CN101713197A - 一种基坑降压井的封井方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基坑降压井的封井方法，涉及深基坑降压井封堵。所述封井方法包括以下步骤：①将注浆管下入井管内至承压水层I，注浆管的底端与井管底端之间留有间隙；②充填瓜子片至稳定隔水层I和承压含水层I界面上；③在充填好的瓜子片层上安装封闭环；④向封闭环上方的井管内浇筑素混凝土；⑤利用注浆管对封闭环下方的井管压力注浆，充分封堵稳定隔水层I和承压含水层I界面处井管与井孔间空隙；⑥对整个基坑底板进行地板砼浇筑。本发明的有益效果在于：实施简单、工序简化、费用未增加，关键是降压井在稳定隔水层I和承压含水层I界面处封堵彻底，不存在承压水渗漏的风险。

Description

一种基坑降压井的封井方法

技术领域

本发明涉及基坑降压井，尤其涉及一种深基坑降压井的封井方法。

背景技术

在人口密集度较大的城市，有限的土地资源使得人均土地使用面积非常小，因此现代建筑越来越有向空中和地下发展的趋势，尤其是地下工程，近年来发展的非常快。地下建筑施工一般要开挖基坑，基坑是建筑基础开挖的临时性坑井，其作用是提供一个空间，使基础的砌筑作业得以按照设计所指定的位置进行。

由地表向下，根据土层特性的不同，依次可分为地表潜水层、稳定隔水层I、承压含水层I、稳定隔水层II、承压含水层II等，各个地层之间的压力在正常状态下是平衡的。但是，当基坑开挖到一定深度，坑底下方的稳定隔水层I与承压含水层I之间的压力平衡被破坏：基坑内承压含水层I上方的覆土被移走、在稳定隔水层I和承压含水层I界面处，承压水向上的顶托水压大于地层向下的土体自重压力。出于受力安全方面的考虑，一般都采用“抽水降压”的施工措施：抽取承压含水层I内的地下水，降低含水层水位标高，使得坑底覆土压力大于等于含水层水压顶托力，以便安全进行基坑底板结构的施工。

以上海为例，上海地区地下承压含水层I的水头水位一般在地面下5～8m，对于深度一般不超过5m的基坑工程，开挖基坑时，由于承压含水层I的水头水位低于基坑底板位置，施工时采用简单的方法进行降压即可，开挖难度不大；而当挖掘深度超过一定深度的深基坑时，就需要抽水降压。

一种普遍采用的降压井结构为：由基坑底板向下开设井底位置在承压含水层I内的井孔，井孔内设有井管，井管顶端伸出井孔外，井管底端为封闭端，位于承压含水层I内的那部分井管侧壁上匀布有滤孔，滤孔段的井管外缠绕有过滤网，由下向上、井管与井孔之间依次填充有砂滤层、粘土球回填层、粘土回填层，其中，水体流动性较好的砂滤层的填充高度是从井底到等于或略高于稳定隔水层I与承压含水层I界面的位置，密封性较好的粘土球回填层、粘土回填层均位于隔水层I与承压含水层I界面上方，承压含水层I内的地下水穿过砂滤层、通过过滤网、滤孔进入井管内部，井管内的水面高度为承压含水层I的水头高度，抽取井管内的承压水可降低含水层水位标高，从而降底承压含水层I向上的水压，当坑底下方稳定隔水层I与承压含水层I界面处的坑底覆土压力大于等于承压力顶托力时，即承压水对地下结构不构成影响时，便可封闭降压井。

目前，普通采用的封闭降压井的方法是：先在基坑底板上的井管外部装设环形止水板，再浇筑井口附近的基坑地板砼以固定止水板；向井管内填充瓜子片，瓜子片层的顶面I在地表潜水层或稳定隔水层I内、距离基坑底板约1.5～2m的位置处；将注浆管下入井管内，注浆管的底端距离基坑底板约1.0～1.5m，并利用注浆管向井管内注浆至略低于预定地板砼面浇筑高度的位置；在此位置割去多余的井管和注浆管，并在井管管口处焊封铁板，以控制浇注整个基坑内的地板砼时井管水的外溢；最后再对整个基坑内进行地板砼浇筑并找平。

此种封井形式在实际应用中，井口处常出现渗漏水现象，渗漏主要原因有以下几种：

1)注浆管插入井管内深度约1.0～1.5m，井管内注浆封堵的范围也主要是在上部1～3m井管内，由于抽水时计算含水层顶托力是以稳定隔水层I与承压含水层I界面高度为准的，实际封堵界面高于计算界面，实际封堵界面上的覆土少于理论计算量、承压水顶托力相对加大，增加了永久结构渗漏可能性。

2)注浆封堵只限于井管内，对粘泥充填的井孔和井管之间不实之处，即粘土球回填层、粘土回填层，没有任何注浆封堵措施。降压井停止抽水后，水位恢复到初始水位，井孔和井管之间充填不实之处的空隙就形成了承压水上升的通道，严重的情况水压可直至基坑内永久结构的底板。

由此导致的影响：

1)承压水将从井孔与井管之间的空隙，透过稳定隔水层I和上覆土层的联系与地表潜水层的潜水贯通。由于潜水易被污染，承压含水层I的水质环境也会受到影响，且封堵后降压井长期深埋于地下，致使这种影响长期存在。

2)由于承压含水层I的承压水不断沿井管与井孔之间的“通道”渗漏，承压水流失势必造成承压水位的缓慢降低、地面的缓慢沉降。

3)封井的界面仅限于井管内封堵，井孔与井管之间的空隙导致承压水直接渗漏至基坑底板下，基坑内的结构底板永久的处在承压水顶托力下，增加渗漏水的风险。

近年来，随着城市地下空间的开发利用，地下工程增多，至使降压井数量累积剧增，如不能很好的解决以上问题，由此产生的影响会由量变产生质变，带来不可估量的经济损失和对地下水域水质环境的长久影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种在稳定隔水层I与承压含水层I界面附近进行降压井封堵，且封堵后的降压井无渗漏通道的封井方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基坑降压井的封井方法，所述降压井包括由基坑底板向下穿过地表潜水层、稳定隔水层I、到达承压含水层I开设的井孔，井孔内设有井管，井管顶端伸出井孔外，井管底端为封闭端，位于承压含水层I内的那部分井管侧壁上匀布有滤孔，滤孔段的井管外缠绕有过滤网，由下向上、井管与井孔之间依次填充有砂滤层、粘土球回填层、粘土回填层，其中，砂滤层的填充高度是从井底到等于或高于稳定隔水层I与承压含水层I界面的位置，粘土球回填层、粘土回填层均位于隔水层I与承压含水层I界面上方，其特征在于：所述封井方法包括以下步骤：

①将注浆管下入井管内

首先，使井管口外露的顶端低于预定浇筑地板砼面的浇筑高度，

然后，将注浆管下入井管内，注浆管的底端在承压含水层I内，且注浆管的底端与井管底端之间留有间隙；

②充填瓜子片

注浆管位置安置好后，向井管与注浆管之间间隙充填细石瓜子片，充填好的瓜子片层顶面位于稳定隔水层I和压含水层I界面上；

③安装封闭环

将封闭环由井管管口送到瓜子片层顶面，封闭环与井管、注浆管之间无渗漏安装；

④井管内浇筑素混凝土

封闭环安装到位后，由井管顶端开口向下在井管内灌注素混凝土，灌注好的素混凝土层顶面位于基坑底板和井管顶端之间；

⑤注浆

待井管内浇注素混凝土凝固后，利用注浆管对井管、井孔进行注浆：

首先，压力浆液从注浆管内进入瓜子片层，

接着，压力浆液反渗过井管壁上的滤孔、过滤网，进入砂滤层，

最后，压力浆液向上到达粘土球回填层、横向到达承压含水层I内；

⑥基坑地板砼浇筑

注浆完成后，割去多余注浆管，按照预定地板砼面高度对整个基坑底板进行地板砼浇筑。

本封井方法先对封闭环上方浇筑素混凝土，完成这部分井管的永久封堵，待混凝土凝固后，再利用注浆管对封闭环下方的井管、井孔内外间隙压力注浆，充填砂滤层内外的空隙，从而在稳定隔水层I和承压含水层I的界面处，封堵住承压水的上溢。

本封井方法中，注浆管深插到承压含水层I内，对应的井孔与井管间空隙填充的是砂滤层，瓜子片层的充填高度高于稳定隔水层I与承压含水层I界面，但充填高度不可过高，以避免封闭环上方浇筑的素混凝土层过浅，在注浆时被压力浆液向上顶动、造成永久封堵结构的破坏。一种优选方案是：瓜子片层的充填高度为高于砂滤层顶面0.2～0.4m。

本方法封井的界面确保在稳定隔水层I与承压含水层I界面处降压井的瓜子片层顶位置；注浆的压力能有效封堵瓜子层段长度内井管内外的边缘空隙，浆液能反渗反穿过滤网孔，充填到井管外的砂滤层、向上直至粘土球回填区、横向至承压含水层I，封堵后的降压井无渗漏通道。

步骤①中，一般是将井管口在低于预定浇筑地板砼面约0.1m高度割去，然后将注浆管下入井管内，注浆管底端与井管底端之间的间隙大小以保证能对瓜子层段长度内井管内外的边缘空隙充分注浆为宜，优选注浆管底端与井管底端间的间隙为1m。

步骤③中，封闭环可以是采用橡胶、软木材料、弹性塑料或其它具有类似功能材料加工制成的圆环。封闭环的作用是阻隔上下的联系，阻止在其上方浇筑素混凝土时，素混凝土流入井管内封闭环下的瓜子片充填段，并在注浆时防止压力浆液上蹿过封闭环。

步骤④中，井管内浇筑素混凝土浇注的高度约至基坑底板至井管顶端之间。浇注素混凝土主要是充填封闭环上方的井管内空间，在注浆时有效控制浆液上溢，确保浆液能密实封堵瓜子片层内外的空隙。

步骤⑤中，待步骤④浇筑的素混凝土超过24h凝固后，进行注浆工序。在该条件下注浆，压力能使浆液发力反渗，穿过井管外的滤网到砂滤层，甚至再穿过砂滤层向上至回填粘土不实的空隙、即粘土球回填层处，封实了井孔和井管壁之间、因充填不实产生的上溢通道，确保在稳定隔水层I与承压含水层I界面附近封井隔水。至于注浆压力大小，优选为0.3～0.5MPa，且初期到终期注浆过程应逐步提高压注压力，以便浆液顺利上蹿。

进一步的，考虑到注浆材料以纯水泥浆为主时，易被水稀释而损害固结，加入聚丙烯酰胺凝剂，可以有效防止水泥颗粒瞬间被水稀化，真正发挥水泥凝固化作用，一种优选注浆水泥的组成成份为重量百分比为0.5％～2％聚丙烯酰胺凝剂和98％～99.5％的纯水泥浆。

另一方面，水泥胶结固化后，常有体积缩小之嫌，可能再次出现微小空隙通道使承压水得以机会上蹿。因此，要解决注浆材料的耐久性质量问题，矿渣水泥加石灰拌成的浆液能提供较好的耐久性，通常情况下，矿渣水泥的重量百分比范围为1％～5％，石灰的重量百分比范围为95％～99％。

本发明与现有封井方法相比，其有益效果在于：

①封堵界面位于稳定隔水层I与承压含水层I界面附近，注浆压力能有效封堵该处井管内外的边缘空隙，承压水无法从封堵后的降压井上溢，封堵彻底；

②基坑结构底板处不会受到承压水的顶托力、不会有承压水渗漏的潜在危险，施工时不必在基坑地板砼上专门为降压井增加防水措施；

③承压含水层I与地表潜水不存在联系，可有效避免洁净的承压水被污染；

④承压水不会渗漏，不会导致地面沉降；

⑤本封井方案实施简单、工序简化，不会造成地下工程建设的成本增加。

附图说明

图1为降压井的结构示意图

图2为使用现有方法封井过程中的降压井结构示意图

图3为使用本发明方法封井过程中的降压井结构示意图

图1-3中：1为地表潜水层，2为井管，3为注浆管，4为承压含水层I，5为地板砼面，6为粘土回填层，7为粘土球回填层，8为稳定隔水层I，9为砂滤层，10为焊封铁板，11为管外止水板，12为基坑底板，13为井孔，14为瓜子片层，15为滤网，16为封闭环，17为素混凝土层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1中，降压井包括由基坑底板12向下开设的井孔13，井孔13内设有井管2，井孔13的直径一般为500～600mm，井管2直径一般为200～250mm。井管2顶端伸出井孔13外，井管2底端为封闭端，位于承压含水层I4内的那部分井管2侧壁上匀布有滤孔，滤孔段的井管2外缠绕有过滤网15，由下向上、井管2与井孔13之间依次填充有砂滤层9、粘土球回填层7、粘土回填层6，其中，砂滤层9的顶面位于稳定隔水层I8与承压含水层I4界面上方0～0.5m的范围内，粘土球回填层7、粘土回填层6均位于稳定隔水层I8与承压含水层I4界面上方，降压井内的水位与承压水的水头高度相等。

图2、3中箭头所示方向为浇筑混凝土的流动方向。

图2为目前地下工程降压井封井方案中通常采用的封井结构形式，因为封堵不彻底，承压水可沿井孔13和井管2之间的粘土球回填层7、粘土回填层6上升至基坑底板12下方，严重时可能造成基坑底板12“突水”，故在基坑底板12处的井管2处设置了管外止水板11，以保护基坑地板砼；该封井形式在实际应用中常出现降压井管2渗漏水现象，因此常在管口焊封铁板10，其目的是控制浇注结构地板砼时井管水的外溢。

图3选用的是Φ1-2寸注浆管，注浆管3的底端在承压含水层I4内、与井管2底端之间留有约1m的间隙，井管2与注浆管3之间充填的瓜子片层14顶面高于砂滤层9顶面0.2～0.4m。

本发明与现有封井方法的对比，优点突出、效果明显：

封井方案	封堵界面	结构防水	井孔与井管之间空隙处理	承压含水层I与地表潜水联系	地面沉降	实施难度
							现有	结构底板下约2m位置	需增加管口焊封铁板，管壁外增加止水板	无封堵	可能存在通道联系	有沉降的风险	较复杂
本发明	稳定隔水层I与承压含水层I界面位置	不需防水措施	通过滤网反渗封堵	无联系	无风险	较简单

Claims (8)

1.一种基坑降压井的封井方法，所述降压井包括由基坑底板(12)向下穿过地表潜水层(1)、稳定隔水层I(8)、到达承压含水层I(4)开设的井孔(13)，井孔(13)内设有井管(2)，井管(2)顶端伸出井孔(13)外，井管(2)底端为封闭端，位于承压含水层I(4)内的那部分井管(2)侧壁上匀布有滤孔，滤孔段的井管(2)外缠绕有过滤网(15)，由下向上、井管(2)与井孔(13)之间依次填充有砂滤层(9)、粘土球回填层(7)、粘土回填层(6)，其中，砂滤层(9)的填充高度是从井底到等于或高于稳定隔水层I(8)与承压含水层I(4)界面的位置，粘土球回填层(7)、粘土回填层(6)均位于隔水层I(8)与承压含水层I(4)界面上方，其特征在于：所述封井方法包括以下步骤：

①将注浆管(3)下入井管(2)内

首先，使井管(2)口外露的顶端低于预定浇筑地板砼面(5)的浇筑高度，

然后，将注浆管(3)下入井管(2)内，注浆管(3)的底端在承压含水层I(4)内，且注浆管(3)的底端与井管(2)底端之间留有间隙；

②充填瓜子片

注浆管(3)位置安置好后，向井管(2)与注浆管(3)之间间隙充填细石瓜子片，充填好的瓜子片层(14)顶面位于稳定隔水层I(8)和承压含水层I(4)界面上；

③安装封闭环(16)

将封闭环(16)由井管(2)管口送到瓜子片层(14)顶面，封闭环(16)与井管(2)、注浆管(3)之间无渗漏安装；

④井管(2)内浇筑素混凝土

封闭环(16)安装到位后，由井管(2)顶端开口向下在井管(2)内灌注素混凝土，灌注好的素混凝土层(17)顶面位于基坑底板(12)和井管(2)顶端之间；

⑤注浆

待井管(2)内浇注的素混凝土凝固后，利用注浆管(3)对井管(2)、井孔(13)进行注浆：

首先，压力浆液从注浆管(3)内进入瓜子片层(14)，

接着，压力浆液反渗过井管(2)壁上的滤孔、过滤网(15)，进入砂滤层(9)，

最后，压力浆液向上到达粘土球回填层(7)、横向到达承压含水层I(4)内；

⑥基坑地板砼浇筑

注浆完成后，割去多余注浆管(3)，按照预定地板砼面(5)高度对整个基坑底板(12)进行地板砼浇筑。

2.根据权利要求1所述的基坑降压井的封井方法，其特征在于：所述步骤⑤注浆，注浆压力范围为0.3～0.5MPa，且注浆初期到终期过程中，压注压力逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的基坑降压井的封井方法，其特征在于：所述步骤①将注浆管(3)下入井管(2)内，注浆管(3)底端与井管(2)底端的间隙为1m。

4.根据权利要求1所述的基坑降压井的封井方法，其特征在于：所述步骤②充填瓜子片，瓜子片层(14)的充填高度为高于砂滤层(9)顶面0.2～0.4m。

5.根据权利要求1所述的基坑降压井的封井方法，其特征在于：所述步骤③安装封闭环(16)，封闭环(16)为橡胶环或软木环。

6.根据权利要求1所述的基坑降压井的封井方法，其特征在于：所述步骤⑤注浆，注浆水泥的组成成份包括聚丙烯酰胺凝剂和纯水泥浆，其中，聚丙烯酰胺凝剂的重量百分比范围为0.5％～2％，纯水泥浆的重量百分比范围为98％～99.5％。

7.根据权利要求1所述的基坑降压井的封井方法，其特征在于：所述步骤⑤注浆，注浆水泥的组成成份包括矿渣水泥和石灰，其中，矿渣水泥的重量百分比范围为1％～5％，石灰的重量百分比范围为95％～99％。

8.根据权利要求1所述的基坑降压井的封井方法，其特征在于：所述使井管(2)口外露的顶端低于预定地板砼面(5)浇筑高度的方法是从低于预定地板砼面(5)0.1m的位置割断井管(2)。

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