下滲井

下滲井

下滲井,是在地層中開鑿立式孔洞,將地面水和上層地下水引向更深的地下層,符合自然滲水規律,是一種立式地下排水設施。在多層含水的地基上,如果影響路基的地下含水層較薄,且平式盲溝排水不易布置時,可考慮設定立式滲水井,想地下穿過不透水層,將上層含水引入下層滲水層,以利用地下水擴散排除。實際套用中,多套用於將邊溝排不出的水滲到地下透水層中而設定的充填碎、礫石等粗粒材料井鋪以倒濾層的豎井。

作用及背景

下滲井屬於水平方向的地下排水設備。當地下存有多層含水層,其中影響路基的上部含水層較薄,排水量不大,且平式滲溝難以布置,可採用立式(豎向)排水,設定下滲井。

下滲井兼備排澇、集雨、因地制宜的綜合優勢,曾經是我國古城鎮通用的排水設施,但因存在坍塌的隱患,現代大城市不再採用。對下滲井進行安全性技術改造,將原有下滲井以圓環體井管為器材、以井管支撐力加固井壁的方式,改變為井內加固結構由圓環體井管與四球體填充物組成,加固井壁方式由井管支撐力與圓球體填充物擴張力相結合,井上部以井管的支撐力固定式加固井壁,井的中下部以圓球體填充物的擴張力追蹤式加固並壁。雙力加固下滲井的改造方案“道法自然”,建造與維護簡便易行,可收事半功倍的效果。改造後的安全下滲井,採用“雨溝——下滲井”、“窪地——下滲井”、“平地——下滲井”基本模式,適用於城市各種地貌條件,可將城區雨水迅速地轉化為地下水資源。任何一座城市,使用下滲井將雨水全部引入地下,不僅能徹底解決水資源短缺問題,而且還可逐年增加地下水資源儲量。

我國古城鎮曾經通用下滲井排水,在有些小城鎮,仍然保留著明清時代的下滲井設施,暴雨之後不積水,被稱為奇蹟,其實是順應自然的一種正常現象。但是,現代大城市基本不用下滲井了,多採取國外通用的排水技術。近年來,各大城市內澇越來越嚴重,很多人把矛頭指向政府部門只顧面子不管里子,其實國外城市內澇也不少見,這說明城市內澇不完全是決策與管理問題,而是技術問題,現有排水技術不理想是一個重要原因。重新研究下滲井,並根據現代城市的特點和要求,對下滲井進行技術改造,古為今用,不失為破解城市內澇難題的一條途徑。

工作原理

下滲井穿過不透水層,將路基範圍內的上層地下水,引入更深的含水層中,以降低上層地下水位或者全部排除。

滲溝下滲井用於降低地下水位或攔截地下水。當地下水埋藏較深或有固定含水層時,宜採用下滲井。

填充料含泥量應小於5%,按單一粒徑分層填築,不得將粗細材料混雜填塞。下層透水層範圍內宜填碎石或卵石,上層不透水範圍內宜填砂或礫石。井壁與填充料之間應設反濾層。

下滲井頂部四周用黏土填築圍護,井頂應加蓋封閉。

下滲井開挖應根據土質選用合理的支撐形式,並應隨挖隨支撐、及時回填。

分類及特點

下滲井是立式孔洞,其露水面為立體分布,深度越深,則滲水面越大,滲水量也越大,與自然滲水面的平面分布相比,在相同的地面上,下滲井的滲水量大於自然滲水量,且隨著下滲井深度加深,滲水量成倍擴大。

古今下滲井有兩大類,一類是人工井,由人力挖掘而成,由於人在井內作業的空間需要和安全需要,人工井均為大口徑淺井,占地面積大、滲水面積小,古城鎮的下滲井多為此類,不適合土地利用率高的現代城市採用;一類是機井,由鑽井機械挖掘而成,為小口徑深井,選擇不同的鑽井機械所挖機井的規格不盡相同,常用機井口徑在0.3m左右、深度在200m左右,占地面積小而滲水面積大。採用機井建造下滲井,能更有效地利用地下空間,地面略大於井口就可建井,可以因地制宜、見縫插針,還可以充分利用城市現有設施,而不需要大超模地改變。

總之,下滲井是自然滲水原理的運用,打開了雨水入地之門,也打開了地下水資源寶庫之門,是對地下空間的有效利用,可以因地制宜建造,很適合土地利用率高的現代城市採用。

下滲井施工關鍵技術

(1)根據設計所確定的下滲井位置,採用GPS或全站儀準確放出下滲井中心,然後放出下滲井輪廓;

(2)根據設計確定下滲井護壁材料(混凝土或鋼波紋管)結構厚度,對下滲井輪廓適當擴大後,即可下挖下滲井;

(3)當採用鋼筋混凝土護壁時,下挖一定深度後,現場澆築鋼筋混凝土,等達到一定強度後,採用沉井的方式,在下滲井輪廓內進行下挖,逐漸下沉護壁,並不斷接高護壁,不斷下挖,依次循環直至達到設計的下滲井深度。

(4)當採用鋼波紋管護壁時,可按下滲井輪廓先下挖4m後,將組裝完成的鋼波紋管(高度4m)整體吊入下滲井,就位準確後,採用亞粘土或亞砂土將鋼波紋管外側的空隙填充密實,確保鋼波紋管與土壁的緊密接觸;其次,再將組裝完成的鋼波紋管(縮徑,高度3m),按照製作鋼筋混凝土護壁的方法完成挖井和下沉鋼波紋管後,再組裝鋼波紋管(縮徑,高度3m),再下挖,直至達到下滲井的設計深度。

(5)無論採用鋼筋混凝土,還是採用鋼波紋管護壁,均要求在施工中不斷校正下滲井的垂直度。

(6)在運營過程中,必須對下挖被交叉道路的邊溝、集水井、排水管、下滲井等,定期進行養護,一方面清除堆放於邊溝、集水井、排水管、下滲井中的雜物,另一方面清除集水井和下滲井底部沉澱的泥土和雜物,從而保證水流暢通和正常的滲透作用。

經濟效益和社會效益

經濟效益

主線路基高度降低,經濟效益顯著:

(1)減少了路基永久占地;

(2)減少了路基填方工程量;
(3)取土場減少,減少了臨時用地;

(4)減少了邊坡防護和路側護欄等工程數量;

(5)因通道增加而取消了上跨主線的分離式立交或天橋,以及因主線路基高度降低,使上跨主線分離式立交或天橋橋樑高度降低和其引道降低和減短。

社會效益

(1)路基邊坡的圬工防護減少,植物防護增加,增加了公路與自然的融合。

(2)減少路側護欄的工程數量,並通過路基邊坡的進一步放緩,減少了事故車輛的損傷和二次事故的可能。

(3)對於農業以種植小麥、玉米、棉花和穀物為主的華北平原,節約土地意義重大。

(4)被交叉道路下挖並集中下滲井方案的實施,可滲透或回灌補充地下水,有利於保護地質環境。

(5)路基填築技術難度減少,施工方便,路基質量可得到保證。

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