一种砂卵石地层保泉回灌井施工方法与流程

本发明涉及地下工程领域，特别是涉及一种砂卵石地层保泉回灌井施工方法。

背景技术：

目前，在富水性好、涌水量大的地层中，为确保基坑工程的施工安全，一般来说，需要采取基坑降水等工程措施。而在泉域地下水系统地区，由于水文地质单元较为封闭，当地下工程建设中采取基坑降水工程措施时，较大的降水量会影响基坑周围地下水渗流环境，产生地表沉降等地质灾害，同时会对泉水补给产生影响，严重的会导致泉水断流，尤其是对于具有泉水文化的济南地区，上述问题的重要性不言而喻。

为了减小基坑降水对周围环境的影响，一方面可以采取止水帷幕的工程措施；另一方面可以采取基坑回灌技术。考虑到地下水的系统性、止水帷幕埋置深度的有限性，仅靠止水帷幕很难将基坑内地下水与基坑外地下水间水力联系完全隔断。为此，在基坑降水工程中，多与基坑回灌技术相组合，能够更好保护周围环境。

中国专利申请号为：CN200820158159.6，名称为：地下水回灌井，其公开了一种地下水回灌井，从下到上依次包括沉淀管、过滤器和井管，井管外侧设有过滤层和隔水层，所述过滤器为一缠丝双层钢管，缠丝间距1-2mm，二层管之间的空隙填有石英砂，沙粒直径为3-5mm。该回灌井对软土地区地下水保护具有一定的效果，但其也存在一定的不足，在砂卵石地层中回灌水量较小、回灌水质不高、回灌范围有限、保泉效率较低。

综上所述，现有技术中对于砂卵石地层回灌井布置问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种砂卵石地层保泉回灌井施工方法，克服传统回灌井系统在砂卵石地层中回灌水量较小、回灌水质不高、回灌范围有限、保泉效率较低的缺点，其具有：减小基坑降水对泉域地下水的影响，实现对周围地下水环境的保护的效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种砂卵石地层保泉回灌井施工方法，包括以下步骤：

步骤1：测定待回灌位置地下水水位埋深、土层分布及不同土层的物理力学指标；

步骤2：在待回灌位置进行开挖回灌渗坑；

步骤3：在回灌渗坑底部钻置斜向引导孔，在斜向引导孔内放置钢管；

步骤4：在回灌渗坑中心位置施工管井；

步骤5：将钢管和管井位于地下水下的部分分别铺设净水砂滤层，形成斜向回灌井和管井回灌井。

进一步的，所述步骤1中测定土层分布的步骤为：

在基坑止水帷幕外的待回灌位置钻置竖直勘探孔，勘探孔钻入地层的砂卵石层，在勘探孔中进行原位测试，并根据原位测试结果确定土层分布。

进一步的，所述勘探孔的深度大于或等于基坑内降水井的深度。

进一步的，所述步骤1中测定土层物理力学指标的步骤为：

在勘探孔中，采取分布的每一土层的土样，对土样进行快速剪切试验和三轴固结排水试验，进而确定不同土层的物理力学指标。

进一步的，所述步骤1中测定地下水水位埋深的步骤为：

待勘探孔水位稳定后，确定待回灌位置的地下水水位埋深。

进一步的，所述步骤2的具体步骤为：

采用放坡开挖在待回灌位置开挖回灌渗坑，当地下水水位埋深＞5m时，回灌渗坑深度取5m；当地下水水位埋深≤5m时，回灌渗坑深度取值与地下水水位埋深相等。

进一步的，所述步骤3的具体步骤为：

根据步骤1中的物理力学指标，选择合适的钻机；

在回灌渗坑坑底，以回灌渗坑中心为圆心，以设定距离为半径，画出定位圆；

在定位圆上均匀选取多个引钻点，在每一引钻点处用钻机钻置与地表水平线成设定夹角的斜向引导孔，清理渣土，在斜向引导孔内放置钢管。

进一步的，所述斜向引导孔的竖向长度与待回灌位置基坑内降水井的深度相同。

进一步的，所述钢管由固定连接的密封钢管段和滤管段组成，密封钢管段位于地下水面以上，滤管段位于地下水面以下。

进一步的，所述管井由固定连接的不透水段和滤管段组成，不透水段位于地下水面以上，滤管段位于地下水面以下。

进一步的，所述步骤5的具体步骤为：

清理钢管和管井处的渣土；

将钢管位于地下水下的部分铺设净水砂滤层，用黏土将钢管和斜向引导孔间孔隙填满，夯实，形成斜向回灌井；

将管井位于地下水下的部分铺设净水砂滤层，形成管井回灌井。

进一步的，所述净水砂滤层由上至下依次由粗砂层、第一细砂层、含零价铁细砂层、第二细砂层、碎石层组成，所述粗砂层、第一细砂层、含零价铁细砂层、第二细砂层、碎石层的设置厚度比例为：1:(1.3～1.7):(2.8～3.2):(1.3～1.7):(2.8～3.2)。

进一步的，所述粗砂层、第一细砂层、含零价铁细砂层、第二细砂层、碎石层中不同粒径土颗粒及其他杂质质量总含量在5％以下；所述其他杂质包括腐叶、玻璃、木头、塑料；所述含零价铁细砂层中零价铁质量含量在60％以下。

本发明的有益效果为：

采用了在回灌位置设置斜向回灌井和管井回灌井的技术手段，利用回灌装置，在每个斜向回灌井、管井回灌井处，同时加压回灌，能够明显增大回灌量，提高回灌效果，对抽取的泉域地下水能较好地进行回灌补给，进而保护泉域地下水，避免泉域地下水资源的浪费，起到回灌保泉的作用。

采用了铺设净水砂滤层的技术手段，获得了回灌水质控制较好、回灌影响范围较大等的效果，能够较好地起到保护泉域地下水、保护周围环境的作用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一实施例中引钻点布置示意图；

图2为图1中A-A剖面图；

图中，1为勘探孔；2为回灌渗坑；3为定位圆；4为斜向引导孔；5为斜向钢管；6为中心回灌井管；7为密封钢管段；8为滤管段；9为不透水段；10为滤管段；11止水帷幕；12杂填土层；13粉质粘土层；14砂卵石层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在砂卵石地层中回灌水量较小、回灌水质不高、回灌范围有限、保泉效率较低的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种砂卵石地层保泉回灌井施工方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提供了一种砂卵石地层保泉回灌井施工方法，施工方法通过以下步骤实现：

第一步，测定待回灌位置地下水水位埋深、土层分布及不同土层的物理力学指标，土层的物理力学指标是指土层的抗剪强度、粘聚力。具体的：

1)于基坑止水帷幕11外，在待回灌位置处，钻置一个垂直勘探孔1，勘探孔1需钻入砂卵石层14，勘探孔1深度等于基坑内降水井最深长度H₀。在勘探孔1中进行原位测试，并根据原位测试结果确定土层划分。

原位测试，是指在勘探孔1位置进行双桥探头静力触探试验，测得不同深度处土层的比贯入阻力、锥头阻力。

2)在垂直勘探孔1中，在划分好的每一土层中，用重管回转取土器采取土样，土样数量不少于三个。

3)在保持重管回转取土器轴线垂直状态下，将土样运输至土工实验室，然后分别进行快速剪切试验和三轴固结排水试验，以确定土样的抗剪强度和粘聚力。

4)根据勘探孔1水位埋深稳定值，确定待回灌位置处地下水水位埋深H₁。

第二步，开挖回灌渗坑。具体的：

在待回灌位置处开挖一正方形回灌渗坑2，回灌渗坑2的中心位置与勘探孔1中心重合。回灌渗坑深度为H₂，坑底边长为5m。

回灌渗坑深度H₂根据地下水水位埋深H₁确定。具体的：

当H₁＞5m时，H₂取5m；

当H₁≤5m时，H₂等于H₁。

正方形回灌渗坑，开挖时采取放坡开挖的方式。

第三步，用钻机钻置斜向引导孔4，并在斜向引导孔4中放置斜向钢管5。具体的：

1)根据第一步测得的各土层剪切强度、粘聚力，选择合适的钻机。

2)在回灌渗坑2坑底，以勘探孔1中心为圆心，以勘探孔1中心到渗坑边缘垂直距离的0.8倍为半径，画出定位圆3。并在定位圆3上均匀取6个引钻点，并按照顺时针方向依次编号为引钻点1、引钻点2、引钻点3、引钻点4、引钻点5、引钻点6。

3)在每个引钻点处，用钻机钻置与地表水平线成45度夹角的斜向引导孔4，清理渣土后，并在斜向引导孔4内放置斜向钢管5。

斜向引导孔4长度为L₁，其中与H₂之和等于H₀。孔径为600mm。

斜向钢管5，由密封钢管段7和滤管段8组成。密封钢管段7长度为L₂，等于H₁与H₂之差；滤管段8长度为L₃，等于H₀与H₁之差。斜向钢管5外管径为273mm，钢管壁厚为3mm，材质为不锈钢。密封钢管段7与滤管段8采用机械焊接方式连接。

第四步，在回灌渗坑勘探孔1位置，施工管井。具体的：

在回灌渗坑勘探孔1位置处，用钻机钻置钻孔，然后施工中心回灌井管6。

钻孔孔深H₃等于H₀与H₂之差。

中心回灌井管6分为不透水段9和滤管段10，不透水段9长度为H₁与H₂之差，滤管段10长度为H₀与H₁之差。

第五步，分别在斜向钢管5的滤管段8、中心回灌井管6的滤管段10，铺满净水砂滤层。具体的：

1)在斜向钢管5、中心回灌井管6处，清理渣土。

2)在斜向钢管5的滤管段8，铺满净水砂滤层，并用黏土将斜向钢管5与斜向引导孔4间孔隙填满、夯实，形成斜向回灌井。

3)在中心回灌井管6的滤管段10，铺满净水砂滤层，形成管井回灌井。

净水砂滤层由粗砂层、细砂层、含零价铁细砂层、细砂层、碎石层组成。粗砂层、细砂层、含零价铁细砂层、碎石层中不同粒径土颗粒及其他杂质质量含量不得大于5％。含零价铁细砂层中零价铁质量含量不得大于60％。其他杂质有腐叶、玻璃、木头、塑料等物质。

净水砂滤层沿斜向多功能钢管或管井的轴向长度记为L₄。粗砂层沿钢管轴向长度等于0.1L₄，细砂层沿钢管轴向长度等于0.15L₄，含零价铁细砂层沿钢管轴向长度等于0.3L₄，细砂层沿钢管轴向长度等于0.15L₄，碎石层沿钢管轴向长度等于0.3L₄。

本发明的施工方法，能够明显增大回灌量，特别适合在泉域地下水地区回灌，对抽取的泉域地下水能够较好回灌补给到相应地层，进而保护泉域地下水，起到保泉的作用。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

以济南泉域系统地区，某地铁车站为例。该车站全长356.6m，为地下两层岛式站台车站，主体结构基坑标准段埋深约16.8m，宽约19.7m，采用明挖法施工，车站两侧盾构始发段和接收段基坑埋深20.0m，采用钻孔灌注桩做围护结构，基坑标准段桩长27.4m，端头井段桩长29.2m。该车站地下分布有两层地下水，分别为第四系松散层孔隙潜水、承压水。潜水初始水位埋深5.5～8.5m，含水层岩性主要为粉土。承压水初始水位埋深7.5～9.2m，含水层岩性主要为卵石、粉砂。为确保基坑施工安全需要进行基坑降水，考虑到传统的回灌技术难以满足该车站保护地下水的要求，现采用本发明方法进行施工，减小基坑降水对地下水环境的影响，保护泉水资源。

第一步，测定该车站回灌位置处地下水水位埋深、土层分布及不同土层的物理力学指标，土层的物理力学指标是指土层的抗剪强度、粘聚力。具体的：

1)在车站围护结构外回灌位置处，钻置一深度为20m勘探孔1，并进行原位测试。

2)原位测试，是指在勘探孔1位置处进行双桥探头静力触探试验，测得不同深度处土层的比贯入阻力，测到的结果以及据此对土层的划分如下：

第一层为杂填土层12：土层埋深为地面起至地面下1.6m，比贯入阻力为2.8MPa；

第二层为粉质粘土层13：土层埋深为地面下1.6m至16.2m，比贯入阻力为4.2MPa；

第三层为砂卵石层14：土层埋深为地面下16.2m至20m，比贯入阻力为23.1MPa。

3)根据土层划分结果，在每一层土中，用重管回转取土器至少采取3个土样。保持重管回转取土器轴线垂直状态下，将土样运输至土工实验室，然后分别进行快速剪切试验和三轴固结排水试验，确定土样的抗剪强度和粘聚力，具体结果如下：

第一层杂填土：抗剪强度16，粘聚力为5kPa；

第二层粉质粘土：抗剪强度40kPa，粘聚力为32kPa；

第三层砂卵石层：抗剪前度12kPa，粘聚力为0。

4)根据勘探孔水位埋深稳定值，确定待回灌位置处地下水水位埋深约为7m。

第二步，开挖回灌渗坑2。具体的：

采用放坡开挖的方式，坡度为1:1.5。在待回灌位置处开挖一正方形回灌渗坑2，回灌渗坑2的中心位置与勘探孔1中心重合。回灌渗坑2，坑底边长为5m，由于地下水水位埋深约为7m＞5m，所以渗坑深度确定为5m。

第三步，用钻机钻置斜向引导孔4，并在斜向引导孔4中放置斜向钢管5。具体的：

1)根据第一步测得的各土层剪切强度和粘聚力，选择柴75CZ22型号钻机。

2)在回灌渗坑2坑底，以勘探孔1中心为圆心，画出半径2m的定位圆3。并在定位圆3上均匀取6个引钻点位置，并按照顺时针方向依次编号为引钻点1、引钻点2、引钻点3、引钻点4、引钻点5、引钻点6。

3)在每个引钻点位置处，用钻机钻置与地表水平线成45度夹角的斜向引导孔4，清理渣土后，并在斜向引导孔4内放置斜向钢管5。

斜向引导孔4长度为21.13m，孔径为600mm。

斜向钢管5，由密封钢管段7和滤管段8组成。密封钢管段7长2.82m；滤管段8长18.31m。斜向钢管5外管径为273mm，钢管壁厚3mm，不锈钢材质。密封钢管段7与滤管段8采用机械焊接方式连接。

第四步，在勘探孔1位置处，安装中心回灌井管6。具体的：

在勘探孔1位置处，用钻机钻置钻孔，然后施工中心回灌井管6。

钻孔孔深15m，孔径为600mm。

中心回灌井管6分为不透水段9和滤管段10，不透水段9管长2m，滤管段10管长13m。

第五步，分别在滤管段8、滤管段10，铺满净水砂滤层，并填充斜向钢管5、中心回灌井管6与斜向引导孔4的间隙，形成回灌井。具体的：

1)在斜向钢管5、中心回灌井管6处，清理渣土。

2)在滤管段8，铺满净水砂滤层；在滤管段10，铺满净水砂滤层。

3)在密封钢管段7与斜向引导孔4的间隙填充优质黏土，在滤管段8与斜向引导孔4的间隙填充粒径1-2cm砂石，在斜向钢管5与斜向引导孔4的间隙，密封钢管段7和滤管段8交接处用黏土止水球沿填充，填充长度为轴向50cm，其中在密封钢管段7轴向长25cm，在滤管段8轴向长25cm。

4)在不透水段9与斜向引导孔4的间隙填充优质黏土，在滤管段10与斜向引导孔4的间隙填充粒径1-2cm砂石，在中心回灌井管6与斜向引导孔4的间隙，不透水段9和滤管段10交接处用黏土止水球沿填充，填充长度为轴向50cm，其中在不透水段9轴向长25cm，在滤管段10轴向长25cm。

净水砂滤层由粗砂层、细砂层、含零价铁细砂层、细砂层、碎石层组成。粗砂层、细砂层、含零价铁细砂层、碎石层中不同粒径土颗粒及其他杂质质量总含量不得大于5％。含零价铁细砂层中零价铁质量含量不得大于60％。

净水砂滤层沿斜向钢管5轴向长18.31m。粗砂层沿斜向钢管5轴向长1.83m，细砂层沿斜向钢管5轴向长2.75m，含零价铁细砂层沿斜向钢管5轴向长5.49m，细砂层沿斜向钢管5轴向长2.75m，碎石层沿斜向钢管5轴向长5.49m。

净水砂滤层沿中心回灌井管6的轴向长13m。粗砂层沿中心回灌井管6的轴向长1.3m，细砂层沿中心回灌井管6的轴向长1.95m，含零价铁细砂层沿中心回灌井管6的轴向长3.9m，细砂层沿中心回灌井管6的轴向长1.95m，碎石层沿中心回灌井管6的轴向长3.9m。

至此施工完所有回灌井后，进行洗井回扬后，便可用于实际生产。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。