CN100480475C - 可控式一井分层降水施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种建筑工程技术领域的可控式一井分层降水施工方法，包括：(1)降水井采用两段或者两段以上滤水管设计，潜水含水层和承压含水层中分别有滤水管；(2)在井内，潜水含水层与承压含水层之间的一段井管中安装可控止水装置；(3)成井施工时，在井管外的井壁与孔壁之间、潜水含水层与承压含水层之间的隔水层处设置止水段；(4)降水施工时，先进行潜水疏干性降水，在基坑开挖至承压水有产生突涌的危险深度时，开启井内止水装置，抽取承压水，并可继续对潜水含水层进行疏干性降水；抽水过程中，井内止水装置反复开启和关闭，实现对降水层次、降水过程、降水程度的控制。本发明使用一口井解决潜水的疏干和承压水的降压或疏干问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种建筑工程技术领域的施工方法，具体为一种可控式一井分层降水的施工方法。
背景技术
高地下水位的软土地基中的地下施工如基坑挖，施工中最大的问题是由于地下水的存在会引起基地涌水、涌砂等问题。因此，采用井点人工降低地下水位是基坑开挖施工中的常用而且有效的方法。基坑开挖的方法一般采用干式开挖，即先将需要开挖部分的土体中的水抽干(保持地下水位在开挖面以下0.5～1.0m)，然后再挖土的方法。另外，当基坑的开挖深度较大，接近承压含水层时，为了防止基坑底部受到过大的承压水压力而破坏，须降低承压含水层水头。在我国，有很多地区浅部土层中(基坑开挖深度涉及范围内)既有潜水又有承压水，工程施工时，需要同时考滤潜水和承压含水层的降水问题。
现有的基坑降水方法有轻型井点法、电渗井点法、喷射井点法、管井井点法等。其中管井井点法是现阶段应用最为广泛的降水方法。按照降水目的，管井分为潜水疏干井和承压水降压井。在同时需要疏干潜水和降低承压水水头的基坑降水工程中，一般两种井分别布置，即：布置一组潜水疏干井，另外再布置一组承压水降压井。这两组井分别工作：潜水疏干井在基坑开挖前开始降水，到基坑开挖结束后结束；承压水降压井自基坑开挖到一定深度(基坑开挖至承压水有产生突涌的危险深度，按国家或地方相关规范、规程相关公式计算)时开始运行，到基坑底板结构强度达到要求后结束。此种分别布置疏干井和承压井的方法存在较大缺陷：两种井需分别成井、分别运行，工程成本大；基坑布井数量多，影响挖土施工进度，从而影响整个工程施工工期。
为解决潜水疏干井和承压水减压井分别布置方案工程量大、成本高、影响工程施工进度的问题，曾有技术人员作过将疏干井和降压井合二为一的尝试，但所采用的仅仅是用一口井将潜水含水层与承压含水层连通，抽水时同时抽取潜水和承压水的方法。前已述及，在基坑降水施工中，潜水的疏干性降水和承压水的降压工作一般按下列顺序进行：在基坑尚未开始开挖之前，先进行潜水疏干降水；在基坑开挖至需要降压的深度后，再开始抽取承压水以逐步降低承压水的水头，二者之间存在一个时间差。而该方法在进行潜水疏干性降水的同时也开始抽取承压水，承压水抽水时间比前一种施工方法(即疏干井和降压井分别布置时)长，抽水量大。在很多基坑工程中，承压含水层未被隔水帷幕完全隔断，坑内外承压含水层存在水力联系，基坑内抽取承压水将导致坑外承压水位下降，从而引起坑外地基变形、地面沉降等问题，抽水时间越长，对周围环境影响越大。因此，该方法的主要缺点是：在承压含水层未被隔水帷幕完全隔断条件下，应用该方法进行降水施工，在基坑外引起的地面沉降量会比前一种施工方法大一些，这是其不能推广应用的重要原因。
经对现有的技术文献检索发现，申请号为200610086139.8，专利申请的名称为“大面积软地基处理分层分遍电渗降水联合真空降水方法”，该技术采用分层分遍电渗降水联合真空降水方法，应用于大面积软地基的加固处理。该方法在深层布置电渗井点管电渗降水，浅层布置真空井点管抽真空降水，深层电渗井点管与浅层真空井点管间隔布置，分两遍进行降水施工：前一遍采用深层电渗井点管降水，后一遍在电渗降水施工区域采用浅层真空井点管降水。该降水方法井数量多、处理深度较小，工程造价高，只局限于软土地基的降水加固处理，不适用于基坑降水。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种能综合上述两种施工方案优点的可控式一井分层降水的施工方法，通过对井结构进行改进性设计和采用相应的降水施工操作，实现使用一口井解决潜水的疏干和承压水的降压(或疏干)问题，既能大幅度降低施工费用，又能有效地减少对周围环境的影响，同时缩短了基坑开挖周期，施工方法简单可靠，经济实用。该方法尤其适用于基坑开挖底面位于承压含水层中的基坑降水工程。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：
(1)降水井采用两段或者两段以上滤水管设计，潜水含水层和承压含水层中分别有一段或多段滤水管，虑水管与虑水管之间采用井管连接，降水井的最底端可根据需要设置沉淀管。
(2)降水井施工时，在井内，潜水含水层与承压含水层之间的一段井管中安装可控止水装置，用该可控止水装置隔绝潜水和承压水在井内的联系，并实现降水的可控制性；
(3)成井施工时，在井管外的井壁与孔壁之间、潜水含水层与承压含水层之间的隔水层处设置止水段，用该止水段隔绝潜水含水层与承压含水层在井外的水力联系；
(4)降水施工时，先进行潜水疏干性降水，在基坑开挖至承压水有产生突涌的危险深度时，开启井内止水装置，抽取承压水，并可继续对潜水含水层进行疏干性降水；抽水过程中，井内止水装置可根据需要反复开启和关闭，实现对降水层次、降水过程、降水程度的控制。
所述滤水管，其口径与井管相同，潜水含水层和承压含水层中放置的滤水管长度和段数，可根据通用的水文地质计算方法结合工程经验确定，滤水管型式不限，可以是桥式包网滤水管，也可以是其它适用的型式，强度和孔隙率满足工程要求即可。
所述的井管，其口径根据降水需要确定，一般在200～500mm之间选择；井管可采用卷板管或其它强度和耐腐蚀性符合降水工程要求的管材。
所述沉淀管，采用与井管材质和规格相同管材，底部封闭，长度一般为0.5～2.0m。
所述可控止水装置，其具体位置根据实际情况在井管内设定。可控止水装置的型式不限，可以是各种型式的阀门(如锥体式阀门、板式阀门)，也可以是其它止水装置，但无论采用那种止水装置，均应满足下列基本要求：
a、止水装置在井内可以任意开启和关闭；
b、止水装置关闭后不漏水；
c、止水装置通水部分的内径尺寸能够保证顺利下入井泵；
d、止水装置通水部分的内径尺寸能够满足洗井的要求。
所述的成井施工，包括以下步骤：
①成孔：根据地层情况，可以选择各类回转钻机钻井、泥浆护壁或清水护壁成孔。钻孔终孔孔径应大于井管直径400mm，以利于下管和回填滤料。
②下管：采用分段吊装、现场焊接法下管，下入孔内的井管应居中。
③回填滤料、止水段止水材料：
a、先回填承压含水层滤水管段滤料，至预定高度；
b、回填止水段止水材料至预定高度。如采用粘土，宜事先加工成直径2.0～3.0cm球块状，风干至可塑硬塑状缓缓投入。
c、回填潜水含水层滤水管段滤料，至预定高度。
回填滤料和止水粘土时，应边投边测，防止超投。
④封孔：孔口采用普通粘性土或水泥砂浆封填，防止地面雨水等进入井内。
⑤洗井：采用活塞法或其它适用的方法洗井，以保证水路畅通。
所述回填承压含水层、潜水含水层滤水管段滤料，是指：在井管外滤水管所在位置回填滤料(砂)，回填高度不小于滤管长度。滤料规格根据含水层岩性按《供水管井技术规范》(GB50296—99)有关要求确定。
所述止水段高度视隔水层厚度确定，一般与隔水层厚度一致，最小不宜小于1.5m。止水材料可采用粘土(粘土的标准见《岩土工程勘察规范》<GB50021一2001>)，也可采用的渗透系数小于9.0×10-7cm/s其它材料。
所述的降水施工，包括以下步骤：
①成井施工工作完成后，关闭井内止水装置，下入井泵，对潜水含水层进行疏干性降水。
②在基坑开挖至承压水有产生突涌的危险深度(按国家、地方或行业相关规范、规程有关要求确定)时，开启止水装置，抽取承压水，并可继续对潜水含水层进行疏干性降水。抽水过程中，可不断调整井泵在井中的位置，也可以更换井泵，直至降水任务完成。
降水过程中，可随时根据需要，临时关闭井内止水装置，暂停承压水的抽水，仅继续疏干潜水(或停止降水)，但关闭井内止水装置前应将井泵提至止水装置以上位置。当要再次抽取承压水时，打开止水装置，继续抽取承压水以降低水位。此过程可根据需要反复进行，直至降水工作结束。
本发明通过对井结构进行改进性设计和采用相应的降水施工操作程序，将潜水疏干井和承压水降压井的功能合二为一，在同一管井中实现潜水和承压水的可控制分层降水，解决了困扰工程施工行业多年的技术难题，在一定程度上推动了工程施工中地下水控制技术发展；与已有施工方法相比，该方法能大幅度减少降水井的数量，降低工程成本，同时提高了挖土施工进度，方便结构施工；实践证明，采用该施工方法，可减少1/3～1/2的布井数量，节省30～50％的降水施工费用，开挖施工效率也有不同程度地提高，经济效益十分显著；在基坑围护结构未将承压含水层隔断的基坑工程中，采用本施工方法施工能最大限度地减小基坑降水对周围环境的影响。
附图说明
图1为本发明的降水井基本构造及工作原理图；
图2为本发明的降水井结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1示意性的表示了地层结构(潜水含水层、承压含水层、隔水层的相互位置关系)及本发明滤水管、止水段、井内可控止水装置在地层中的基本位置。其中，滤水管必须是两段(或两段以上)，潜水含水层和承压含水层分别有一段(或两段以上)滤水管；止水段必须位于承压含水层顶面以上、潜水含水层底面以下的隔水层中；井内止水装置必须安装在潜水含水层与承压含水层之间的一段井管中。止水段和井内止水装置的作用是隔绝潜水含水层与承压含水层在井内外的水力联系，实现降水的可控制性。
图2为本发明的降水井基本结构设计，表示了滤水管、井管、沉淀管、滤料段、止水段、井内止水阀门、封孔段的位置和相互关系。自下而上分别为：
(1)沉淀管：位于降水井的最底部；
(2)(下段)滤水管：位于承压含水层中，滤水管外回填滤料；
(3)止水段：位于潜水含水层与承压含水层之间的隔水层中；
(4)井内可控止水装置：位于潜水含水层与承压含水层之间一段井管内；
(5)(上段)滤水管：位于潜水含水层中，滤水管外回填滤料；
(6)封孔段：位于井口处井壁与孔壁之间。
某基坑工程开挖深度21.06m，采用地下连续墙围护，地下连续墙深度36.50mm。工程场地分布有潜水和承压水。潜水含水层主要由粉性土构成，水位埋深1.15～1.25m；承压含水层顶面埋深19.59～23.03m，厚度10.5～41.80m，岩性以灰色砂质粉土为主，水位埋深4.5m左右m；潜水含水层与承压含水层之间分布有厚9.0～12.0m粘土层，为隔水层。该工程施工时需疏干潜水含水层中的地下水，并降低承压含水层水位至基坑开挖底面以下0.5～1.5m。经计算，需要降压的基坑开挖深度为10.30m。降水施工共布置了多口可控式一井分层降水管井，以下对其中一口降水井的施工作进一步描述：
1、井结构设计：
根据施工区域地层情况、水文地质条件和施工需要，采用如下设计方案：
(1)井管：采用卷板钢管，井管直径250mm，壁厚3mm，单节长度4.0～5.3m，总长13.3m。
(2)采用三段滤水管设计，使用包网桥式滤水管，与井管同径，单节长度4.0～5.0m。其中潜水含水层中放置两段滤水管，安装的位置是：第一段埋深5.0～9.0m，第二段埋深14.0～18.0m。承压含水层中设置一段滤水管，安装在22.3～27.3m深度。滤水管之间用井管连接。
(3)终孔孔径：为保证下管和填料的顺利进行，终孔孔径采用750mm。
(4)可控式止水装置：安装于潜水含水层与承压含水层之间井管中，深度为19.0m处，采用板式阀门。
(5)止水段：潜水含水层与承压含水层之间隔水层的18.0～20.0m深度处设置止水段，止水材料采用施工用膨润土，其饱和状态下渗透系数小于1.0×10-7cm/s，止水段高度2.0m。
(6)沉淀管：采用与井管相同材质和口径的卷板管，度长度1.0m，底部焊封；
(7)封孔：采用普通粘性土。
2、成井施工：
(1)成孔：选用XY-4—3型钻机钻进，自然造浆护壁成孔。下管前清孔，并将泥浆比重调整至1.05左右，然后开始下管。
(2)下管：采用分段吊装、现场焊接法下管。
(3)回填滤料、止水段止水材料：
a、先回填承压含水层滤水管段滤料，至预定20.5m处，滤料采用天然中粗砂。
b、下部滤料回填完毕后，回填止水段膨润土，至18.5m处。膨润土事先加工成直径2.0～3.0cm球块，风干至可塑～硬塑状缓缓投入。
c、止水段粘土回填后，回填上部(潜水含水层)滤水管段滤料，至4.0m处。
回填滤料和止水粘土时，边投边测，以准确掌握回填高度。
(4)封孔：上部滤料层以上至孔口，采用普通粘性土封填。见图2中封孔段。
(5)洗井：采用活塞法洗井，洗至水清、砂净，水路畅通。洗井后用空压机吹出底部沉泥。
3、降水运行：
(1)成井施工完成后，关闭井内止水装置，下入QDX3—35—2.2潜水泵，于开工前15天对潜水含水层进行疏干性降水，基坑开挖时潜水水位已降至12.0m以下。
(2)在基坑开挖至10.0m时，开始抽取下部承压含水层地下水。先提出原下入的潜水泵，换入15kw深井泵，打开止水装置，开泵抽取承压水进行降压和降水。降水过程中，每天对出水量和地下水位进行观测。
该工程在开挖后第16天已完成潜水疏干性降水。此后的承压水降压、降水工作，根据水位观测结果，通过停泵和开泵控制地下水位，与开挖进度保持一致。第72天开挖至基坑底面，第89天底板结构施工完成并达到强度要求，开始封井，降水任务完成。
Claims (10)
1、一种可控式一井分层降水施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)降水井采用两段或者两段以上滤水管设计，潜水含水层和承压含水层中分别有一段或多段滤水管，滤水管与滤水管之间采用井管连接；
(2)降水井施工时，在井内，潜水含水层与承压含水层之间的一段井管中安装可控止水装置，用该可控止水装置隔绝潜水和承压水在井内的联系，实现降水的可控制性；
(3)成井施工时，在井管外的井壁与孔壁之间、潜水含水层与承压含水层之间的隔水层处设置止水段，用该止水段隔绝潜水含水层与承压含水层在井外的水力联系；
(4)降水施工时，先进行潜水疏干性降水，在基坑开挖至承压水有产生突涌的危险深度时，开启井内止水装置，抽取承压水，并可继续对潜水含水层进行疏干性降水；抽水过程中，通过止水装置反复开启和关闭，实现对降水层次、降水过程、降水程度的控制。
2、根据权利要求1所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述的井管，其口径在
200～500mm之间选择。
3、根据权利要求1所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述滤水管，其口径与井管相同。
4、根据权利要求1所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述可控止水装置，满足下列条件：
a、止水装置在井内能任意开启和关闭；
b、止水装置关闭后不漏水；
c、止水装置通水部分的内径尺寸能够保证顺利下入井泵；
d、止水装置通水部分的内径尺寸能够满足洗井的要求。
5、根据权利要求1所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述的成井施工，包括以下步骤：
①成孔：钻孔终孔孔径大于井管直径；
②下管：采用分段吊装、现场焊接法下管，下入孔内的井管应居中；
③回填滤料、止水段止水材料；
④封孔：孔口采用普通粘性土或水泥砂浆封填，防止地面雨水进入井内；
⑤洗井。
6、根据权利要求5所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述③回填滤料、止水段止水材料，包括以下步骤：
a、先回填承压含水层滤水管段滤料，至预定高度；
b、回填止水段止水材料至预定高度；
c、回填潜水含水层滤水管段滤料，至预定高度；
回填滤料和止水材料时，边投边测，防止超投。
7、根据权利要求5或6所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述止水段，其高度与隔水层厚度一致，最小为1.5m；所述止水材料采用粘土，或采用渗透系数小于9.0×10-7cm/s的粘土外的材料。
8、根据权利要求7所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述止水材料为粘土时，事先加工成直径为2.0～3.0cm球块状，风干至可塑硬塑状缓缓投入。
9、根据权利要求1所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，所述的降水施工，包括以下步骤：
①成井施工工作完成后，关闭井内止水装置，下入井泵，对潜水含水层进行疏干性降水；
②在基坑开挖至承压水有产生突涌的危险深度时，开启止水装置，抽取承压水，并可继续对潜水含水层进行疏干性降水；抽水过程中，调整井泵在井中的位置，或更换井泵，直至降水任务完成；
在降水过程中，可随时临时关闭井内止水装置，暂停承压水的抽水，仅继续疏干潜水或停止降水，但关闭井内止水装置前应将井泵提至止水装置以上位置；当要再次抽取承压水时，打开止水装置，继续抽取承压水以降低水位；此过程反复进行，直至降水工作结束。
10、根据权利要求1所述的可控式一井分层降水施工方法，其特征是，在所述的降水井的最底端设置沉淀管，所述沉淀管采用与井管材质和规格相同管材，底部封闭，长度为0.5～2.0m。
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