CN112556783A - 一种静压式地下水位分层量测观测井装置及量测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静压式地下水位分层量测观测井装置及量测方法，所述观测井装置由锥形头、第一滤水管、第一单层变径接头、第一不透水管、双层止水变径接头、第二滤水管、第二单层变径接头、第二不透水管、内管顺次组装形成中空结构；第一滤水管、第二滤水管均包括透水管和滤网组成；各变径接头的螺纹孔处均设有密封圈。本发明通过静力触探贯入设备埋设地下水位观测孔，利用变径设计在含水层处使用小口径滤水管解决透水问题，在隔水层处使用大口径不透水管解决管外止水问题，孔底采用实心锥形头解决贯入及封底问题，还可利用变径接头在管中插管实现分层量测目的。本发明原理简洁，一次成孔，止水效果好，施工速度快，成本低。

Description

一种静压式地下水位分层量测观测井装置及量测方法

技术领域

本发明涉及一种静压式地下水位分层量测观测井装置及量测方法，属于地下水测量技术领域。

背景技术

在岩土工程勘察、水文地质勘察及地下水资源评价过程中，对场地地下水进行水位观测和地下水的长期监测是一个非常重要的内容，它涉及到对基坑降水工程和地下结构抗浮设计和地下水的动态评价等对工程建设有重要影响的方面。在地下水系统中，渗流场的不同位置，其地下水位是变化的，而地质构造是复杂变化的，由于地形地貌，地层分布，构造组合的不同，地下水位更是复杂多变。因而，在岩土工程勘察、水文地质勘察及地下水资源评价过程中经常遇到地下水位分层量测的问题。

传统的地下水位测量方法是采用地质钻机成孔，然后安装制作井管，逐节安装井管，在井管侧壁回填滤料及黏土球，然后进行地下水位观测。但传统的方法施工时间长，成本高，无法保证效果，且一般一孔只能测量一个含水层的水位，因此，遇到需要分层测量地下水位的情况时常通过增设孔来达到目的。现有的较新型的地下水观测方法是利用接静探护管压入后上拔(护管与钻头虚连)来测量地下水位，易造成孔底淤塞，钻头不能回收，而护管上可能造成止水效果差，并可能出现拔不上来的情况，且一般一孔也只能测量一个含水层的水位，因而也需要通过增设孔来进行分层测量。

为了改善上述问题，中国专利公告号为CN 111256777 A的发明专利公开了测量地下水位的水位探头，包括内筒、转接头、外筒和透水石笼，所述内筒内设有进水腔，所述内筒的外壁上设置至少一与进水腔相连通的透水孔，内筒上设置卡凸来控制外筒上下移动，以打开关闭透水孔，同时在下压过程阻止泥土进入探头内部；通过设置透水石笼，保障透水孔打开后，地下水能进入探杆内部，泥土无法进入；通过静压模式，让探杆与周边地基土紧密接触，当存在多个地下含水层时，起到隔断其它含水层，只测量目标含水层的目的。但是该发明的结构较为复杂，且采用内外筒上下移动的方式打开或关闭透水孔，其密封性差，容易导致止水效果不佳，此外，进行分层测量时，各结构组装起来较为不便，施工成本也较大。

因此，有必要通过研究提供一种静压式地下水位分层量测观测井装置及量测方法，以解决上述问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种静压式地下水位分层量测观测井装置及量测方法，本发明使用常用静力触探贯入设备埋设地下水位分层量测观测井装置，利用变径设计在含水层处使用小口径带滤网透水管解决透水问题，在隔水层处使用大口径不透水管解决管外止水问题，孔底采用稍大直径的实心锥形头解决贯入及封底问题。需分层量测时，在管中插管，利用变径装置，在变径处采用密封圈进行分层止水，从而达到分层量测地下水位的目的。

本发明的装置和方法适用于5～40米深的地下水位和排水测量。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

本发明的第一个方面提供了一种静压式地下水位分层量测观测井装置，由锥形头、第一滤水管、第一单层变径接头、第一不透水管、双层止水变径接头、第二滤水管、第二单层变径接头、第二不透水管、内管顺次组装在一起呈中空结构；

其中，所述的锥形头为实心锥形头，以便贯入隔水层并进行封底。

所述第一滤水管、第二滤水管均由相应管径的透水管和滤网组成，第一滤水管、第二滤水管的透水管在其对应的含水层段均设有若干透水孔；所述滤网均包裹在各自透水管的透水孔段，以便过滤掉水中的泥沙，防止透水孔的堵塞；

所述第一单层变径接头、第二单层变径接头和双层止水变径接头的上下各连接端的外壁底部均设有与各连接端外径相匹配的密封圈。

进一步地，为了解决地下水的渗入和隔离问题，所述第一滤水管、第二滤水管的位置及长度根据分层的含水层的分布及埋深而定；所述第一不透水管和第二不透水管的位置及长度根据分层的隔水层的分布及埋深而定。

更进一步地，第一滤水管、第二滤水管的长度可略小于相应含水层厚度，但应置于相应含水层内；第一不透水管的长度不宜短于相应隔水层的厚度，第二不透水管的长度不宜小于相应隔水层的层底埋深。

进一步地，所述第一滤水管、第一不透水管、第二滤水管、第二不透水管的材质根据地层情况及观测孔预期深度选用适宜强度和管径的管材，如PVC管或钢管等。具体地，当地层总深度在10m以内，且贯入阻力小于30KN时，第一滤水管、第一不透水管、第二滤水管、和第二不透水管可选用PVC材质的管材，否则选用钢管。

进一步地，所述内管的材质为PVC材质。

进一步地，为了解决第一滤水管和第二滤水管的透水孔堵塞问题及减小埋设时贯入阻力，所述锥形头的底面直径略大于第一滤水管的外径，第一不透水管的外径略大于第二滤水管的外径。

进一步地，为了解决管外止水问题，所述第一不透水管的外径略大于锥形头的底面直径，第二不透水管的外径略大于第二滤水管的外径，这样的设计使得第一不透水管和第二不透水管分别与第二隔水层、第三隔水层紧密接触。

进一步地，本发明的第一滤水管和第二滤水管均可采用各自对应的标准规格长度(如1m长)的滤水管组成，当所在含水层段的厚度较标准规格的滤水管的长度长时，可将含水层相对应的标准规格的滤水管通过连接头拼接在一起。

进一步地，本发明的第一不透水管、第二不透水管和内管均可采用标准规格长度(如1m长)的不透水管组成，当所各自所需长度较标准规格的不透水管的长度长时，可将对应的不透水管用标准规格的不透水管通过连接头拼接在一起，拼接处需采取密封止水措施。

本发明的第二个方面提供了一种静压式地下水位分层量测观测井装置量测地下水位的方法，步骤包括：

S1，针对含水层和隔水层的分布，确定需要观测水位的目标含水层，确定目标含水层所在孔段的下部高程和上部高程，设计不透水管和透水管的位置及长度，解决地下水的渗入和隔离问题；

S2，根据设计的观测井装置结构使用常用静力触探贯入设备埋设地下水位观测孔，具体地，根据目标含水层分布情况组装地下水位分层量测观测井装置，采用静力触探液压装置将地下水位分层量测观测井装置垂直压入地下至目标深度，使锥形头插入隔水层进行封底，将滤水管和不透水管分别置于相应地含水层和隔水层；

S3，待水位稳定后，将水位计从内管中或内管与第二不透水管之间缓慢平稳下放至管内水面，测量其相应深度即为相应目标含水层的地下水位并记录。

由于采取以上技术方案，本发明相较于现有技术的优势和有益效果在于：

1、使用常用静力触探贯入设备埋设地下水位观测井装置，施工速度快、成本低；

2、通过静力压入一次性贯入埋设地下水位观测井装置，确保不透水管与隔水层紧密接触，有效解决管外隔水问题；

3、利用变径设计，在含水层处使用小口径带滤网的透水管解决透水问题，在隔水层处使用大口径不透水管解决管外止水问题，孔底采用稍大直径的实心锥形头解决贯入及封底问题；

4、需分层量测地下水位时，在管中插管，利用变径装置，在变径处采用密封圈进行分层止水，从而达到分层量测地下水位的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的静压式地下水位分层量测观测井装置的立体示意图；

图2为本发明实施例的静压式地下水位分层量测观测井装置的剖视图；

图3为本发明实施例的第一滤水管的立体示意图；

图4为本发明实施例的单层变径接头的立体示意图；

图5为本发明实施例的单层变径接头的正视图；

图6为本发明实施例的双层止水变径接头的立体示意图；

图7为本发明实施例的双层止水变径接头的正视图；

图8为本发明实施例的静压式地下水位分层量测观测井装置的工作状态剖视图。

附图说明：锥形头1、第一滤水管2、第一单层变径接头3、第一不透水管4、双层止水变径接头5、第二滤水管6、第二单层变径接头7、第二不透水管8、内管9、第一隔水层10、第一含水层11、第二隔水层12、第二含水层13、第三隔水层14、地表层15、水位计16、第一内螺纹21、第一外螺纹22、第一螺纹孔31、第二螺纹孔32、第三螺纹孔51、第四螺纹孔52、第五螺纹孔53、第一密封圈311、第二密封圈321、第三密封圈511、第四密封圈521、第五密封圈531。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例与附图对本发明进行具体描述。

如图1～7所示为本发明是实施例的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，所述观测井装置由锥形头1、第一滤水管2、第一单层变径接头3、第一不透水管4、双层止水变径接头5、第二滤水管6、第二单层变径接头7、第二不透水管8、内管9通过螺纹顺次组装在一起呈中空结构。

其中，所述的锥形头1为实心锥形头，以便贯入隔水层并进行封底，在锥形头1的底面沿其中心轴方向设有螺纹安装孔。

所述的第一滤水管2包括第一透水管和第一滤网(常规部件，图中未显示出来)；所述第一透水管的上下端分别设有第一外螺纹21和第一内螺纹22，在第一透水管的两端螺纹中间的一段设有若干透水孔；所述第一透水管下端的外径与螺纹安装孔的内径相一致，所述第一外螺纹21与螺纹安装孔的螺纹相匹配；所述第一透水管的下端安装在锥形头1的螺纹安装孔内；为了防止水流通过透水孔进入第一透水管时堵塞透水孔，在第一透水管外壁设有透水孔的一段包裹一层第一滤网，以便过滤掉含水层中的泥沙。

所述的第一单层变径接头3包括下部的第一螺纹孔31和上部的第二螺纹孔32，所述第一螺纹孔31与第二螺纹孔32相连通；所述第一螺纹孔31的外径与第一透水管顶端螺纹段的内径相一致，且第一螺纹孔31的螺纹与第一透水管的第一内螺纹22相匹配。

所述的第一不透水管4的上下端内壁均设有螺纹，且第一不透水管4的下端螺纹与第二螺纹孔32的螺纹相匹配，且第二螺纹孔32的外径与第一不透水管4的内径相一致。

为了解决止水问题，沿第一螺纹孔31和第二螺纹孔32的外壁底部分别套接有与第一螺纹孔31和第二螺纹孔32相匹配的第一密封圈311和第二密封圈321；所述第一滤水管2的上端安装在第一螺纹孔31上并紧贴第一密封圈311；所述第一不透水管4的下端安装在第二螺纹孔32上并紧贴第二密封圈321。

所述的双层止水变径接头5包括下部的第三螺纹孔51和上部的第四螺纹孔52、第五螺纹孔53，所述第五螺纹孔53设置在第四螺纹孔52的中心，第五螺纹孔53与第三螺纹孔51相连通；所述第三螺纹孔51的外径与第一不透水管4的内径相一致，且第三螺纹孔51的螺纹与第一不透水管4上端的螺纹相匹配。

同样，为了分层止水，在第三螺纹孔51、第四螺纹孔52和第五螺纹孔53的外壁底部分别套接有与第三螺纹孔51、第四螺纹孔52和第五螺纹孔53相匹配的第三密封圈511、第四密封圈521和第五密封圈531。所述第一不透水管4的上端安装在第三螺纹孔51上并紧贴第三密封圈511。

所述的第二滤水管6包括第二透水管和第二滤网(常规部件，图中未显示出来)；所述第二透水管的上下端的内壁均设有螺纹，在第二透水管的两端螺纹中间的一段设有若干透水孔并外壁包裹一层第二滤网；所述第二透水管下端的内径及其螺纹与第四螺纹孔52的外径及其螺纹相匹配，所述第二透水管的下端安装在第四螺纹孔52上并紧贴第四密封圈521。

所述的第二单层变径接头7包括下部的第六螺纹孔和上部的第七螺纹孔，所述第六螺纹孔与第七螺纹孔相连通，在第六螺纹孔和第七螺纹孔的外壁底部同样套接有与第六螺纹孔和第七螺纹孔相匹配的第五密封圈和第六密封圈；所述第六螺纹孔的外径及螺纹与第二透水管上端螺纹段的内径及螺纹相匹配，所述第二透水管的上端安装在第六螺纹孔上并紧贴第五密封圈。

所述的第二不透水管8的下端的内壁设有螺纹，且第二不透水管8的下端的内径及螺纹与第二单层变径接头7上部的第七螺纹孔的外径及螺纹相匹配，第二不透水管8的下端安装在第七螺纹孔上并紧贴第六密封圈。

所述的内管为第三不透水管，内管的下端设有与第五螺纹孔53相匹配的螺纹，需分层量测时，将内管安装在第五螺纹孔53上并并紧贴第五密封圈531。

进一步地，为了解决地下水的渗入和隔离问题，所述第一滤水管2、第二滤水管6和内管9的位置及长度根据分层的含水层的分布及埋深而定；所述第一不透水管4和第二不透水管8的位置及长度根据分层的隔水层的分布及埋深而定。

更进一步地，第一滤水管2、第二滤水管6的长度可略小于相应含水层厚度，但应置于相应含水层内，第一不透水管4的长度不宜短于第二隔水层12的厚度，第二不透水管8的长度不宜小于第三隔水层14的层底埋深。

进一步地，所述第一滤水管2、第一不透水管4、第二滤水管6、第二不透水管8的材质根据地层情况及观测孔预期深度选用适宜强度和管径的管材，如PVC管或钢管等。具体地，当地层总深度在10m以内，且贯入阻力小于30KN时，所述第一滤水管2、第一不透水管4、第二滤水管6、第二不透水管8可选用PVC管，否则选用钢管。

进一步地，所述内管9的材质为PVC材质。

进一步地，为了解决第一滤水管2和第二滤水管6的透水孔堵塞问题及减小埋设时贯入阻力，所述锥形头1的底面直径略大于第一滤水管2的外径，第一不透水管4的外径略大于第二滤水管6的外径。

进一步地，为了解决管外止水问题，所述第一不透水管4的外径略大于第一滤水管2的外径和锥形头1的底面直径，第二不透水管8的外径略大于第二滤水管6的外径，这样的设计使得第一不透水管4和第二不透水管8分别与第二隔水层12、第三隔水层14紧密接触。

进一步地，本发明的第一滤水管2和第二滤水管6均可采用标准规格(如1m长)的滤水管组成，当所在含水层段的厚度较标准规格的滤水管的长度长时，可将含水层相对应的标准规格的滤水管通过连接头拼接在一起。

进一步地，本发明的第一不透水管4、第二不透水管8和内管9均可采用标准规格(如1m长)的不透水管组成，当所各自所需长度较标准规格的不透水管的长度长时，可将对应的不透水管用标准规格的不透水管通过连接头拼接在一起，拼接处需采取密封止水措施。

如图8所示为本发明的静压式地下水位分层量测观测井装置工作状态剖视图，本发明的静压式地下水位分层量测观测井装置的工作方法为：先确定需要观测水位的含水层，确定需要观测水位的含水层所在孔段的下部高程和上部高程；然后再根据含水层及隔水层分布情况确定滤水管、不透水管和内管的长度等，再将锥形头1、第一滤水管2、第一单层变径接头3、第一不透水管4、双层止水变径接头5、第二滤水管6、第二单层变径接头7、第二不透水管8、内管9等部件使用常用静力触探贯入设备，逐步压入至预定深度并组装成本发明的静压式地下水位分层量测观测井装置，形成地下水位观测孔；通过静压方式将地下水位分层量测观测井装置从地表层15依次垂直贯入第三隔水层14、第二含水层13、第二隔水层12、第一含水层11至锥形头1插入第一隔水层10进行封底，将第一滤水管2、第二滤水管6和第一不透水管4、第二不透水管8分别置于相应地第一含水层11、第二含水层13和第二隔水层12、第三隔水层14；然后静待第一含水层11和第二含水层13的地下水分别通过第一滤水管2和第二滤水管6的第一滤网和第二滤网滤去泥沙后进入第一透水管和第二透水管内。待第一透水管和第二透水管内的水位平衡后，将水位计从内管9平稳放入第一透水管中的水面处观测第一含水层11的地下水位并记录，取出后，再将水位计从内管9和第二不透水管8之间平稳放至第二管内水面处观测第二含水层13的地下水位并记录。观测结束，将本发明的观测井装置竖直拔出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此。凡依本发明申请专利范围未违背本发明涉及原则所做的均等变化、简化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述的观测井装置由锥形头、第一滤水管、第一单层变径接头、第一不透水管、双层止水变径接头、第二滤水管、第二单层变径接头、第二不透水管、内管顺次组装在一起呈中空结构；

其中，所述第一滤水管、第二滤水管均由相应管径的透水管和滤网组成；

所述第一单层变径接头、第二单层变径接头和双层止水变径接头的上下各连接端的外壁底部均设有与各连接端外径相匹配的密封圈。

2.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述的第一滤水管、第二滤水管的透水管在其对应的含水层段均设有若干透水孔；所述的滤网均包裹在各自透水管的透水孔段。

3.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述的第一滤水管、第二滤水管的位置及长度根据分层的含水层的分布及埋深而定。

4.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述的第一不透水管和第二不透水管的位置及长度根据分层的隔水层的分布及埋深而定。

5.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述的第一滤水管、第一不透水管、第二滤水管、第二不透水管的材质根据地层情况及观测孔预期深度选择所需的强度和管径的管材；所述内管的材质为PVC材质。

6.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述锥形头为实心锥形头，所述锥形头的底面直径大于第一滤水管的外径。

7.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述第一不透水管的外径大于第二滤水管的外径。

8.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述第一不透水管的外径大于锥形头的底面直径，第二不透水管的外径大于第二滤水管的外径。

9.如权利要求1所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置，其特征在于，所述的第一滤水管和第二滤水管均采用各自对应的标准规格长度的滤水管根据相应含水层的厚度拼接而成；

所述的第一不透水管、第二不透水管和内管均采用各自对应的标准规格长度的不透水管根据相应含水层的厚度拼接而成，拼接处采取密封止水措施。

10.如权利要求1～9任意一项所述的一种静压式地下水位分层量测观测井装置量测地下水位的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，针对含水层和隔水层的分布，确定需要观测水位的目标含水层，确定目标含水层所在孔段的下部高程和上部高程，设计不透水管和透水管的位置及长度，解决地下水的渗入和隔离问题；

S2，根据设计的观测井装置结构使用常用静力触探贯入设备埋设地下水位观测孔，具体地，根据目标含水层分布情况组装地下水位分层量测观测井装置，采用静力触探液压装置将地下水位分层量测观测井装置垂直压入地下至目标深度，使锥形头插入隔水层进行封底，将滤水管和不透水管分别置于相应的含水层和隔水层中；

S3，待水位稳定后，将水位计从内管中或内管与第二不透水管之间缓慢平稳下放至管内水面，测量其相应深度即为相应目标含水层的地下水位并记录。

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