CN114575359B - 一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，分别设有立体排渗系统、真空助排系统、自流直排排水系统、虹吸排水系统，立体排渗系统包括水平排渗花管(8)、竖向排渗花管(17)、集水井(5)，真空助排系统由真空泵(11)和真空抽气管(10)组成，直排排水系统包括导水孔、直排排水管(21)，虹吸排水系统包括深井泵(12)、虹吸管(15)、虹吸补水管(13)，深井泵(12)安装在集水井(5)底部，虹吸管(15)的进水端沿集水井(5)内壁伸入到集水井(5)下部，虹吸管或直排排水管可以自动排除集水井中的水。本发明能够有效实现弱渗透土层边坡地下水的顺利集中排出，防止坡面土层饱和与冲刷破坏，增加边坡持久稳定性。

Description

一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法
技术领域
本发明属于边坡水害治理技术领域，具体涉及一种渗透系数小于10-4的弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，适用于各类土质边坡地下水特别是对弱渗透土层边坡地下水导致边坡失稳的治理。
背景技术
土质边坡尤其是河相和海相沉积的土质边坡坡体内土层地质复杂，土层渗透性强弱不等，其稳定性较差。地下水或降雨等往往在土层中形成地下滞水或导致边坡土层处于饱和状态，严重影响了边坡的稳定性，由于该类地层渗透系数低，给边坡维护工作带来了很大困难。针对渗透系数较低的土层边坡，需采取有效的排水(渗)工程控制边坡土层的地下水。
随着生产建设和矿产资源的不断开发，沿海、沿河、沿湖和冰碛土地区的基坑工程和边坡工程规模的不断扩大，弱渗透性土层导致的地质灾害问题日益突出，众多土质边坡的稳定性都受到不同程度的影响，据统计，我国90％以上的边坡和基坑失稳与地下水或降雨有关。
研究表明，边坡体内的地下水能够大幅降低土体抗剪强度，是土质边坡破坏的主要因素之一，该现象在亲水基弱渗透土层边坡中更为突出，而排出边坡地下水，降低土层含水量是增加边坡稳定性的重要手段。在露天采矿、道路及建筑物边坡，建(构)筑物基坑开挖过程中，随着边坡的增高或基坑的加深，如不及时疏排土层中的地下水，使边坡土体处于高含水率状态，将降低边坡或坑壁的稳定性，危及下部作业安全，因此，急需将土质边坡地下水位降低，且进行有组织排放，才能保证边坡或基坑安全。
目前，针对地下水治理方法主要有两类：一类是用于地基处理或基坑土层排渗或排水中，如明沟加集水井降水、喷射井点降水、电渗井点降水、管井井点降水、深井井点降水、截渗幕墙截水等，另一类是用于边坡降水中，如边坡渗沟、渗水支垛、支撑盲沟、仰斜疏干孔、集水井、虹吸排水、注浆帷幕、地下连续墙、泄水洞等。
降水井技术在排水工程上的应用较为广泛，如：上世纪六十年代为解决地下车间结构的渗水问题，采用在车间旁设置降水井集水然后通过真空水泵抽出；1976年铁科院西北研究所采用沙井联合抽排水集水作为陇海沿线上路堑边坡的滑坡治理；1979年采用虹吸管将区域范围内沙井蓄水集中到中心大井用于水力灌溉；1985年天津港湾工程研究所在软土中采用了地下水排至砂垫层、通过盲沟将砂垫层中的汇水导入集水井中，然后由抽水泵将水排出技术；1994年出现了辐射式渗井技术。以上采用降水井的排渗方式本质上均是利用集水井自流汇水，通过真空抽水泵排出，是目前最广泛的降水井应用形式，主要用于渗水性较强小型工程的土层中，直接将降水井应用在大型边坡排水工程的情况较少，用于弱渗透土层边坡排渗的治理方式尚未见报道，其主要原因是对边坡进行长期供电抽水不仅能源消耗大，工艺复杂，且管理困难。
目前，边坡地下水研究方面主要集中在对边坡涌水量数值模拟和排水工程布置优化方面。中文杂志《现代矿业》2016年12月发表的“峨口铁矿露天坑南帮边坡涌水量数值模拟”一文中，运用二维有限元分析软件GeoStudio及AutoCAD-3Dmine联合建模技术构建了数值仿真渗流计算模型，对峨口铁矿露天坑南帮边坡涌水量进行了数值模拟分析，为该矿边坡涌水治理工程设计提供依据。刘志敏提出了基于目标函数法，对基坑的降水井布设进行优化；滕凯针对矩形基坑井点排水效率问题提出了基于干扰井群理论的基坑干扰降深方；孙蓉琳依托于数值模拟技术，采用三维渗流模型计算了复杂水文地质条件下的降水井涌水量，得到降水井的最优布设方式；王志成收集某地区的水文地质资料，分析边坡稳定性所需的水位降深，通过开发程序得到仰斜排水孔的合理的仰斜角度和深度，等等。中文杂志《现代矿业》2015年7月刊登的“金堆城采场东南帮边坡涌水分析及治理”一文中，采用了混凝土截水墙的治理方式隔断了东川河与采场的水力联系，减少边坡涌水量，但这种治理措施不适合用于边坡地下水的导排。
中国专利ZL201820898669.0公开了一种适用于边滑坡工程的串并联地下立体排水系统，该专利包括集水系统、泄水系统。集水系统包括集水井、井间导流管、仰斜排水管和出水口，相邻的集水井的底部之间通过井间导流管连接，井间导流管连接出水口；仰斜排水管的一端与集水井相连通，另一端位于坡体内部，仰斜排水管沿集水井的井壁向上倾斜设置；泄水系统包括泄水隧洞、渗流管和泄水孔。该发明装置埋于地下，主要用于防止和排除地表水下渗及基岩裂隙水渗流至滑坡区域，降低边(滑)坡区域的含水率。但该串并联地下立体排水系统结构较复杂、工程量较大、造价高，主要适用于滑坡治理，不适用于边坡破坏前弱渗透性土层的地下水排渗。
目前，已公开的地下水集排治理技术尚未出现弱渗透土层边坡地下水灾害治理技术。
发明内容
本发明的目的主要是针对现有技术存在的排水系统结构复杂、工程量大、造价高或者不适合弱渗透土层边坡排水等问题，而提供一种结构紧凑、经济耐用、稳定牢固、实施方便，能够有效实现弱渗透土层边坡地下水的集中排出，防止坡体饱和与坡面冲刷，增加边坡持久稳定性的弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，该方法能够实现边坡弱渗透土层自然排渗和收集。
为实现本发明的上述目的，本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法以加速土体排渗、提高土质边坡整体稳定为目的，并采用以下技术方案：
本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，所述的弱渗透土层边坡自上而下分别设有上一级平台、集水井平台、截排水平台，集水井竖直设置在集水井平台内，其特点是采用组合排渗系统，并采用以下技术方案：
1)根据水文、地质资料，确定弱渗透土层边坡地下水治理范围；根据弱渗透土层边坡部位、治理面积大小，确定组合排渗系统的数量和布设部位；根据土层的渗透性、涌水量大小，确定竖向排渗花管、水平排渗花管、直排排水管的数量；根据地质资料和施工工艺确定集水井的深度和井径；
2)所述的组合排渗系统是由立体排渗系统、真空助排系统、虹吸/直排排水系统组合构成：
所述的立体排渗系统包括水平排渗花管、竖向排渗花管、集水井，竖向排渗花管位于上一级平台内并自上而下穿过不同渗透性的弱透水层、透水层，竖向排渗花管作为土层竖向排渗通道；竖向排渗花管兼作地下水位观测孔时，在竖向排渗花管的管口加竖向排渗管密封盖密封；所述的集水井竖直设置在集水井平台内；所述的水平排渗花管按1～2％的坡度水平伸入到上一级平台下面之上游渗透性相对较好的地层内一定深度，水平排渗花管的上游与竖向排渗花管下端处于同一地层，水平排渗花管的下端与集水井下部联通，使竖向渗水通过水平排渗花管排往集水井内；所述的集水井由井筒和集水井密封盖组成，井筒和集水井密封盖为钢筋混凝土结构，集水井是整个系统的连接装置，肩负集水和形成真空空间的功能，在工作时，整个井筒是密封的。
所述的真空助排系统由真空抽气泵和真空抽气管组成，真空抽气泵固定在集水井密封盖上，真空抽气管上端与真空抽气泵连接，真空抽气管穿过集水井密封盖，真空抽气管下端伸入集水井下部之水平排渗花管出口附近，真空助排系统主要工能是保持集水井内有设定水柱的真空度，真空抽气管与集水井密封盖密封连接。
当集水井底部与同标高边坡坡面水平距离<75m时，采用自流直排排水系统，所述的直排排水系统包括导水孔、直排排水管，所述的导水孔位于集水井底部靠近坡面一侧，所述的直排排水管位于集水井平台下部的边坡体内，直排排水管的进水口与导水孔连通，直排排水管的出水段自坡面向下至截排水平台再向外延伸至导出位置，集水井内的水克服真空阻力后从导水孔、直排排水管自流排出。
当集水井底部与同标高边坡坡面水平距离>85m时，采用虹吸排水系统；所述的虹吸排水系统包括深井泵、虹吸管、虹吸补水管，深井泵安装在集水井底部，虹吸管的进水端沿集水井内壁伸入到集水井下部，在位于集水井密封盖外部的虹吸管上设有控制阀，虹吸管的出水段经集水井平台、坡面向下至截排水平台再向外延伸至导出位置，深井泵与虹吸补水管的补水口相连，虹吸补水管穿过集水井密封盖再通过控制阀与虹吸管在集水井密封盖附近连接；所述虹吸管的进水端距集水井底面一般在0.4～0.7m，以0.5m为佳。当虹吸管水量不足时，通过深井泵从集水井内补水，当虹吸管正常运行时，深井泵停止工作。
当集水井底部与同标高边坡坡面水平距离在75～85m之间时，根据施工难易程度和施工成本，确定采用自流直排排水系统、虹吸排水系统中的一种。
整个组合排渗系统的工作和转换均是在由传感器、单片机组成的自动控制系统下实现自动开启和关闭。
为便于排水，所述的直排排水管上安装单向阀或电动控制阀；所述的竖向排渗花管的下端位于水平排渗花管附近，二者的距离不大于1m；所述的直排排水管的入口距离水平排渗花管的出口垂直距离不少于8m。
本阀门一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法采用以下步骤进行施工：
1)在集水井平台内施工集水井，并在渗透系数大于10-3的渗透性较强的土层位置留下标记，同时在集水井的上游之上一级平台内施工竖向排渗花管，使其分别穿过不同渗透性的弱透水层和透水层，并封堵竖向排渗花管上端，竖向排渗花管封堵段不少于2m。
3)待集水井施工达到设计深度，在集水井靠近坡面方向施工直排排水管，直排排水管的坡比为2～5％，每个直排排水管施工完成后，在直排排水管上安装单向阀或电动控制阀，并封堵直排排水管与集水井井壁交接部位；
或安装深井泵、虹吸管和控制阀，并使排水系统处于工作状态。
4)根据施工集水井时留下的标记，由下向上施工水平排渗花管，并使水平排渗花管通过竖向排渗花管所在的土层附近；每个水平排渗花管施工完成后，封堵水平排渗花管与集水井井壁交接部位。
5)待水平排渗花管安装完成后，安装真空抽气管，最后安装真空抽气泵，并密封集水井密封盖，使整个系统处于常压排渗状态。
6)上述工程完成后，竖向排渗花管将上部土层中弱透水层的地下水和透水层的滞水排往水平排渗花管或水平排渗花管所在的土层，继而由水平排渗花管排往集水井，再由直排排水管或虹吸管排出坡外，从而实现弱渗透土层的常压排渗。
7)在常压排渗正常工作后，关闭虹吸管上的控制阀，开启安装在集水井上端集水井密封盖上的真空抽气泵，当集水井内气压低于井外气压时，实现弱渗透土层的负压排渗。
8)当集水井内气压接近真空时，开启深井泵，打开虹吸管上的控制阀，当虹吸管正常排水时，关闭真空抽气泵和深井泵，实现整个系统的负压排渗和自流排水。
进一步地，集水井总高度H1应小于集水井的井口至直排排水管/虹吸管导出口的垂直高度H2，且两者垂直高度之差应大于15m。
水平排渗花管、竖向排渗花管、虹吸补水管、直排排水管采用钢管或工程塑料管，尺寸和强度由地层强度、排渗水头等由水力计算确定，根据目前的施工设备和工艺，竖向排渗花管管径不大于75mm，直排排水管管径不大于90mm；虹吸管长度由集水井的井深和导出位置决定，虹吸管入口和导出口之间的高差由达到自流所需要的水头差确定，但不得小于15m；所述竖向排渗花管采用开孔率不低于10％的钢管、工程塑料管或排渗盲沟材料，竖向排渗花管的上端伸出地表，在距地表深2m范围内用密封胶或膨胀水泥浆密封构成竖向排渗管密封段。水平排渗花管、竖向排渗花管长度及集水井深度由施工工艺、土层性质、降水范围和需要达到的效果根据有限元法计算的渗流场确定。
进一步地，所述的水平排渗花管采用上半管开孔率不低于10％的钢管或工程塑料管，水平排渗花管处于集水井井壁段管的周围用结构胶或膨胀水泥浆进行密封。
进一步地，所述的虹吸管位于集水井内部分和穿过集水井密封盖部分采用钢管或工程塑料管，且与集水井密封盖密封连接。
进一步地，所述的竖向排渗花管的上端周围采用水泥浆或化学浆液封闭；所述的集水井密封盖与集水井间采用沥青或封闭胶密封；真空抽气管与集水井密封盖之间采用沥青或封闭胶密封。
本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，其原理是先建立立体排渗系统和真空助排系统对弱渗透边坡土层中地下水进行有效地收集，再利用虹吸排水系统或自流直排排水系统将收集的地下水导排出去，在导排过程中，利用排水管入口和出口的水头差使密封的集水井保持一定的真空度，从而顺利地将弱渗透边坡土层的地下水排除坡外，有效地解决弱渗透土层边坡因地下水位过高而失稳的问题。
本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法采用以上技术方案后，具有下列积极效果：
(1)立体排渗系统可以在常压下自动排除渗透性较好土层中的水份；真空助排系统可以在负压下自动排除渗透性较差土层中的水份，从而解决了弱渗透性土层排水难的问题；
(2)虹吸管或直排排水管可以自动排除集水井中的水，节约了能源，降低了边坡排渗成本；
(3)弱渗透性土层边坡地下水的顺利排除，增加了边坡的稳定性，具有巨大的经济效益、社会效益和环境效益；
(4)集水井、排水管可有组织地将地下水排除入边坡下游截排水平台的截排水沟，能有效地解决边坡下部土体因上部地下水入渗而降低强度问题；
(5)工程应用试验及研究表明，本发明设计的组合排渗系统结构紧凑、寿命持久、稳定牢固、实施方便、节约能源，能够有效实现弱渗透土层边坡地下水的顺利集中排出，防止坡面土层饱和与冲刷破坏，增加边坡持久稳定性，可在露天矿山、建筑、水利、交通等行业土质边坡弱渗透土层地下水治理工程中应用。
附图说明
图1为本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法设计的组合排渗系统平面示意图；
图2为本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法设计的组合排渗系统剖面示意图。
附图标记：1-上一级平台；2-坡面；3-集水井平台；4-截排水平台；5-集水井；6-透水层，渗透系数大于10-4；7-弱透水层，渗透系数小于10-4；8-水平排渗花管；9-集水井密封盖；10-真空抽气管；11-真空抽气泵；12-深井泵；13-虹吸补水管；14-控制阀；15-虹吸管；16-虹吸调节阀；17-竖向排渗花管；18-竖向排渗管密封段；19-竖向排渗管密封盖；20-单向阀或电动控制阀；21-直排排水管。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图对本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法作进一步详细描述。
由图2所示的本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法设计的组合排渗系统剖面示意图并结合图1看出，本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，所述的弱渗透土层边坡自上而下分别设有上一级平台1、集水井平台3、截排水平台4。所述的组合排渗系统是由立体排渗系统、真空助排系统、虹吸/直排排水系统组合构成：
所述的立体排渗系统包括水平排渗花管8、竖向排渗花管17、集水井5，竖向排渗花管17位于上一级平台1内并自上而下穿过不同渗透性的弱透水层7、透水层6；所述的集水井5竖直设置在集水井平台3内；所述的水平排渗花管8按1～2％的坡度水平伸入到上一级平台1下面地层内，水平排渗花管8的上游与竖向排渗花管17下端处于同一地层，水平排渗花管8的下端与集水井5下部联通；所述的集水井5由井筒和集水井密封盖9组成；竖向排渗花管17采用开孔率不低于10％的钢管、工程塑料管或排渗盲沟材料，竖向排渗花管17的上端伸出地表，在距地表深2m范围内用密封胶或膨胀水泥浆密封构成竖向排渗管密封段18；水平排渗花管8采用上半管开孔率不低于10％的钢管或工程塑料管，水平排渗花管8处于集水井5井壁段管的周围用结构胶或膨胀水泥浆进行密封。
所述的真空助排系统由真空抽气泵11和真空抽气管10组成，真空抽气泵11固定在集水井密封盖11上，真空抽气管10上端与真空抽气泵11连接，真空抽气管10穿过集水井密封盖9，真空抽气管10下端伸入集水井5下部，真空助排系统保持集水井5内有设定水柱的真空度。
所述的虹吸/直排排水系统包含自流直排方式和虹吸排水两种方式：当采用自流直排方式时，其直排排水系统包括导水孔、直排排水管21，所述的导水孔位于集水井5底部靠近坡面2一侧，导水孔坡度为2～5％，所述的直排排水管21位于集水井平台3下部的边坡体内，直排排水管21的进水口与导水孔连通，直排排水管21上安装单向阀或电动控制阀20，直排排水管21的入口距离水平排渗花管8的出口垂直距离不少于8m，直排排水管21的出水段自坡面2向下至截排水平台4再向外延伸至导出位置；当采用虹吸排水方式时，其虹吸排水系统包括深井泵12、虹吸管15、虹吸补水管13，深井泵12安装在集水井5底部，虹吸管15的进水端沿集水井5内壁伸入到集水井5下部，在位于集水井密封盖9外部的虹吸管15上设有控制阀14，虹吸管15的出水段经集水井平台3、坡面2向下至截排水平台4再向外延伸至导出位置，深井泵12与虹吸补水管13的补水口相连，虹吸补水管13穿过集水井密封盖9再通过控制阀14与虹吸管15在集水井密封盖9附近连接；集水井5总高度H1应小于集水井5的井口至直排排水管21/虹吸管15导出口的垂直高度H2，且两者垂直高度之差应大于15m。虹吸管15位于集水井5内部分和穿过集水井密封盖9部分采用钢管或工程塑料管，且与集水井密封盖9密封连接；在虹吸管15位于坡面2与截排水平台4交界处设有虹吸调节阀16。
整个组合排渗系统的工作和转换均是在由传感器、单片机组成的自动控制系统下实现自动开启和关闭。
在实际应用中，竖向排渗花管17管径不大于75mm，直排排水管21管径不大于90mm；虹吸管15长度由集水井5的井深和导出位置决定，但虹吸管15入口和导出口之间的高差由达到自流所需要的水头差确定，但不得小于15m。
本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法采用以下步骤进行施工：
1)根据水文、地质资料，确定弱渗透土层边坡地下水治理范围；根据弱渗透土层边坡部位、治理面积大小，确定组合排渗系统的数量和布设部位；根据土层的渗透性、涌水量大小，确定竖向排渗花管17、水平排渗花管8、直排排水管21的数量；根据地质资料和施工工艺确定集水井5的深度和井径；
2)在集水井平台3内施工集水井5，并在渗透系数大于10-4的渗透性较强的土层位置留下标记，同时在集水井5的上游之上一级平台1内施工竖向排渗花管17，使其穿过不同渗透性的弱透水层7和透水层6，并封堵竖向排渗花管17上端，竖向排渗花管17封堵段不少于2m；
3)待集水井5施工达到设计深度，在集水井5靠近坡面2方向施工直排排水管21，直排排水管21的坡比为2～5％，每个直排排水管21施工完成后，在直排排水管21上安装单向阀或电动控制阀20，并封堵直排排水管21与集水井5井壁交接部位；
或安装深井泵12、虹吸管15和控制阀14，并使排水系统处于工作状态；
4)根据施工集水井5时留下的标记，由下向上施工水平排渗花管8，并使水平排渗花管8通过竖向排渗花管17所在的土层附近；每个水平排渗花管8施工完成后，封堵水平排渗花管8与集水井5井壁交接部位；
5)待水平排渗花管8安装完成后，安装真空抽气管10，最后安装真空抽气泵11，并密封集水井密封盖，使整个系统处于常压排渗状态；
6)上述工程完成后，竖向排渗花管17将上部土层中弱透水层7的地下水和透水层6的滞水排往水平排渗花管8或水平排渗花管8所在的土层，继而由水平排渗花管8排往集水井5，再由直排排水管21或虹吸管15排出坡外，从而实现弱渗透土层的常压排渗；
7)在常压排渗正常工作后，关闭虹吸管15上的控制阀14，开启安装在集水井5上端集水井密封盖9上的真空抽气泵11，当集水井5内气压低于井外气压时，实现弱渗透土层的负压排渗；
8)当集水井5内气压接近真空时，开启深井泵12，打开虹吸管15上的控制阀14，当虹吸管15正常排水时，关闭真空抽气泵11和深井泵12，实现整个系统的负压排渗和自流排水。
本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法的原理是：竖向排渗花管17将上部土层中渗透性较弱的弱透水层7的地下水和渗透性较强的透水层6的滞水排往水平排渗花管8或所在的土层，继而由水平排渗花管8排往集水井5，再由直排排水管21或虹吸管15排出坡外，从而实现弱渗透性土层的常压排渗。
在常压排渗的基础上，关闭虹吸管15上的控制阀14(或直排排水管21上的单向阀或电动控制阀20)，开启安装在集水井5上端集水井密封盖9上的真空抽气泵11，当集水井5内气压低于井外气压时，实现弱渗透性土层的负压排渗。
当竖向排渗花管17兼作地下水位观测孔时，在竖向排渗花管17的管口加竖向排渗管密封盖19密封。
当集水井5内气压接近真空时，开启深井泵12，打开虹吸管15上的控制阀14，当虹吸补水管正常排水时，关闭真空抽气泵11和深井泵12，或打开直排排水管21上的单向阀或电动控制阀20，实现整个系统的负压排渗和自流排水，以节约能源。
本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法能够利用管内水头压力差或经过深井泵补偿的压力差实现自动排水，并在密封的立体排渗系统中保持一定的真空度，以达到节约能源的目的，该系统分为自流直排方式和虹吸排水方式。
当集水井5底部与同标高边坡坡面2水平距离较短(小于80m)时，在集水井5底部施工导水孔，导水孔坡度2～5％，并安装直排排水21管、单向阀或电动控制阀20，集水井5内的水克服真空阻力后自流排出；当集水井5底部距边坡坡面2水平距离较远(大于80m)时，在集水井5底部安装深井泵12，当虹吸补水管5水量不足时，通过深井泵12补水，当虹吸管15正常运行时，深井泵12停止工作。
需要进行说明的是，本发明术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的部件或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法以加速土体排渗、提高土质边坡整体稳定为目的，并已在某大型钒钛磁铁矿矿山冰碛土边坡排渗工程中得到应用。应用结果表明，在同等条地质件下，相对于24m的原始水头差，出水量提高了15～25％，有效排除了低渗透土层边坡地下水，保证了边坡的稳定性和采场的安全运行。

Claims (5)

1.一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，用于渗透系数小于10-4的弱渗透土层边坡地下水灾害治理，所述的弱渗透土层边坡自上而下分别设有上一级平台(1)、集水井平台(3)、截排水平台(4)，集水井(5)竖直设置在集水井平台(3)内，其特征在于采用以下技术方案：
1)根据水文、地质资料，确定弱渗透土层边坡地下水治理范围；根据弱渗透土层边坡部位、治理面积大小，确定组合排渗系统的数量和布设部位；根据土层的渗透性、涌水量大小，确定竖向排渗花管(17)、水平排渗花管(8)、直排排水管(21)的数量；根据地质资料和施工工艺确定集水井(5)深度和井径；
2)所述的组合排渗系统是由立体排渗系统、真空助排系统、虹吸/直排排水系统组合构成：
所述的立体排渗系统包括水平排渗花管(8)、竖向排渗花管(17)、集水井(5)，竖向排渗花管(17)位于上一级平台(1)内并自上而下穿过不同渗透性的弱透水层(7)、透水层(6)；所述的集水井(5)竖直设置在集水井平台(3)内；所述的水平排渗花管(8)按1～2％的坡度水平伸入到上一级平台(1)下面地层内，水平排渗花管(8)的上游与竖向排渗花管(17)下端处于同一地层，水平排渗花管(8)的下端与集水井(5)下部联通；所述的集水井(5)由井筒和集水井密封盖(9)组成；
所述的真空助排系统由真空抽气泵(11)和真空抽气管(10)组成，真空抽气泵(11)固定在集水井密封盖(9)上，真空抽气管(10)上端与真空抽气泵(11)连接，真空抽气管(10)穿过集水井密封盖(9)，真空抽气管(10)下端伸入集水井(5)下部，真空助排系统保持集水井(5)内有设定水柱的真空度；
当集水井(5)底部与同标高边坡坡面(2)水平距离<75m时，采用自流直排排水系统，所述的直排排水系统包括导水孔、直排排水管(21)，所述的导水孔位于集水井(5)底部靠近坡面(2)一侧，所述的直排排水管(21)位于集水井平台(3)下部的边坡体内，直排排水管(21)的进水口与导水孔连通，直排排水管(21)的出水段自坡面(2)向下至截排水平台(4)再向外延伸至导出位置；
所述的直排排水管(21)上安装单向阀或电动控制阀(20)；所述的竖向排渗花管(17)的下端位于水平排渗花管(8)附近，二者的距离不大于1m；所述的直排排水管(21)的入口距离水平排渗花管(8)的出口垂直距离不少于8m；
当集水井(5)底部与同标高边坡坡面水平距离>85m时，采用虹吸排水系统；所述的虹吸排水系统包括深井泵(12)、虹吸管(15)、虹吸补水管(13)，深井泵(12)安装在集水井(5)底部，虹吸管(15)的进水端沿集水井(5)内壁伸入到集水井(5)下部，在位于集水井密封盖(9)外部的虹吸管(15)上设有控制阀(14)，虹吸管(15)的出水段经集水井平台(3)、坡面(2)向下至截排水平台(4)再向外延伸至导出位置，深井泵(12)与虹吸补水管(13)的补水口相连，虹吸补水管(13)穿过集水井密封盖(9)再通过控制阀(14)与虹吸管(15)在集水井密封盖(9)附近连接；
集水井(5)总高度H1应小于集水井(5)的井口至直排排水管(21)/虹吸管(15)导出口的垂直高度H2，且两者垂直高度之差应大于15m；所述的虹吸管(15)位于集水井(5)内部分和穿过集水井密封盖(9)部分采用钢管或工程塑料管，且与集水井密封盖(9)密封连接；集水井(5)是整个组合排渗系统的连接装置，肩负集水和形成真空空间的功能，在工作时，整个井筒是密封的；整个组合排渗系统的工作和转换均是在由传感器、单片机组成的自动控制系统下实现自动开启和关闭；
当集水井(5)底部与同标高边坡坡面水平距离在75～85m之间时，根据施工难易程度和施工成本，确定采用自流直排排水系统、虹吸排水系统中的一种。
2.如权利要求1所述的一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，其特征在于采用以下步骤进行施工：
1)在集水井平台(3)内施工集水井(5)，并在渗透系数大于10-3的渗透性较强的土层位置留下标记，同时在集水井(5)的上游之上一级平台(1)内施工竖向排渗花管(17)，使其穿过不同渗透性的弱透水层(7)和透水层(6)，并封堵竖向排渗花管(17)上端，竖向排渗花管(17)封堵段不少于2m；
2)待集水井(5)施工达到设计深度，在集水井(5)靠近坡面(2)方向施工直排排水管(21)，直排排水管(21)的坡比为2～5％，每个直排排水管(21)施工完成后，在直排排水管(21)上安装单向阀或电动控制阀(20)，并封堵直排排水管(21)与集水井(5)井壁交接部位；
或安装深井泵(12)、虹吸管(15)和控制阀(14)，并使排水系统处于工作状态；
3)根据施工集水井(5)时留下的标记，由下向上施工水平排渗花管(8)，并使水平排渗花管(8)通过竖向排渗花管(17)所在的土层附近；每个水平排渗花管(8)施工完成后，封堵水平排渗花管(8)与集水井(5)井壁交接部位；
4)待水平排渗花管(8)安装完成后，安装真空抽气管(10)，最后安装真空抽气泵(11)，并密封集水井密封盖，使整个系统处于常压排渗状态；
5)上述工程完成后，竖向排渗花管(17)将上部土层中弱透水层(7)的地下水和透水层(6)的滞水排往水平排渗花管(8)或水平排渗花管(8)所在的土层，继而由水平排渗花管(8)排往集水井(5)，再由直排排水管(21)或虹吸管(15)排出坡外，从而实现弱渗透土层的常压排渗；
6)在常压排渗正常工作后，关闭虹吸管(15)上的控制阀(14)，开启安装在集水井(5)上端集水井密封盖(9)上的真空抽气泵(11)，当集水井(5)内气压低于井外气压时，实现弱渗透土层的负压排渗；
7)当集水井(5)内气压接近真空时，开启深井泵(12)，打开虹吸管(15)上的控制阀(14)，当虹吸管(15)正常排水时，关闭真空抽气泵(11)和深井泵(12)，实现整个系统的负压排渗和自流排水。
3.如权利要求1或2所述的一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，其特征在于：竖向排渗花管(17)管径不大于75mm，直排排水管(21)管径不大于90mm；虹吸管(15)长度由集水井(5)的井深和导出位置决定，虹吸管(15)入口和导出口之间的高差由达到自流所需要的水头差确定，但不得小于15m；所述竖向排渗花管(17)采用开孔率不低于10％的钢管、工程塑料管或排渗盲沟材料，竖向排渗花管(17)的上端伸出地表，在距地表深2m范围内用密封胶或膨胀水泥浆密封构成竖向排渗管密封段(18)。
4.如权利要求3所述的一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，其特征在于：所述的水平排渗花管(8)采用上半管开孔率不低于10％的钢管或工程塑料管，水平排渗花管(8)处于集水井(5)井壁段管的周围用结构胶或膨胀水泥浆进行密封。
5.如权利要求4所述的一种弱渗透土层边坡地下水灾害治理方法，其特征在于：所述的竖向排渗花管(17)的上端周围采用水泥浆或化学浆液封闭；所述的集水井密封盖(9)与集水井(5)间采用沥青或封闭胶密封；真空抽气管(10)与集水井密封盖(9)之间采用沥青或封闭胶密封。
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