天每台电费21.12元（电价每度0.8元），开关箱每只260元，降水均算180天。

水泵、电线(600+170+2.5×75+260×0.5)×160=174000元

电费1.1×24×0.8×180×160=608256元

合计782256元

注：电线、水泵基本为一次报废，开关箱二次利用。

气动设备降水：

系统设置：一个系统的配置：螺杆空气压缩机一台（22kW），储气罐一个，气动控制箱四台，采用的是I型置换器48只。共需要考虑四个系统才能满足降水要求[3]。

设备价格42000×4×0.5＝84000元

大气管2000×17×0.5＝17000元

小气管160×230＝36800元

电费22×4×24×0.8×180＝304128元

合计441928元

气动设备降水总费用比电动泵降水总费用省

782256－411928＝340328元

注：小气管一次报废，大气管第一次报50%，设备第一次报50%（含保养费）。

4 结束语

综上所述，在基坑开挖过程中，基坑降水对于实现基坑的安全施工和减少对周围建筑物的影响都有着重要的现实意义。气动降水技术在实际基坑降水效果上有着较好的应用，本文针对其施工特点和施工工艺进行了探究，供其他类似工程参考。