专利名称：一种可调节式串连承压水真空降压方法
技术领域：
本发明涉及承压水真空降压方法，尤其涉及一种可调节式串连承压水真空降压方法，适用于使用井管抽汲地下水又期望最大限度减少地面沉降的各种土建和地下水资源利用领域，如基坑降水领域、地下水资源管理领域、地下水治理领域等。
背景技术：
井点降水因具有施工简便、经济实用的特点在基坑降水工程中得到广泛应用，但是随基坑深度增加和抽水量增大，基坑降水带来地面沉降的环境危害日益严重，甚者地面开裂或危及周边建筑安全。
在某些水文地质条件下，可以利用含水层分布、颗粒组分和水头差特点将上下含水层贯通，实现地下水内部循环，既减少抽水量，又减少地面沉降值。如北京地区引渗井技术即是基于这种原理的成功实践。然而北京地区引渗井技术的缺点是井管为普通直管，井内无人为控制设置，无法主动掌控含水层之间水流交换数量，只能被动的接受地层水力连通后的非稳定渗流状态发展直至新的水力平衡建立，所以无法控制地面沉降发展。这样的引渗井其实为简单混合井。
美国Slug test含水层井流试验技术应用了双气囊包分离技术在含水层中隔离出目标试验段，再人为改变井内水位，根据水位恢复过程测算含水层段渗透系数或导水系数。此技术主要用来测算含水层水文地质参数，针对某单一含水层进行试验，没有应用于多含水层之间的贯通效应。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可调节式串连承压水真空降压方法，该方法可以降低减压目标含水层水头，实现地下水系统内部循环，减少地面沉降并且可以减少抽水量，降低工程造价。
本发明的一种可调节式串连承压水真空降压方法，它包括以下步骤 (a)测量相邻承压含水层的每层水头及厚度以及位于两个含水层之间的粘土弱透水层的厚度； (b)在上层承压含水层水头高于下层承压含水层的条件下，从地面打井孔至下层承压含水层的深度，同时打穿两承压含水层； (c)准备井管，分别在井管位于上、下承压含水层的侧壁位置开孔以形成滤水段； (d)按滤水段对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管，滤水段外缠绕2～3层网状尼龙纱布； (e)在井管外壁与所述的上、下承压含水层之间投碎石粒料，在井管外壁与潜水层及所述的粘土弱透水层之间投粘土球； (f)试抽水，观测两层承压含水层的混合水头； (g)在井管内粘土弱透水层位置放置气囊，并将加压管和测压管导引出井口，连接测压和加压、减压器具； (h)在气囊上方放置铁制圆环隔栅，以阻止气囊浮升； (i)当混合井水头显著低于上层承压含水层水头时，将气囊中的气体放出，上层承压含水层水流入下层承压水层，混合井降水，此时如果地面沉降较大，可使气囊部分充气，从而使上、下承压含水层部分贯通，以控制地面沉降发展；当混合井水头不低于上层承压含水层水头时，隔断上层承压水与之间联系，仅对上层承压含水层进行降深或水头控制型降水。
本发明方法和已有技术相比具有以下优点利用含水层水文地质特点，贯通不同含水层，降低减压目标含水层水头，实现地下水系统内部循环，减少地面沉降；改进目前引渗井中无法人为主动控制含水层间水流交换量，只能被动接受地层自然调节结果的现状；控制含水层间水流交换量，调节和控制地面沉降发展；利用水流引渗，减少抽水量，降低工程造价。
图1为本发明的一种可调节式串连承压水真空降压方法中气囊充满气时，上、下承压含水层之间全阻断的状态示意图； 图2为气囊部分充气时，上、下承压含水层之间部分贯通的状态示意图； 图3为气囊中无气体时，上、下承压含水层之间全贯通的状态示意图。
具体实施例方式 下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。
本发明的基本原理是对两具有水头差的相邻承压含水层，如果需要抽水上层承压含水层，且其承压水头高于下层承压含水层，特别是当下层承压含水层由致密砂砾组成，压缩性相当小的情况下，则可以利用井管将上下含水层贯通，将上层水引入下层，为控制上层承压含水层水头不致过度下降从而引起较大地面沉降，需要控制上层承压含水层向下层的灌注流量，于是在上、下层承压含水层均设置滤水管，在上、下层承压水含水层之间井管中设置可减压收缩、充气膨胀的气囊作为隔断装置，实现完全连通、部分连通、隔断上层承压水与下层承压水之间联系等多种效果，根据工程要求调节气囊气压以改变井管过流断面面积，从而达到控制上层承压含水层的流失水量和水头降深值。
根据使用要求，可加压隔断上、下层承压水含水层水力联系，或减压连通上、下层承压水含水层，并可调节上、下含水层抽水量。在降上层承压水时，当下层承压水水头明显低于上层承压水水头时，设置的降压井井管延伸至下层承压水头较低的含水层，使上层承压水产生水头降低的效应，减少抽水量使其于地下水系统内循环，从而达到减少地面沉降的目的。还可对上层承压含水层实施真空抽水降压，此时隔断上、下层承压水含水层。
基于上述原理本发明方法包括以下步骤(a)测量相邻承压含水层1、2的各层水头及厚度以及位于两个含水层之间的粘土弱透水层的厚度；(b)在上层承压含水层1水头高于下层承压含水层2的条件下，从地面打井孔至下层承压含水层的深度，同时打穿两承压含水层；(c)准备井管，分别在井管位于上、下承压含水层的侧壁位置开孔以形成滤水段，孔径及开孔率依据含水层砂土粒径与施工经验而定；(d)按滤水段对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管，滤水段外缠绕2～3层网状尼龙纱布；(e)在井管外壁与所述的上、下承压含水层之间投碎石粒料，在井管外壁与潜水层3及所述的粘土弱透水层4之间投粘土球；(f)试抽水，观测两层承压含水层的混合水头；(g)在井管内粘土弱透水层位置放置气囊5，并将加压管和测压管导引出井口，连接测压和加压、减压器具；(h)在气囊上方放置铁制圆环隔栅，以阻止气囊浮升；(i)当混合井水头显著低于上层承压含水层水头时，将气囊中的气体放出，上层承压含水层水流入下层承压水层，混合井降水，此时如果地面沉降较大，可使气囊部分充气，从而使上、下承压含水层部分贯通，以控制地面沉降发展；当混合井水头不低于上层承压含水层水头时，隔断上层承压水与之间联系，仅对上层承压含水层进行降深(或水头)控制型降水。
实施例1 测量相邻承压含水层的上、下层水头分别为埋深1.21m、埋深3.52m，平均厚度分别为6m、3m，都由粉砂组成；位于两个含水层之间的粘土弱透水层的平均厚度为11m；计算可得上层承压含水层水头高于下层承压含水层，从地面打井孔至下层承压含水层的深度，井深为38m；准备井管长度为40m，分别在井管位于上、下承压含水层的侧壁位置开孔形成滤水段，孔径为5mm，滤水段缠绕包裹2层网状尼龙纱布；按滤水段对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管；在井管外壁与所述的上、下承压含水层空隙之间投碎石粒料，在井管外壁与潜水层及所述的粘土弱透水层之间投粘土球；试抽水，观测两层承压含水层的混合水头发现混合水头低于上层承压含水层自身水头近1.60m；在井管内粘土弱透水层位置放置气囊，并将加压管和测压管导引出井口，连接测压和加压、减压器具；在气囊上方放置铁制圆环隔栅，以阻止气囊浮升；此时测量混合井水头为埋深2.82m，上层承压含水层水头为1.20米，混合井水头显著低于上层承压含水层水头将气囊中的气体放出，上层承压含水层水流入下层承压水层，混合井降水，控制上层承压含水层降深或水头达设计目标范围。
实施例2 测量相邻承压含水层的上、下层水头分别为埋深3.43m、埋深9.65m，平均厚度分别为7m、12m，上部承压含水层由粉土、粉砂组成，下部承压含水层由粗砂组成；位于两个含水层之间的粘土弱透水层的平均厚度为23m；计算可得上层承压含水层水头高于下层承压含水层，从地面打井孔至下层承压含水层的深度，井深为57m；准备井管长度为59m，分别在井管位于上、下承压含水层的侧壁位置开孔形成滤水段，孔径为5mm，滤水段缠绕包裹3层网状尼龙纱布；按滤水段对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管；在井管外壁与所述的上、下承压含水层空隙之间投碎石粒料，在井管外壁与潜水层及所述的粘土弱透水层之间投粘土球；试抽水，观测两层承压含水层的混合水头发现混合水头低于上层承压含水层自身水头近4.30m；在井管内粘土弱透水层位置放置气囊，并将加压管和测压管导引出井口，连接测压和加压、减压器具；在气囊上方放置铁制圆环隔栅，以阻止气囊浮升；此时测量混合井水头为埋深7.81m，上层承压含水层水头为埋深3.41m，混合井水头显著低于上层承压含水层水头，将气囊中的气体放出，上层承压含水层水流入下层承压水层，混合井降水，经过15天时间，测得地面最大沉降为2.14cm，地面沉降较大，采用所述的加压管给气囊部分充气，从而使上、下承压含水层部分贯通，上层承压含水层水流入下层承压水层的速度变慢，使地面最大沉降维持在3.50cm之内。
实施例3 测量相邻承压含水层的上、下层水头分别为埋深2.43m、埋深3.56m，平均厚度分别为5m、8m，上部承压含水层由粉砂组成，下部承压含水层由细砂组成；位于两个含水层之间的粘土弱透水层的平均厚度为12m；计算可得上层承压含水层水头高于下层承压含水层，从地面打井孔至下层承压含水层的深度，井深为40m；准备井管长度为42m，分别在井管位于上、下承压含水层的侧壁位置开孔形成滤水段，孔径为5mm，滤水段缠绕包裹2层网状尼龙纱布；按滤水段对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管；在井管外壁与所述的上、下承压含水层空隙之间投碎石粒料，在井管外壁与潜水层及所述的粘土弱透水层之间投粘土球；试抽水，观测两层承压含水层的混合水头发现混合水头低于上层承压含水层自身水头近0.60m；在井管内粘土弱透水层位置放置气囊，并将加压管和测压管导引出井口，连接测压和加压、减压器具；在气囊上方放置铁制圆环隔栅，以阻止气囊浮升；此时测量混合井水头为埋深2.74m，上层承压含水层水头为埋深2.81m，混合井水头高于上层承压含水层水头，将气囊中充满气体以隔断上层承压水与之间联系，仅对上层承压含水层进行降水，控制上层承压含水层降深(或水头)达设计目标范围。
实施例4 测量相邻承压含水层的上、下层水头分别为埋深1.83m、埋深2.74m，平均厚度分别为4m、5m，上部承压含水层由粉砂组成，下部承压含水层由细砂组成；位于两个含水层之间的粘土弱透水层的平均厚度为7m；计算可得上层承压含水层水头高于下层承压含水层，从地面打井孔至下层承压含水层的深度，井深为28m准备井管长度为30m，分别在井管位于上、下承压含水层的侧壁位置开孔形成滤水段，孔径为5mm，滤水段缠绕包裹2层网状尼龙纱布；按滤水段对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管；在井管外壁与所述的上、下承压含水层空隙之间投碎石粒料，在井管外壁与潜水层及所述的粘土弱透水层之间投粘土球；试抽水，观测两层承压含水层的混合水头发现混合水头低于上层承压含水层自身水头近0.40m；在井管内粘土弱透水层位置放置气囊，并将加压管和测压管导引出井口，连接测压和加压、减压器具；在气囊上方放置铁制圆环隔栅，以阻止气囊浮升；此时测量混合井水头为埋深2.14m，上层承压含水层水头为埋深2.27m，混合井水头等于上层承压含水层水头，将气囊中充满气体以隔断上层承压水与之间联系，仅对上层承压含水层进行降水，控制上层承压含水层降深(或水头)达设计目标范围。
权利要求
1.一种可调节式串连承压水真空降压方法，其特征在于它包括以下步骤
(a)测量相邻承压含水层的每层水头及厚度以及位于两个含水层之间的粘土弱透水层的厚度；
(b)在上层承压含水层水头高于下层承压含水层的条件下，从地面打井孔至下层承压含水层的深度，同时打穿两承压含水层；
(c)准备井管，分别在井管位于上、下承压含水层的侧壁位置开孔以形成滤水段；
(d)按滤水段对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管，滤水段外缠绕2～3层网状尼龙纱布；
(e)在井管外壁与所述的上、下承压含水层之间投碎石粒料，在井管外壁与潜水层及所述的粘土弱透水层之间投粘土球；
(f)试抽水，观测两层承压含水层的混合水头；
(g)在井管内粘土弱透水层位置放置气囊，并将加压管和测压管导引出井口，连接测压和加压、减压器具；
(h)在气囊上方放置铁制圆环隔栅，以阻止气囊浮升；
(i)当混合井水头显著低于上层承压含水层水头时，将气囊中的气体放出，上层承压含水层水流入下层承压水层，混合井降水，此时如果地面沉降较大，可使气囊部分充气，从而使上、下承压含水层部分贯通，以控制地面沉降发展；当混合井水头不低于上层承压含水层水头时，隔断上层承压水与之间联系，仅对上层承压含水层进行降深或水头控制型降水。
全文摘要
本发明公开了一种可调节式串连承压水真空降压方法，它包括以下步骤测量相邻承压含水层的各层水头及厚度以及粘土弱透水层的厚度；从地面打井孔至下层承压含水层的深度；准备井管；按井管对应的每一含水层的位置在所述的井孔内下井管；在井管外壁与各含水层之间投料；试抽水；在井管内粘土弱透水层位置放置气囊；使气囊充气、放气以控制上、下承压含水层之间的联系。本发明方法可实现地下水系统内部循环，减少地面沉降；改进目前引渗井中无法人为主动控制含水层间水流交换量，只能被动接受地层自然调节结果的现状；控制含水层间水流交换量，调节和控制地面沉降发展；利用水流引渗，减少抽水量，降低工程造价。
文档编号E02D3/00GK101130954SQ200710058398
公开日2008年2月27日 申请日期2007年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者刚 郑, 杨建民 申请人:天津大学