CN107816051A - 承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，本方法相较于现有技术中需要同时布置疏干井和降压井的施工方式，使用单井就能够完成传统技术中需要两口井才能达到的技术效果，实现使用单井完成对包含潜水含水层、承压潜水层的地层的同时降水，实现了降低工程成本、改善对地下水的环境友好性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及降水井领域，具体涉及承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法。
背景技术
降水井是为降低地下水位打的井，打完后放入水泵抽取地下水，降低地下水的水位，是保证基坑顺利施工的措施之一。现有的深井降水技术，一般会根据基坑开挖深度和含水层的不同，选用疏干井或者降压井分别设置的降水减压方案，即在潜水含水层采用疏干井降低潜水，在承压含水层采用降压井降低承压水。一旦遇到工程现场具有承压性的潜水层，现有技术中只能够在该层影响范围内同时布置疏干井和降压井，以起到疏干潜水及降低承压水水头压力的作用，但这样势必造成布井过多，导致施工成本极高，同时也对工地周边地下水环境带来负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，以解决现有技术中在基坑施工时对于具有承压性的潜水层需要布置较多降水井的问题，实现降低施工成本、保护地下水环境的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，包括以下步骤：
(a)确定钻井孔位，在井口处插入护筒至土层中，护筒顶端距离地面0.1～0.3m；护筒外侧与土层之间通过粘性土或草辫子密封；
(b)安装钻机，使钻机正对护筒，钻进至设计深度，钻进过程中的泥浆比重大于地层坍塌压力；
(c)逐渐向井内替入低密度泥浆循环调浆，直至井内泥浆比重比钻进过程中的泥浆比重低0.05～0.1g/cm3，待返出的泥浆内不含泥沙后，起钻；
(d)连续下入井管至井底，设置井管正对潜水含水层、承压含水层的部分均为滤水管，每段滤水管的上下两端均套设扶正器；
(e)在井管内下入小钻杆至距离井底0.3～0.5m深度，向小钻杆内泵入泥浆循环，使泥浆从井管与井壁之间的环空返出进行排沙，之后泵入滤料，使滤料进入井管与井壁之间的环空中；
(f)在小钻杆上端连接空压机，使用空压机从井内抽水洗井，直至能够从井内抽出地层水，之后提出钻杆，下入活塞至井底，自下而上对井管内进行活塞洗井；
(g)分别下入潜水泵至潜水含水层、承压含水层，在井口连接好潜水泵的排水管线；并在井口设置抽取井内压力的真空泵，封闭井口。
针对现有技术中在基坑施工时对于具有承压性的潜水层需要布置较多降水井的问题，本发明提出一种承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，本方法首先在确定需要设置降水井的位置插入护筒，使得护筒比地面高出0.1～0.3m，护筒外侧与土层之间通过粘性土或草辫子密封。通过护筒提供标记和定位，同时对井口部位进行保护，防止杂物入井造成事故。之后安装钻机，使得钻机的钻头端从护筒中进入地层开始钻孔，进过程中确保泥浆比重大于地层坍塌压力，以确保井壁稳定减少掉块、预防坍塌。钻进至设计深度后，逐渐向井内替入低密度泥浆循环调浆，直至井内泥浆比重比钻进过程中的泥浆比重低0.05～0.1g/cm3，同时返出的泥浆内不含泥沙，避免在等待下管的过程中井壁由于静止而产生大面积的泥饼，影响后续的下管作业，本方案通过降低泥浆中含沙量、含泥量和黏土矿物含量的方法，从根源上减少泥饼生产的几率，更是能够预防大面积的成片泥饼的生成，以此确保下管过程中的工程安全，降低工程隐患。起钻后立即开始下井管作业，以降低井内静止时间。其中，由于本发明是针对于具有承压性的潜水层的降水施工，因此所钻井眼会穿过潜水含水层、承压含水层，并且由地质学基础可知，潜水含水层肯定会在承压含水层上方，本发明将井管正对潜水含水层、承压含水层的部分均为滤水管，使得每一段含水层位都能够通过滤水管进行出水。同时，每段滤水管的上下两端均套设扶正器，以保证滤水管能居中并放在含水层范围内。其中，从工程上考虑，下井管过程应连续进行，不得中途停止，如因机械故障等原因造成孔内坍塌或沉淀过厚，应将井管重新拔出，扫孔、清孔后重新下入，严禁将井管强行插入坍塌孔底。井管下入到位后在井管内下入小钻杆至距离井底0.3～0.5m深度，向小钻杆内泵入泥浆循环，使泥浆从井管与井壁之间的环空返出进行排沙，此时泥浆携带沉积在井底的沉砂从井管与孔壁的环空内返出，再次对井筒内部进行清理。之后泵入滤料，使滤料进入井管与井壁之间的环空中；其中滤料的泵入优选小泵冲缓慢泵入，防止压力激动过大导致地层被压裂、导致各含水层之间的互窜等情况出现。滤料进入环空后，能够对官网进行过滤，从而对从滤水管处进入井管内的地层水进行过滤处理，将地层泥沙挡在管外，避免泥沙从滤水管中进入管内对水泵等设备造成损伤。滤料优选为顶替至滤水管所处部位即可，本方案中为了降低施工难度与计算量，从而将整个管外环空均充填为滤料。滤料充填完成后，对于地层水的过滤体系已经构建完成，之后在小钻杆上端连接空压机，使用空压机从井内抽水洗井，直至能够从井内抽出地层水，这表明整个井筒已经与含水层相连通，之后提出钻杆，下入活塞至井底，自下而上对井管内进行活塞洗井，对井管内壁进行一次刮洗，除掉井管内壁附着的杂物。同时利用活塞自下而上的进行运动，再次对滤水管处进行抽吸，再次确保与含水层之间的稳定连通，确保具有的降水效果。洗井完成后，分别下入潜水泵至潜水含水层、承压含水层，在井口连接好潜水泵的排水管线；并在井口设置抽取井内压力的真空泵，封闭井口，即完成了对降水井的施工作业。本发明相较于现有技术中需要同时布置疏干井和降压井的施工方式，使用单井完成传统技术中需要两口井才能达到的技术效果。在设置好潜水泵和真空泵后，将井口封闭，使得真空泵抽取井内气体后，井管内部处于负压状态，诱导地层水从本井处流出进入井管内。再由潜水层将地层水抽走排至地面进行处理。由于潜水含水层肯定会在承压含水层上方，因此位于承压含水层所处部位的潜水泵能够始终处于潜水状态，使得其能够保持高效的上水效率，而当水量过大，多个含水层同时出水时，位于上方潜水含水层部位的潜水泵也能够开始工作，从而加速排水速率，确保使用单井完成对包含潜水含水层、承压潜水层的地层的降水效果，实现了降低工程成本、改善对地下水的环境友好性的目的。
优选的，步骤(b)中钻进过程中使用清水自然造浆，通过地面固控设备控制泥浆比重。即是使用清水开钻，钻进过程中随着地层中泥沙、粘性矿物等混入水中，会使得比重快速上升，此时通过地面固控设备如振动筛、离心机等对泥浆中的泥沙等进行适量的清除，即能够有效控制泥浆比重在所需范围内，极大的降低施工成本。
优选的，步骤(b)中钻进至设计井深后，将钻杆上提0.5m，增大排量进行原地冲钻。上提0.5m，是为了避免钻头在井底时没有向下的活动余量，一旦上部发生井塌等突发情况，无法进行反向处理，以此提高钻具在井下时的安全系数。原地大排量冲钻，能够将井底再向下冲出一段距离的孔眼，为沉砂等预留出余长，避免沉砂过多时导致井管无法下到井底的情况出现，使得沉砂或井壁的泥饼等在下落沉积后进入冲出的孔眼内，降低沉砂对设计井深的干扰。
优选的，所述扶正器的最大外径比步骤(b)中所钻孔径小5cm。确保扶正器能够顺利无阻的入井，同时避免扶正器刮落过多的井壁泥饼，为井壁自然生成的泥饼预留出足够的厚度。
优选的，所述滤水管的网孔目数为30～50目。确保对地层细砂具有足够的阻挡隔离效果。
优选的，正对潜水含水层层段的滤料为砂砾；正对承压含水层层段的滤料分为内层和外层，其中内层为瓜米石，外层为砂砾。即是在潜水含水层所处部位的滤料均为砂砾，而位于承压含水层层段的滤料分为了瓜米石和砂砾，其中瓜米石在内、靠近井管外侧，砂砾在外、靠近井壁。通过在位于下部的承压含水层所处位置增加瓜米石，利用其强度高体积小的性能，极大的提高承压能力，从而满足下部更高的承压需求，确保本发明的长期高效的工作。
进一步的，在深基坑施工完成后对本组合井进行封井，所述封井包括以下步骤：
(1)从井口向井管内回填瓜米石至最上层滤水管上方1～1.5m高度；
(2)下入注浆管至瓜米石上方0.8～1.5m高度，其中注浆管上套设与井管内径相同的压板，所述压板距离注浆管底端1.5～2.2m；
(3)井口固定注浆管，注入密度水灰比0.4～0.5的水泥浆，侯凝；达到水泥浆初凝时间后，抽出压板上方的残留水，观察井内水位变化；若2～4小时内水位无明显变化，则进行下一步；若2～4小时内水位上涨明显，则通过预留在井内的注浆管挤注水泥浆，直至满足初凝后2～4小时内水位无明显变化；
(4)在井口割去所有外露井管，管口用金属板焊封。
封井工作是在深基坑施工完成后，无需再使用降水井进行降水时再进行，目的是将降水井彻底封闭。因此首先就是向井管内回填瓜米石，回填至最上层滤水管上方1～1.5m高度处，使得井管内部含水层部位也都充填有瓜米石，从而模拟地层内部的渗透效果，降低对含水层内部地层的影响。之后下入注浆管准备注浆，注浆管上套设与井管内径相同的压板，所述压板距离注浆管底端1.5～2.2m，通过压板对注入的水泥浆进行限位，使得水泥浆上返至压板处时，井上压力增高，从而便于工作人员获知水泥浆已经注入到位。之后井口固定注浆管，注入密度水灰比0.4～0.5的水泥浆，侯凝；达到水泥浆初凝时间后，抽出压板上方的残留水，观察井内水位变化；若2～4小时内水位无明显变化，则井口割去所有外露井管，管口用金属板焊封；若2～4小时内水位上涨明显，则通过预留在井内的注浆管挤注水泥浆，重新侯凝直至满足初凝后，再次观察2～4小时内水位情况，直到水位无明显变化，再井口割去所有外露井管，管口用金属板焊封，以确保对降水井的彻底封死。
进一步的，还包括步骤(h)：在井口周围挖设碎石盲沟。通过碎石盲沟加快表层渗透率，本方案适用于表层虑水率极低的黏土土质、以及雨季较长的地区，能够解决上述地区疏干效率低下的问题，确保疏干效率能干满足工程施工进度的需求。
优选的，所述碎石盲沟的内壁铺设片石材料，所述片石材料的粒径100～600mm；所述碎石盲沟内充填反滤颗粒，所述反滤颗粒的粒径≤50mm，含泥量≤5％，含砂量≤4％。本优选中的碎石盲沟，具有极高的渗透率，同时强度也能够满足工程施工中各种碾压承载要求，因此相较于传统的碎石盲沟，长期使用也无需更换碎石，具有极高的使用寿命。
优选的，钻机所钻孔径比井管外径大250～350mm。确保井管能够顺利的下入至井内，提高安全系数，减小工程隐患。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，相较于现有技术中需要同时布置疏干井和降压井的施工方式，使用单井就能够完成传统技术中需要两口井才能达到的技术效果，实现使用单井完成对包含潜水含水层、承压潜水层的地层的同时降水，实现了降低工程成本、改善对地下水的环境友好性的目的。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，包括以下步骤：(a)确定钻井孔位，在井口处插入护筒至土层中，护筒顶端距离地面0.2m；护筒外侧与土层之间通过粘性土或草辫子密封；(b)安装钻机，使钻机正对护筒，钻进至设计深度，钻进过程中的泥浆比重大于地层坍塌压力；(c)逐渐向井内替入低密度泥浆循环调浆，直至井内泥浆比重比钻进过程中的泥浆比重低0.05g/cm3，待返出的泥浆内不含泥沙后，起钻；(d)连续下入井管至井底，设置井管正对潜水含水层、承压含水层的部分均为滤水管，每段滤水管的上下两端均套设扶正器；(e)在井管内下入小钻杆至距离井底0.5m深度，向小钻杆内泵入泥浆循环，使泥浆从井管与井壁之间的环空返出进行排沙，之后泵入滤料，使滤料进入井管与井壁之间的环空中；(f)在小钻杆上端连接空压机，使用空压机从井内抽水洗井，直至能够从井内抽出地层水，之后提出钻杆，下入活塞至井底，自下而上对井管内进行活塞洗井；(g)分别下入潜水泵至潜水含水层、承压含水层，在井口连接好潜水泵的排水管线；并在井口设置抽取井内压力的真空泵，封闭井口。
实施例2：
承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，在实施例1的基础上，步骤(b)中钻进过程中使用清水自然造浆，通过地面固控设备控制泥浆比重。步骤(b)中钻进至设计井深后，将钻杆上提0.5m，增大排量进行原地冲钻。所述扶正器的最大外径比步骤(b)中所钻孔径小5cm。所述滤水管的网孔目数为40目。正对潜水含水层层段的滤料为砂砾；正对承压含水层层段的滤料分为内层和外层，其中内层为瓜米石，外层为砂砾。钻机所钻孔径比井管外径大300mm。
实施例3：
承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，在实施例1的基础上，还包括步骤(h)：在井口周围挖设碎石盲沟。所述碎石盲沟的内壁铺设片石材料，所述片石材料的粒径100～600mm；所述碎石盲沟内充填反滤颗粒，所述反滤颗粒的粒径≤50mm，含泥量≤5％，含砂量≤4％。
实施例4：
承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，在上述任一实施例的基础上，还包括在深基坑施工完成后对本组合井进行封井，所述封井包括以下步骤：(1)从井口向井管内回填瓜米石至最上层滤水管上方1.5m高度；(2)下入注浆管至瓜米石上方1m高度，其中注浆管上套设与井管内径相同的压板，所述压板距离注浆管底端1.8m；(3)井口固定注浆管，注入密度水灰比0.5的水泥浆，侯凝；达到水泥浆初凝时间后，抽出压板上方的残留水，观察井内水位变化；若2～4小时内水位无明显变化，则进行下一步；若2～4小时内水位上涨明显，则通过预留在井内的注浆管挤注水泥浆，直至满足初凝后2～4小时内水位无明显变化；(4)在井口割去所有外露井管，管口用金属板焊封。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)确定钻井孔位，在井口处插入护筒至土层中，护筒顶端距离地面0.1～0.3m；护筒外侧与土层之间通过粘性土或草辫子密封；
(b)安装钻机，使钻机正对护筒，钻进至设计深度，钻进过程中的泥浆比重大于地层坍塌压力；
(c)逐渐向井内替入低密度泥浆循环调浆，直至井内泥浆比重比钻进过程中的泥浆比重低0.05～0.1g/cm3，待返出的泥浆内不含泥沙后，起钻；
(d)连续下入井管至井底，设置井管正对潜水含水层、承压含水层的部分均为滤水管，每段滤水管的上下两端均套设扶正器；
(e)在井管内下入小钻杆至距离井底0.3～0.5m深度，向小钻杆内泵入泥浆循环，使泥浆从井管与井壁之间的环空返出进行排沙，之后泵入滤料，使滤料进入井管与井壁之间的环空中；
(f)在小钻杆上端连接空压机，使用空压机从井内抽水洗井，直至能够从井内抽出地层水，之后提出钻杆，下入活塞至井底，自下而上对井管内进行活塞洗井；
(g)分别下入潜水泵至潜水含水层、承压含水层，在井口连接好潜水泵的排水管线；并在井口设置抽取井内压力的真空泵，封闭井口。
2.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，步骤(b)中钻进过程中使用清水自然造浆，通过地面固控设备控制泥浆比重。
3.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，步骤(b)中钻进至设计井深后，将钻杆上提0.5m，增大排量进行原地冲钻。
4.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，所述扶正器的最大外径比步骤(b)中所钻孔径小5cm。
5.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，所述滤水管的网孔目数为30～50目。
6.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，正对潜水含水层层段的滤料为砂砾；正对承压含水层层段的滤料分为内层和外层，其中内层为瓜米石，外层为砂砾。
7.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，在深基坑施工完成后对本组合井进行封井，所述封井包括以下步骤：
(1)从井口向井管内回填瓜米石至最上层滤水管上方1～1.5m高度；
(2)下入注浆管至瓜米石上方0.8～1.5m高度，其中注浆管上套设与井管内径相同的压板，所述压板距离注浆管底端1.5～2.2m；
(3)井口固定注浆管，注入密度水灰比0.4～0.5的水泥浆，侯凝；达到水泥浆初凝时间后，抽出压板上方的残留水，观察井内水位变化；若2～4小时内水位无明显变化，则进行下一步；若2～4小时内水位上涨明显，则通过预留在井内的注浆管挤注水泥浆，直至满足初凝后2～4小时内水位无明显变化；
(4)在井口割去所有外露井管，管口用金属板焊封。
8.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，还包括步骤(h)：在井口周围挖设碎石盲沟。
9.根据权利要求8所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，所述碎石盲沟的内壁铺设片石材料，所述片石材料的粒径100～600mm；所述碎石盲沟内充填反滤颗粒，所述反滤颗粒的粒径≤50mm，含泥量≤5％，含砂量≤4％。
10.根据权利要求1所述的承压性潜水含水层深基坑组合井降水施工方法，其特征在于，钻机所钻孔径比井管外径大250～350mm。
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