CN110513045A - 一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置及方法，该装置包括桩头、不锈钢实管、不锈钢透水花管、振动挤土动力设备、反滤排水筛管、组合式栓塞，不锈钢实管下部连接不锈钢透水花管，不锈钢透水花管的管底设置桩头，不锈钢透水花管上设有多个透水孔，不锈钢透水花管内紧贴管壁焊接安装反滤排水筛管，反滤排水筛管在与不锈钢透水花管上的透水孔相连接处向内凹陷形成凹陷槽，组合式栓塞由外侧柱体段水溶性固体材料和内侧弧面段石英砂反滤料两部分构成，柱体段水溶性固体材料嵌入透水孔内，内侧弧面段石英砂反滤料突入凹陷槽内。本发明利用挤土成孔的方法实现快速布置减压井，可为堤防、水库减压井及基坑降水井，起到排泄深层地下水的作用。

Description

一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置及方法
技术领域
本发明涉及堤坝抗洪抢险技术领域，具体是一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置及方法，其利用振动挤入多孔不锈钢井管，双层反滤的新型复合防砂排水减压井挤土成孔，特别适用于堤坝汛期管涌险情应急抢险时应用。
背景技术
我国堤坝工程繁多，堤基(坝基)、堤身(坝体)条件复杂，存在堤坝的基础性能差、堤坝总体质量不高和堤坝建成使用后坑塘现象较严重等问题。这些问题的出现都会导致在汛期河(库)水位迅速上涨情况下，背水侧发生翻砂管涌险情。传统的抢护措施是采用反滤围井或反滤层压盖等方法，若抢护及时基本能够控制险情发展，但需要调配大量的人力及防汛物料。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置及方法，在堤坝管涌险情周边适当位置实施挤土成孔技术来布置新型复合防砂排水减压井，成井迅速，易于形成井群效应，可以快速抽排地下水，降低土体中的孔隙水压力，以缓解并控制管涌险情发展，不需要调配大量人力及防汛物料，方便快捷，见效快。
一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，包括桩头、不锈钢实管、不锈钢透水花管、振动挤土动力设备，不锈钢实管下部连接不锈钢透水花管，所述不锈钢透水花管的管底设置桩头，所述不锈钢透水花管上设有多个透水孔，所述振动挤土动力设备用于将不锈钢透水花管挤入土体内，其特征在于：还包括反滤排水筛管、组合式栓塞，所述不锈钢透水花管内紧贴管壁焊接安装反滤排水筛管，反滤排水筛管在与不锈钢透水花管上的透水孔相连接处向内凹陷形成凹陷槽，所述组合式栓塞由外侧柱体段水溶性固体材料和内侧弧面段石英砂反滤料两部分构成，柱体段水溶性固体材料嵌入透水孔内，内侧弧面段石英砂反滤料突入凹陷槽内。
进一步的，所述反滤排水筛管由冷轧的楔形丝与数组支撑筋缠绕焊接而成，支撑筋呈多边形布置，缠绕焊接的反滤排水筛管外截面接近圆形，上下圈层的楔形丝间距一定空隙以便孔隙水通过而将残余土颗粒阻挡在筛管外。
进一步的，上下圈层的楔形丝间距0.2mm。
进一步的，所述组合式栓塞分作柱体段和弧面段，柱体段进出水口安装40目不锈钢纱网，弧面段由40目不锈钢纱网包裹石英砂反滤料，滤料直径2～5mm，组合式栓塞的柱体段与透水孔焊接牢固。
进一步的，所述不锈钢透水花管上的透水孔呈梅花形布设。
进一步的，所述桩头为铸铁实心圆锥体，桩头与不锈钢透水花管焊接固定。
进一步的，所述水溶性固体材料采用聚乙烯醇颗粒。
进一步的，所述振动挤土动力设备包括振动打桩机、液压动力装置和振动锤，振动打桩机通过液压动力装置与振动锤连接，振动锤与不锈钢实管连接以输送挤土动力。
一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔方法，其特征在于：采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、根据工程要求制备桩头、不锈钢透水花管和不锈钢实管，所述不锈钢透水花管上设有梅花形布设的透水孔，不锈钢透水花管和不锈钢实管焊接连接；
步骤二、制备反滤排水筛管，即由楔形丝缠绕支撑筋焊接后在上下接头处焊接环箍，一并置放进不锈钢透水花管，并与不锈钢透水花管焊接，反滤排水筛管在与不锈钢透水花管上的透水孔相连接处向内凹陷形成凹陷槽；
步骤三、制备组合式栓塞，所述组合式栓塞由外侧柱体段水溶性固体材料和内侧弧面段石英砂反滤料两部分构成，柱体段水溶性固体材料嵌入透水孔内，内侧弧面段石英砂反滤料突入凹陷槽内；
步骤四、根据现场需要，选择合适井点位置，振动挤土动力设备准备完成后在地基内挤入不锈钢透水花管到位后，安装不锈钢实管，继续振动挤入不锈钢实管；
步骤五、不锈钢实管挤入完成后，向管内注水至水溶性固体材料溶解，地下水自管内溢出，管内放置自吸泵进水管不断抽排地下水降低水压力。
进一步的，所述不锈钢实管内注水将填充在透水孔中的组合式栓塞外侧的水溶性材料溶解，为土体中孔隙水提供排水通道，组合式栓塞内侧的石英砂反滤料对孔隙水进行第一次反滤，然后孔隙水通过透水孔到达反滤排水筛管，对孔隙水进行第二次反滤，使孔隙水通过反滤排水筛管缝隙流入管内，而残余土颗粒被阻挡在筛管外，起到防止砂层土颗粒的流失的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过外力以挤土形式成孔，成井迅速，对覆盖层扰动较小，易于形成井群效应；由于井管侧壁透水孔内有组合式栓塞，栓塞的柱体段由水溶性固体材料填充避免透水孔产生“涂抹效应”；栓塞的弧面段由粒径2～5mm石英砂填充，起到反滤排水作用；井管内焊接反滤排水筛管，筛管间隙小，防止井管长时间运行导致细小颗粒砂涌出,栓塞和筛管共同起到反滤排水作用。本发明的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置增强了井孔的反滤排水能力，及时起到降低堤防周边土体水压力作用，尤其适合堤坝防汛期管涌险情发生时抢险使用；同时，区别于以往的反滤围井、反滤层压盖等措施压制管涌口水头，减压井可直接起到消杀水头的作用，亦可用作汛期地下水观测井。
附图说明
图1是本发明一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置其中一个实施例的植入状态纵向剖面示意图；
图2是本发明中反滤排水筛管平面示意图；
图3是图1中的Ⅰ处局部纵向剖面放大示意图；
图4是不锈钢透水花管的平面示意图；
图5是本发明不锈钢透水花管侧壁填充组合栓塞的透水孔处横向剖面示意图；
图6是本发明不锈钢透水花管侧壁无透水孔处横向剖面示意图；
图7是本发明不锈钢实管处横向剖面示意图；
图8是组合式栓塞的平面示意图；
图9是采用本发明新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置进行排水降压方法的流程图。
图中：1—桩头；2—不锈钢透水花管；3—反滤排水筛管；4—组合栓塞；5—透水孔；6—支撑筋；7—楔形丝；8—环箍；9—三角筋片；10—不锈钢实管；11—振动锤；12—液压动力装置；13—振动打桩机；14—凹陷槽。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，本发明一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置的其中一个实施例，包括桩头1、不锈钢实管10、不锈钢透水花管2、反滤排水筛管3、组合式栓塞4、振动挤土动力设备，不锈钢实管10为不开孔的实管，不锈钢实管10下部连接不锈钢透水花管2，所述不锈钢透水花管2上设有梅花形布设的透水孔5(如图4所示)，所述不锈钢透水花管2的管底设置铸铁实心圆锥体形成的桩头1。
所述透水孔5内设置组合式栓塞4用以反滤排水，结合图8所示，所述组合式栓塞4由外侧柱体段水溶性固体材料41和内侧弧面段石英砂反滤料42两部分构成，水溶性固体材料41可为聚乙烯醇颗粒，组合式栓塞4结构统一，柱体段水溶性固体材料41与透水孔5直径相同，组合式栓塞4与透水孔5焊接固定。
所述不锈钢透水花管2内紧贴管壁焊接安装反滤排水筛管3，即反滤排水筛管3置于不锈钢透水花管2内部，通过焊接与不锈钢透水花管2相连接，反滤排水筛管3在与不锈钢透水花管2上的透水孔5相连接处向内凹陷形成凹陷槽14。
反滤排水筛管3包括支撑筋6和楔形丝7(如图2所示)，反滤排水筛管3由冷轧的楔形丝7与数组支撑筋6缠绕焊接而成，支撑筋6呈多边形布置，采用全焊技术使每一个相交点线融合焊接。通过支撑筋6支撑、塑形筛管，通过缠绕支撑筋6焊接的楔形丝7实现筛管反滤排水的功能。向管内注水，可以将填充在透水孔5中的组合式栓塞4外侧的水溶性材料41(例如聚乙烯醇)溶解，从而恢复了透水孔5的排水功能，为土体中孔隙水提供了排水通道，另外组合式栓塞内侧为石英砂反滤料42可以对孔隙水进行第一次反滤，将孔隙水的土颗粒阻挡在外；然后孔隙水通过透水孔5到达反滤排水筛管3，由于筛管独特的结构，可以对孔隙水进行第二次反滤，使孔隙水通过筛管缝隙流入管内，而残余土颗粒被阻挡在筛管外，起到防止砂层土颗粒的流失的作用；在管内接自吸泵进水管将水抽出。
缠绕焊接的反滤排水筛管3外截面接近圆形，与透水孔5相同间距布置对应的凹陷槽14，以便组合式栓塞4中的弧面段石英砂反滤料42突入(如图3所示)。
所述振动挤土动力设备包括振动打桩机13、液压动力装置12和振动锤11，振动打桩机13通过液压动力装置12与振动锤11连接，振动锤11与不锈钢实管10连接，输送挤土动力。本发明利用挤土成孔的方法实现快速布置减压井，可为堤防、水库减压井及基坑降水井，起到排泄深层地下水的作用。
本发明还提供一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔方法，其采用上述装置进行，如图9所示，其步骤如下：
步骤一、根据工程要求制备铸铁实心圆锥体作为桩头1，制备不锈钢透水花管2和不锈钢实管10，所述不锈钢透水花管2(即不锈钢透水花管)上设有梅花形布设的透水孔5，不锈钢透水花管2和不锈钢实管10采用三角筋片焊接连接；
步骤二、制备反滤排水筛管3，楔形丝7缠绕支撑筋6焊接后在上下接头处焊接环箍，一并置放进不锈钢透水花管2，并与不锈钢透水花管2焊接，反滤排水筛管3在与不锈钢透水花管2上的透水孔5相连接处向内凹陷形成凹陷槽14；
步骤三、制备组合式栓塞4，所述组合式栓塞4由外侧柱体段水溶性固体材料41和内侧弧面段石英砂反滤料42两部分构成，组合式栓塞4像螺栓样嵌入透水孔5内，并焊接固定，其中柱体段水溶性固体材料41与透水孔5直径相同，柱体段水溶性固体材料41嵌入不锈钢透水花管2的透水孔5内，弧面段石英砂反滤料42突入凹陷槽14内；
步骤四、根据现场需要，选择合适井点位置，振动挤土动力设备准备完成后在地基内挤入不锈钢透水花管2到位后，安装不锈钢实管10，继续振动挤入不锈钢实管10；
步骤五、不锈钢实管10挤入完成后，向管内注水至水溶性固体材料41溶解，地下水自管内溢出，管内放置自吸泵进水管不断抽排地下水降低水压力。
下面通过一个具体实例对本发明的结构和原理进行详细说明：
1.根据工程实际地层特征制备不锈钢透水花管2和不锈钢实管10，本实例中不锈钢透水花管2和不锈钢实管10各6m，管径89mm。
桩头1和不锈钢透水花管2牢固焊接，通过焊接将不锈钢透水花管2和反滤排水筛管3连接，将组合式栓塞4塞入不锈钢透水花管2的透水孔5和对应的反滤排水筛管4凹陷处；
桩头1为铸铁实心圆锥体，圆锥角15度，底面直径89mm；不锈钢透水花管2外径89mm，壁厚10mm，开孔率12％，管壁透水孔直径20mm，一次施工可逐步焊接加长至18m；
反滤排水筛管3由楔形丝7缠绕边长为3.5mm的方形支撑筋6而成，其中支撑筋6有24根，楔形丝7的截面中上、下底边长0.8mm、2.3mm，高2.4mm，每缠支撑筋6一圈，与支撑筋6接触的24个接触点都进行精确焊接，上下圈层的楔形丝间距0.2mm，外径69mm，反滤排水筛管3两端焊接环箍后置于单节不锈钢透水花管2内部，并与不锈钢透水花管2焊接连接；在不锈钢透水花管2侧壁透水孔5与反滤排水筛管3接触处，反滤排水筛管3向内凹陷形成凹陷槽14，形状为直径为20mm的半球面，不锈钢透水花管2侧壁透水孔5和反滤排水筛管4的凹陷槽14作组合式栓塞4填充使用；组合式栓塞4为加工完成的标准件，分作柱体段和弧面段(例如半球面段)，组合式栓塞4的柱体段进出水口安装40目不锈钢纱网43，中间包裹水溶性固体材料41—聚乙烯醇颗粒，弧面段也由不锈钢纱网包裹石英砂反滤料42，滤料直径2～5mm，弧面段为40目不锈钢纱网。组合式栓塞4的柱体段与透水孔5焊接牢固。
2.选定挤入位置并安装好振动打桩机13，不锈钢透水花管2、不锈钢实管10的垂直度必须严格控制，不锈钢透水花管2、不锈钢实管10的垂直度偏差不得超过5％，并保证不锈钢透水花管2、不锈钢实管10振动打入速度；挤入不锈钢透水花管2后，连接不锈钢实管10，可采用现场加三角筋片焊接连接固定，继续挤入不锈钢实管10。
3.不锈钢实管10挤入完成后，向管内注水溶解水溶性固体材料41(聚乙烯醇颗粒)，疏通排水通道待不锈钢实管自流出水后，管内安装自吸泵进水管，抽排地下水，进一步消杀水头，控制管涌口出水。
4.按上述方法进行下一根减压井的施工。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，包括桩头(1)、不锈钢实管(10)、不锈钢透水花管(2)、振动挤土动力设备，不锈钢实管(10)下部连接不锈钢透水花管(2)，所述不锈钢透水花管(2)的管底设置桩头(1)，所述不锈钢透水花管(2)上设有多个透水孔(5)，所述振动挤土动力设备用于将不锈钢透水花管(2)挤入土体内，其特征在于：还包括反滤排水筛管(3)、组合式栓塞(4)，所述不锈钢透水花管(2)内紧贴管壁焊接安装反滤排水筛管(3)，反滤排水筛管(3)在与不锈钢透水花管(2)上的透水孔(5)相连接处向内凹陷形成凹陷槽(14)，所述组合式栓塞(4)由外侧柱体段水溶性固体材料(41)和内侧弧面段石英砂反滤料(42)两部分构成，柱体段水溶性固体材料(41)嵌入透水孔(5)内，内侧弧面段石英砂反滤料(42)突入凹陷槽(14)内。
2.如权利要求1所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，其特征在于：所述反滤排水筛管(3)由冷轧的楔形丝(7)与数组支撑筋(6)缠绕焊接而成，支撑筋(6)呈多边形布置，缠绕焊接的反滤排水筛管(3)外截面接近圆形，上下圈层的楔形丝(7)间距一定空隙以便孔隙水通过而将残余土颗粒阻挡在筛管外。
3.如权利要求2所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，其特征在于：上下圈层的楔形丝(7)间距0.2mm。
4.如权利要求1所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，其特征在于：所述组合式栓塞(4)分作柱体段和弧面段，柱体段进出水口安装40目不锈钢纱网，弧面段由40目不锈钢纱网包裹石英砂反滤料(42)，滤料直径2～5mm，组合式栓塞(4)的柱体段与透水孔(5)焊接牢固。
5.如权利要求1所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，其特征在于：所述不锈钢透水花管(2)上的透水孔(5)呈梅花形布设。
6.如权利要求1所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，其特征在于：所述桩头(1)为铸铁实心圆锥体，桩头(1)与不锈钢透水花管(2)焊接固定。
7.如权利要求1所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，其特征在于：所述水溶性固体材料(41)采用聚乙烯醇颗粒。
8.如权利要求1所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔装置，其特征在于：所述振动挤土动力设备包括振动打桩机(13)、液压动力装置(12)和振动锤(11)，振动打桩机(13)通过液压动力装置(12)与振动锤(11)连接，振动锤(11)与不锈钢实管(10)连接以输送挤土动力。
9.一种新型复合防砂排水减压井挤土成孔方法，其特征在于：采用权利要求1-8中任一项所述装置进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、根据工程要求制备桩头(1)、不锈钢透水花管(2)和不锈钢实管(10)，所述不锈钢透水花管(2)上设有梅花形布设的透水孔(5)，不锈钢透水花管(2)和不锈钢实管(10)焊接连接；
步骤二、制备反滤排水筛管(3)，即由楔形丝(7)缠绕支撑筋(6)焊接后在上下接头处焊接环箍，一并置放进不锈钢透水花管(2)，并与不锈钢透水花管(2)焊接，反滤排水筛管(3)在与不锈钢透水花管(2)上的透水孔(5)相连接处向内凹陷形成凹陷槽(14)；
步骤三、制备组合式栓塞(4)，所述组合式栓塞(4)由外侧柱体段水溶性固体材料(41)和内侧弧面段石英砂反滤料(42)两部分构成，柱体段水溶性固体材料(41)嵌入透水孔(5)内，内侧弧面段石英砂反滤料(42)突入凹陷槽(14)内；
步骤四、根据现场需要，选择合适井点位置，振动挤土动力设备准备完成后在地基内挤入不锈钢透水花管(2)到位后，安装不锈钢实管(10)，继续振动挤入不锈钢实管(10)；
步骤五、不锈钢实管(10)挤入完成后，向管内注水至水溶性固体材料(41)溶解，地下水自管内溢出，管内放置自吸泵进水管不断抽排地下水降低水压力。
10.如权利要求9所述的新型复合防砂排水减压井挤土成孔方法，其特征在于：所述不锈钢实管(10)内注水将填充在透水孔(5)中的组合式栓塞(4)外侧的水溶性材料(41)溶解，为土体中孔隙水提供排水通道，组合式栓塞内侧的石英砂反滤料(42)对孔隙水进行第一次反滤，然后孔隙水通过透水孔(5)到达反滤排水筛管(3)，对孔隙水进行第二次反滤，使孔隙水通过反滤排水筛管(3)缝隙流入管内，而残余土颗粒被阻挡在筛管外，起到防止砂层土颗粒的流失的作用。
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