CN102587345A

CN102587345A - 基于水位控制的多波次叠加间歇式回灌工法

Info

Publication number: CN102587345A
Application number: CN2012100752305A
Authority: CN
Inventors: 王建秀; 吴远斌; 司鹏飞; 谷雪影; 吴治厚
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: CN102587345B

Abstract

本发明涉及一种基于水位控制的多波次叠加间歇式回灌工法，在保证达到回灌目标的前提下，最大程度提高回灌效率。具体步骤包括：（1）通过现场抽水试验确定降水回灌目的地层的相关水文地质学参数，包括渗透系数、储水系数等；（2）使用数值模拟软件进行相关地层的参数反演，确定该地层的参数；（3）进行单井、群井现场回灌试验及数值模拟，验证模型，同时确定最优回灌方式、回灌频率、单次回灌间隔时间；（4）回灌方案的数值模拟，优化回灌方案；（5）现场回灌，同时根据需要布置若干观测井。该方法原理明确，适应性强，可在原有回灌设备的条件下，通过改变回灌工法而提高回灌效率，同时，通过观测井对回灌水位的监测来控制回灌，达到最大限度控制地表沉降与基坑安全的双重目的，是一种经济的工法。<u/>

Description

基于水位控制的多波次叠加间歇式回灌工法

技术领域

本发明属于主要用于市政工程、工业与民用建筑工程深基坑降水领域，具体涉及一种基于水位控制的多波次叠加间歇式回灌工法。

背景技术

目前越来越多的超大超深基坑施工中，在基坑开挖时无法避免长时间抽取地下承压水。而长时间抽取地下水对周围地质环境将产生强烈的扰动，主要表现在：基坑周围地面产生沉降，对周边原有建筑物、地下管线、轨道交通等产生严重影响。因此，为减少深基坑降水工程对周围地质环境的扰动，减少地面沉降量，通常在深基坑降水工程中和工程结束后，需对地面沉降进行有效控制。目前，进行地下水回灌是控制地面沉降最有效的方法。然而，现有的地下水回灌工法中存在以下问题：在基坑降水回灌工程中，普遍采用单波次长时间回灌工法，存在回灌效率低下、坑内水位难以降低、基坑安全等问题。

本发明在现有设备基础上提高回灌效率，并最大程度稳定基坑外水位。不但降低了工程成本，而且减弱了基坑周围的地面沉降、确保基坑安全。

对现有的技术文献检索发现，功能要求与本发明相似的提高回灌效率的技术主要是通过改进回灌井结构，提高回灌效率。如上海长凯岩土工程有限公司的地下水回灌井（专利号：CN201367577Y）中所提出的一种新型地下水回灌井；王荣华的新结构的回灌装置及实施方法（专利号：CN101261053A）中所提出的装在回灌水管末端的静动压能转换器。但是这些专利都没有考虑到回灌工法对回灌效率的影响。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明所要解决的技术问题是在现有设备基础上，提供一种基于水位控制的多波次叠加间歇式回灌工法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的基于水位控制的多波次叠加间歇式回灌工法，具体步骤如下：

(1)、现场岩土工程勘察、水文地质勘察，查明回灌场地的工程地质水文地质条件，选取场地进行现场抽水试验，确定需进行降压含水层的水文地质参数（如渗透系数、储水系数等）以及坑内安全控制水位和坑外回灌目标；

(2)、使用相关数值软件进行含水层水文地质参数反演，使获得的数据(包括减压层的水平与竖直方向上的渗透系数、储水系数)更接近现场条件；

(3)、根据岩土工程勘察及水文地质勘察资料建立现场三维数值模型，需进行降压的含水层水文地质参数取步骤(2)中参数反演的结果；

进行单井回灌或群井回灌数值模拟，在基坑外靠近保护建筑的适当地方布置回灌井，在基坑内减压井工作情况下，进行相关工况模拟，包括：①集中回灌与多波次回灌比较：在总的回灌时间（取单波次回灌条件下达到稳定峰值水位的最短时间）相同前提下，比较集中回灌与多波次(取值大于1)回灌结束后的稳定水位（如图3、图4）；②回灌频次：以1、5、10,15个短波次回灌（回灌时间分别为上一工况中总回灌时间的1/1,1/5,1/10,1/15）为一个工况，比较回灌结束后的稳定水位，并给出回灌频次与回灌结束后的稳定水位关系（如图5），确定最优回灌频次；③单次回灌间隔：首先查明单波次回灌后水位消散变化规律，然后在多波次回灌条件下，以回灌结束后水位降为回灌期间峰值的80%、60%、50%、40%、30%时所需时间为单次回灌间隔时间进行模拟，比较回灌结束后的稳定水位，确定最优单次回灌间隔时间；

同时，由于现场地质条件的复杂性，需进行现场单井、群井回灌试验，验证数值模型的正确性，现场试验工况与数值模拟中的工况一致。

(4)、根据现场试验、数值模拟结果设计回灌方案，同时进行数值模拟优化；

(5)、进行现场回灌，同时根据需要布置若干观测井。

本发明中，所述的现场抽水试验为常规抽水试验。

本发明中，所述的参数反演、数值模拟软件为常用的地下水渗流软件，如AquiferTest，Visual Modflow Pro， GMS等。

本发明中，所述的单井、群井现场回灌试验为常规回灌试验，但回灌工况需与数值模拟的一致。

本发明中，所述的观测井为短滤管观测井，并设置在回灌目的层或需重点关注水位的地层。其布置位置根据工程需要进行布置。

本发明的有益效果在于：该方法原理明确，适应性强，可在原有回灌设备的条件下，通过改变回灌工法而提高回灌效率，同时，通过观测井对回灌水位的监测来控制回灌，达到最大限度控制地表沉降与基坑安全的双重目的，是一种经济的工法。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是单井现场回灌试验、数值模拟示意图。

图3是单波次长时间回灌示意图。

图4是多波次回灌示意图。

图5是回灌频率与水位抬升之间的关系示意图。

具体实施方式

下面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。

实施例1：以某地区现场单井回灌试验为例，具体应用按以下步骤进行：

步骤一，现场地质勘探：在回灌试验影响范围内地层分为8层，分别是①层人工填土底板标高2.03m，层厚1.5m；②₁层粉质粘土底板标高0.63m，层厚1.4m；②₃层砂质粉土底板标高-3.97m，层厚4.6m；③层淤泥质粉质粘土底板标高-6.97m，层厚3m；④层淤泥质土底板标高-12.47m，层厚5.5m；⑤_1-1层粘土底板标高-18.17m，层厚3.2m；⑤_1-t层砂质粉土底板标高-24.97m，层厚9.7m；⑤₂层粘质粉土夹粉质粘土底板标高-48.07m，层厚23.1m。回灌目的层为⑤_1-t层砂质粉土。所建设的微承压含水层回灌井，井深35.5m，滤管位置21.02～29.02m，滤水管长度为8m。

步骤二，现场抽水试验，测得渗透系数、储水系数分别为1.76×10^-3 cm/s，5.0×10^-4 1/m。

步骤三，利用地下水专业渗流软件Visual Modflow Pro进行参数反演，水平方向、竖直方向渗透系数、储水系数反演结果分别为1.46×10-3 cm/s，8.70×10-4 cm/s，4.12×10-4 1/m。

步骤四，根据工程需要确定回灌目标，即抬高水位的幅度。

步骤五，利用地下水专业渗流软件Visual Modflow Pro进行数值模拟，共模拟了三种工况，分别为多波次回灌与长时间单波次回灌、回灌频次与回灌间隔。

其中，多波次回灌与长时间单波次回灌工况中，两种回灌方式的总回灌时间相同，比较回灌稳定后的稳定水位，长时间单波次回灌效果图如图3所示，其可能导致的危害包括，坑内水头难以降低、坑底突涌、对基坑周边建筑的地下防水设施产生影响等。多波次回灌效果图如图4所示，其中时间Δt为回灌间隔即单个回灌波次中回灌结束后水位恢复时间；

回灌频次工况中，共进行了回灌波次为1、5、10、15等四次模拟，比较各工况的稳定水位，建立水位抬升幅度与回灌频次之间的关系式H = 0.29498 f ^0.40163，并且R2 = 0.97264（见图5），结合现场施工便利性及该关系式，可认为回灌频次为5时的回灌效率较优；

回灌间隔工况中，共进行了回灌间隔分别为水位降低到峰值水位的80%、60%、50%、40%、30%时所需时间等5次模拟，比较各工况的稳定水位发现，单次回灌后的恢复时间取为水位降为峰值水位50%的所需时间时回灌效果最好。

最终，模拟结果显示多波次、单次回灌间隔为水位降低到峰值50%所需时间、回灌频率为5的回灌方案的回灌效率最高。以上结果为单井回灌的模拟结果，而回灌方案一般为群井回灌，因此，根据单井回灌的模拟结果确定单井影响范围，然后布置回灌井间隔，回灌频次、回灌间隔。最后进行回灌方案的数值模拟，优化回灌方案。

步骤六，根据数值模拟结果，进行现场回灌试验。同时根据现场条件及工程需要布置若干口观测井。

本实施例的效果：在现有设备基础上，通过使用基于水位控制的叠加波式间歇回灌工法的回灌场地，回灌效果明显优于未使用该工法的现场回灌。

Claims

1.一种基于水位控制的叠加波式间歇回灌工法，其特征在于具体步骤如下：

(1)、现场岩土工程勘察、水文地质勘察，查明回灌场地的工程地质水文地质条件，选取场地进行现场抽水试验，确定需进行降压含水层的水文地质参数以及坑内安全控制水位和坑外回灌目标；

进行单井回灌或群井回灌数值模拟，在基坑外靠近保护建筑的适当地方布置回灌井，在基坑内减压井工作情况下，进行相关工况模拟，包括：①集中回灌与多波次回灌比较：在总的回灌时间相同前提下，取单波次回灌条件下达到稳定峰值水位的最短时间，比较集中回灌与多波次回灌结束后的稳定水位；②回灌频次：以1、5、10,15个短波次回灌为一个工况，回灌时间分别为上一工况中总回灌时间的1/1,1/5,1/10,1/15，比较回灌结束后的稳定水位，并给出回灌频次与回灌结束后的稳定水位关系，确定最优回灌频次；③单次回灌间隔：首先查明单波次回灌后水位消散变化规律，然后在多波次回灌条件下，以回灌结束后水位降为回灌期间峰值的80%、60%、50%、40%、30%时所需时间为单次回灌间隔时间进行模拟，比较回灌结束后的稳定水位，确定最优单次回灌间隔时间；

同时，由于现场地质条件的复杂性，需进行现场单井、群井回灌试验，验证数值模型的正确性，现场试验工况与数值模拟中的工况一致；

(5)、进行现场回灌，同时根据需要布置若干观测井。

2.根据权利要求1所述的基于水位控制的叠加波式间歇回灌工法，其特征在于所述的现场抽水试验为常规抽水试验。

3.根据权利要求1所述的基于水位控制的叠加波式间歇回灌工法，其特征在于所述的参数反演、数值模拟软件为常用的地下水渗流模拟软件。

4.根据权利要求1所述的基于水位控制的叠加波式间歇回灌工法，其特征在于所述的单井、群井现场回灌试验为常规回灌试验，但回灌工况需与数值模拟的一致。

5.根据权利要求1所述的基于水位控制的叠加波式间歇回灌工法，其特征在于所述的观测井为短滤管观测井，并设置在回灌目的层或需重点关注水位的地层。