CN209244563U - 一种分层地下水位长期监测的钻孔结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分层地下水位长期监测的钻孔结构，包括钻孔，钻孔由上之下依次穿透钻孔顶部含水层、钻孔上部相对隔水层、需要长期观测水位的含水层、钻孔底部地层；在钻孔底部底层中设有长观孔段以下孔段混凝土封堵体，在长观孔段以下孔段混凝土封堵体上位于需要长期观测水位的含水层的孔段设有长观孔段的滤管，在滤管上方的孔段设有长观孔段以上的PVC管，长观孔段以上的PVC管位于钻孔中并且其与钻孔之间的空隙设有长观孔段以上的混凝土封堵体封堵，在长观孔段以上的混凝土封堵体底部设有遇水膨胀胶条与滤管顶部接触。本实用新型具有不受孔深限制，止水效果更好，耐久性更高，操作更加简便，成本更低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种分层地下水位长期监测的钻孔结构，属于水文地质勘察、地质学技术领域。
背景技术
工程勘察，特别是水利水电工程，地下工程，环境工程勘察中需要查明工程涉及的水文地质条件，其中的地下水位是一个基本的水文地质要素。在一个均匀的地下水系统中，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。勘察中的一个钻孔，不同深度的地下水位将发生变化，可能随钻孔深度增加而升高或者降低。钻探过程中，可以充分利用钻探设备进行分隔，观测内外管水位。在郑克勋等完成的专利“基于钻杆内管水位的深岩溶渗漏通道探测结构 (CN201620917447.X)”中，详细建立了钻探过程中的内外管水位的观测方法和应用。
但是钻探完成后，钻探设备搬离，还需要进行内外管水位长期观测，需要对钻孔采取保护措施，下设滤管，观测钻孔某个孔段的水位，需要将其上部和下部的地下水隔绝，只让该特定孔段的地下水进入滤管。
在张大磊等完成的专利“一种承压水水位观测井结构及多层水位观测的方法(CN201610735751.7)”，王文斌等的专利“一种水文地质多层地下水水位观测装置(CN201621461516.7)”，瞿成松等的专利“多层水位观测井结构 (CN201520597584.5)”中，均对多层水位观测有所研究，但均易受孔深限制，仪器安装难度大，止水效果直接受安装工艺影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于系统解决复杂岩溶水文地质条件下，多个含水岩层地下水位长期分层观测问题，并根据不同季节、不同工程部位、不同含水岩层大量的水位观测数据分析推导地下岩溶发育情况，为工程优化及处理方案提供更为可靠的依据，以达到降低成本、提高效率、减少事故的目标。
对于多个岩溶含水隔水层相间分布的情况，常规钻孔只能观测综合水位，无法观测各含水层内部真实水位，因而也就无法准确判断地下水对工程建设的影响区域及影响程度，进而无法制定有效的处理措施。工程建设的前期勘察阶段，利用本实用新型可具体查明工程场地岩溶发育情况，并为后期勘察、设计、施工方案优化提供依据，对于受岩溶或地下水影响的已建工程，可利用本实用新型具体查明岩溶发育的位置及规模、地下水分布特征及地下水与结构相互作用的关系等，进而有针对性的提出有效的处理措施。
本实用新型采用如下技术方案实现：
一种分层地下水位长期监测的钻孔结构，包括钻孔，钻孔由上之下依次穿透钻孔顶部含水层、钻孔上部相对隔水层、需要长期观测水位的含水层、钻孔底部地层；在钻孔底部底层中设有长观孔段以下孔段混凝土封堵体，在长观孔段以下孔段混凝土封堵体上位于需要长期观测水位的含水层的孔段设有长观孔段的滤管，在滤管上方的孔段设有长观孔段以上的PVC管，长观孔段以上的PVC管位于钻孔中并且其与钻孔之间的空隙设有长观孔段以上的混凝土封堵体封堵，在长观孔段以上的混凝土封堵体底部设有遇水膨胀胶条与滤管顶部接触。
进一步的，所述钻孔的孔径大于滤管和用于向钻孔内注浆形成长观孔段以下孔段混凝土封堵体和长观孔段以上的混凝土封堵体的注浆导管的直径之和。
进一步的，所述遇水膨胀胶条的厚度加PVC管直径小于钻孔的直径。
该分层地下水位长期监测的钻孔结构的施工方法，包括以下步骤：
S1，成孔并确定地下水位长观孔段；按照一般勘探钻孔正常完成钻孔施工，钻孔的孔径大于滤管和注浆导管的直径之和；确定需要长期观测水位的含水层，确定需要长期观测水位的含水层所在孔段的下部高程a，上部高程b；
S2，封堵长观孔段之下的钻孔；下入注浆导管至孔底，利用泥浆泵泵入水泥砂浆，水泥砂浆从孔底上升至高程a，在水泥砂浆初凝之前，将注浆导管提出钻孔，等待水泥砂浆终凝后，形成钻孔底部地层之中的孔段的长观孔段以下孔段混凝土封堵体；
S3，下滤管；逐节下置PVC管；高程b至孔口段PVC管各节接头处密封；高程b与高程c之间缠绕遇水膨胀胶条；高程c至孔口之间PVC管之外绑扎注浆导管，与PVC管一起下放；
S4，封闭长观孔段之上的钻孔；待遇水膨胀胶条与水充分反应，膨胀达到 PVC管与钻孔孔壁之间密封效果，利用泥浆泵，接注浆导管，泵入微膨胀水泥砂浆，水泥砂浆从高程c处导管底部上升，直到孔口返浆；
S5，水位长观；待水位平衡后，通过PVC管内管下放水位计观测需要长期观测水位的含水层所在孔段的地下水位。
利用本实用新型可具体查明工程场地不同含水层地下水位分布条件，进而推测岩溶发育情况，为后期勘察、设计、施工方案优化提供依据，或对受岩溶或地下水影响的已建工程，有针对性的提出相应的处理措施。与现有技术相比，本实用新型具有的实用范围更广，不受孔深限制，止水效果更好，耐久性更高，操作更加简便，成本更低等优点。
附图说明
图1为长观孔段之下钻孔封堵示意图；
图2为长观孔段下放滤管示意图；
图3为长观孔段之上钻孔封堵示意图；
图4为实施例1中BZK1、BZK2号钻孔水位观测图；
图5为实施例1中BZK3、BZK4号钻孔水位观测图。
附图标记说明：1-钻孔顶部含水层，2-钻孔上部相对隔水层，3-需要长期观测水位的含水层，4-钻孔底部地层，5-长观孔段以下孔段混凝土封堵体，6-注浆导管，7-钻孔，8-泥浆泵，9-滤管，10-遇水膨胀胶条，11-长观孔段以上的PVC 管，12-长观孔段以上的混凝土封堵体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1-图3所示，在本实用新型实施中，钻探完成需要对某一孔段进行分层地下水位长期观测，需要对钻孔7采取保护措施，下设滤管9，将上部的地下水隔绝，只让特定孔段的地下水进入滤管9。具体的，该结构的施工方法包括以下步骤：
步骤一，成孔并确定地下水位长观孔段。按照一般勘探钻孔正常完成钻孔7 施工，钻孔7的孔径大于滤管9和注浆导管6的直径之和。确定需要长期观测水位的含水层3，相应的地层3所在孔段的下部高程a，上部高程b。
步骤二，封堵长观孔段之下的钻孔7。下入注浆导管6至孔底，利用泥浆泵8以适当压力泵入水泥砂浆，水泥砂浆从孔底上升至高程a，在水泥砂浆初凝之前，将注浆导管6提出钻孔7，等待水泥砂浆终凝后，形成钻孔底部地层4之中的长观孔段以下孔段混凝土封堵体5。如图1所示。
步骤三，下滤管9。逐节下置PVC管11，其中高程a与高程b之间的地下水位长观孔段需钻孔保证地下水进入，即滤管9。高程b至孔口段PVC管11各节接头处保证密封。
高程b与高程c之间缠绕遇水膨胀胶条10，遇水膨胀胶条10的厚度加PVC 管11直径小于钻孔7直径，保证PVC管11可顺利下放，遇水膨胀胶条10的膨胀率满足高程b与高程c孔段的PVC管11与钻孔7孔壁之间的密封要求，遇水膨胀胶条10遇水膨胀的时间满足PVC管11加工和下放的时间要求。如图2所示。
高程c至孔口之间PVC管11之外绑扎注浆导管6，与PVC管11一起下放。
步骤四，封闭长观孔段之上的钻孔。待遇水膨胀胶条10与水充分反应，膨胀达到PVC管11与钻孔7孔壁之间密封效果，利用泥浆泵8，接注浆导管6，泵入微膨胀水泥砂浆，水泥砂浆从高程c处导管底部上升，直到孔口返浆。
步骤五，水位长观。待水位平衡后，通过PVC管11内管下放水位计观测需要长期观测水位的含水层3所在孔段的地下水位。
实施例1：
本实用新型已应用于普岔河水库河床深部纵向渗漏分析中，解决了普岔河水库成库论证问题中最关键、最复杂的环节，详述如下：
(1)水库工程特性
普岔河水库位于中营镇龙向村，为峡谷型水库，拟推荐拱坝方案，坝高90m，正常蓄水位1035.0m，干流回水长1.42km，滴水沟支流回水长1.12km，相应库容473万m3，为IV等小(1)型工程。
(2)岩溶水文地质条件简介
普岔河水库位于中营向斜轴部的三叠系下统永宁镇组第一段第二层 (T1yn1-2)(高程910～1012m)厚93m的薄夹中厚层泥灰岩夹泥岩之上，其下 (高程818～920m)为厚102m的第一层(T1yn1-1)中厚层状灰岩，再下(高程 818m以下)为三叠系下统飞仙关组(T1f)薄层砂岩与泥页岩互层。中营向斜为倒转倾覆向斜，轴部上游为向斜北西翼，岩层产状N30°～40°，NW∠70°～85°，倒转区倾向上游，近轴部区倾向下游；坝址及下游为向斜南东翼，岩层产状 N30°～40°，NW∠5°～10°，缓倾上游。在拟定坝址下游985m处，河水全部由K5 盲谷潜入地下形成伏流，伏流长约1217m，于K7岩溶大泉流出，形成K5-K7 岩溶管道。管道进、出口高程分别为913.4m和851.0m，水位差62.4m，形成5.13％的水力比降。
可疑渗漏通道为：库水沿T1yn1-1灰岩地层，从库盆区绕过T1yn1-2底界向下游K5盲谷及岩溶管道的河床深部纵向渗漏。
(3)本实用新型工程应用
为研究是否存在上述可疑渗漏通道，选取坝轴线右岸河心孔BZK1(孔深 110m)、坝址下游300m处右岸河心孔BZK3(孔深207m)按照本实用新型进行钻孔结构施工，以进行分层水位长期观测(内管水位)；选取坝轴线左岸河心孔BZK2(孔深109m)、坝址下游300m处左岸河心孔BZK4(孔深208m)进行常规综合水位观测(外管水位)，以便对比分析。各钻孔水位观测结果如图4、图5所示。
BZK3号钻孔深207m，其中，0～20m为覆盖层(含水层)，20～57.5m为T1yn1-2薄夹中厚层泥灰岩夹泥岩(隔水层)，57.5～202m为T1yn1-1中厚层状灰岩(含水层)，202～207m为T1f砂岩与泥页岩互层(隔水层)。
BZK1号钻孔深110m，其中，0～30m为覆盖层，30～77.6m为T1yn1-2薄夹中厚层泥灰岩夹泥岩，77.6～110m为T1yn1-1中厚层状灰岩。
据图4、图5可得如下结论：
(1)5月12日～5月16日BZK3孔深55m，钻孔未打穿T1yn1-2隔水地层，所测水位为覆盖层内水位。
5月17日～6月13日，钻孔进入T1yn1-1含水层，并按照本实用新型进行了钻孔结构处理，以确保将地表河水及覆盖层内部水与T1yn1-1层内水隔绝，所测水位即为T1yn1-1含水岩层内真实水位，据图可知，该水位为51.5m，高于T1yn1-1与T1yn1-2地层分界线，若T1yn1-1层内发育岩溶管道，该水位将低于现状水平，不会高于上述地层分界线。
(2)6月14日～7月9日为汛期，受两岸地下水补给，BZK1、BZK3两孔测得T1yn1-1层内真实水位均存在大幅度上涨，因具有承压性质，该水位甚至高于BZK2、BZK4所测综合水位，若T1yn1-1层内发育岩溶管道，该水位不会持续上升。
(3)结合本实用新型所得分层水位成果、钻孔不同深度水温成果、各泉点及管道流量实测成果、孔间电磁波CT试验成果等综合判定，本工程不存在库水沿T1yn1-1灰岩地层，从库盆区绕过T1yn1-2底界向下游K5盲谷及岩溶管道的河床深部纵向渗漏问题。
以上只是本实用新型的具体应用范例，本实用新型还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型所要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种分层地下水位长期监测的钻孔结构，其特征在于：包括钻孔(7)，钻孔(7)由上之下依次穿透钻孔顶部含水层(1)、钻孔上部相对隔水层(2)、需要长期观测水位的含水层(3)、钻孔底部地层(4)；在钻孔底部地层(4)中设有长观孔段以下孔段混凝土封堵体(5)，在长观孔段以下孔段混凝土封堵体(5)上位于需要长期观测水位的含水层(3)的孔段设有长观孔段的滤管(9)，在滤管(9)上方的孔段设有长观孔段以上的PVC管(11)，长观孔段以上的PVC管(11)位于钻孔(7)中并且其与钻孔(7)之间的空隙设有长观孔段以上的混凝土封堵体(12)封堵，在长观孔段以上的混凝土封堵体(12)底部设有遇水膨胀胶条(10)与滤管(9)顶部接触。
2.根据权利要求1所述的分层地下水位长期监测的钻孔结构，其特征在于：所述钻孔(7)的孔径大于滤管(9)和用于向钻孔内注浆形成长观孔段以下孔段混凝土封堵体(5)和长观孔段以上的混凝土封堵体(12)的注浆导管(6)的直径之和。
3.根据权利要求1所述的分层地下水位长期监测的钻孔结构，其特征在于：所述遇水膨胀胶条(10)的厚度加PVC管(11)直径小于钻孔(7)的直径。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109372494A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-02-22 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种分层地下水位长期监测的钻孔结构及方法 |
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2018
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109372494A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-02-22 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种分层地下水位长期监测的钻孔结构及方法 |
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