专利名称：一种井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法
技术领域：
本发明涉及降水的同时进行回灌以控制地面沉降和保护地下水的方法，尤其涉及一种在一个井管内同时进行抽水和回灌的地面沉降控制方法，适用于在深厚含水层或含水层成层分布的地层中进行降水并且需要控制地面沉降的情况，可主要应用于基坑工程领域，其它如隧道工程领域、地基处理工程领域等。
背景技术：
随着建筑工程向“建筑高度高、基础埋置深”两个方向发展，基坑工程等地下工程施工深度日益增大，常涉及到地下深厚含水层或多层含水层，深、大基坑降水工程会抽取大量地下水，造成地面沉降、地下水资源浪费等工程问题，所以需要采取合理的工程措施避免不良工程后果发生，本发明的一种井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法即是这样一种工程措施。在深厚含水层内进行基坑降水时，为了降低基坑涌水量和控制地面沉降，往往将止水帷幕加深，目前施工技术可使止水帷幕最深达约55m，当止水帷幕不能截断含水层时则成为悬挂式止水帷幕。在悬挂式止水帷幕内降水，渗流场的特征是含水层下部或中部的水流向含水层上部，即基坑底井管内降水来自含水层内自下而上的供水补给，基坑内或基坑附近含水层又获得基坑外含水层供水补给，形成由外而内、由下而上的渗流场渗流路径。若能在含水层下部或中部设置回灌井以提供水源补给，即可减少基坑外含水层向基坑内的补给，就可以达到降低坑外地面沉降的目的。管井降水是一种成熟的降水施工技术，降水井管包括止水段、滤水段和沉淀段三部分。施工时先由钻机在井位点钻井孔，井孔钻到预定深度后下井管，在井管和孔壁之间的空隙内填滤料、粘土球，洗井之后即可下泵抽水。填滤料、粘土球时，将滤料填到滤水段和沉淀段位置，将粘土球填到止水段位置。管井回灌的施工工艺和管井降水几乎完全相同，不同之处在于降水井滤水段作用为含水层向井内渗水，回灌井滤水段作用为井内回灌水向含水层渗水。为了保证回灌水质量以防回灌淤堵，需要将从含水层抽出的水在沉淀池内经沉淀澄清后再作回灌之用。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，以降低含水层由基坑外向基坑内补给量，减少地面沉降，保护地下水资源。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，包括以下步骤:一)根据基坑深度、止水帷幕深度和含水层分布状况，分析确定在同一井孔位上抽井的滤水段位置和回灌井的滤水段位置；二)设计确定抽水井的止水段、滤水段和沉淀段，设计确定回灌井的止水段、滤水段和沉淀段；三)根据井管结构，确定井孔钻孔直径和深度；四)采用钻机钻井孔到井管管底深度位置；五)在同一井孔位上完成回灌井和降水井的施工，形成抽水和回灌两用井管，回灌井的灌水管固定在降水井的井管内，回灌井的灌水管上端与降水井的井管上端平齐。所述回灌井的井管的直径小于所述降水井的井管的直径，所述回灌井的灌水管直径与回灌井的井管直径相同，所述回灌井的灌水管与所述回灌井的井管相互固接。所述回灌井的井管的直径与所述降水井的井管的直径相同，所述回灌井的灌水管直径小于所述回灌井的井管直径，所述回灌井的灌水管的下端延伸至所述回灌井的滤水段上端。所述回灌井的井管的直径与所述降水井的井管的直径相同，所述回灌井的灌水管直径小于所述回灌井的井管直径，所述回灌井的灌水管的下端延伸至所述回灌井的止水段上端。本发明具有的优点和积极效果是:基于深厚含水层中基坑降水的渗流场特点，将降水井管竖向延长至含水层的供水补给位置，在该位置设置井管回灌滤水段，在降水井内设置回灌通道将抽出去的水经沉淀澄清后回灌至回灌滤水段，降低含水层由基坑外向基坑内补给量，减少地面沉降。本发明将降水和回灌两种技术进行整合，改造井管，使一井两用，同时具有抽水和回灌功能，具有施工简便、造价低廉、回灌高效、控制沉降效果好的优点，极具推广应用价值。
图1为应用本发明形成的第一种抽水和回灌两用井管的俯视图；图2为应用本发明形成的第一种抽水和回灌两用井管的侧视图；图3为图1的剖面图；图4为应用本发明形成的第二种抽水和回灌两用井管的俯视图；图5为应用本发明形成的第二种抽水和回灌两用井管的侧视图；图6为图4的剖面图；图7为应用本发明形成的第三种抽水和回灌两用井管的俯视图；图8为应用本发明形成的第三种抽水和回灌两用井管的侧视图；图9为图7的剖面图；图10为本发明应用的示意图。图中:1、抽水井的止水段，2、抽水井的滤水段，3、抽水井的沉淀段，4、回灌井的止水段，5、回灌井的滤水段，6、回灌井的沉淀段，7、井管，8、灌水管，9、焊接支撑铁片，10、基坑，11、止水帷幕，12、含水层，13、抽水和回灌两用井管。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:请参阅图1 图10，一种井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，包括以下步骤:
一)根据基坑10的深度、止水帷幕11的深度和含水层12的分布状况，分析确定在同一井孔位上抽水井的滤水段2的位置和回灌井的滤水段6的位置；二)设计确定抽水井的止水段1、滤水段2和沉淀段3，设计确定回灌井的止水段
4、滤水段5和沉淀段6;三)根据井管结构，确定井孔钻孔直径和深度；四)采用钻机钻井孔到井管管底深度位置；五)在同一井孔位上完成回灌井和降水井的施工，形成抽水和回灌两用井管13，回灌井的灌水管8通过焊接支撑铁片9固定在降水井的井管7内，回灌井的灌水管8上端与降水井的井管7上端平齐。请参阅图1 图3，图1 图3示出了上述抽水和回灌两用井管的第一种结构，所述回灌井的井管的直径小于所述降水井的井管的直径，所述回灌井的灌水管8的直径与回灌井的井管直径相同，所述回灌井的灌水管8与所述回灌井的井管相互固接。请参阅图4 图6，图4 图6示出了上述抽水和回灌两用井管的第二种结构，所述回灌井的井管的直径与所述降水井的井管的直径相同，所述回灌井的灌水管8的直径小于所述回灌井的井管直径，所述回灌井的灌水管8的下端延伸至所述回灌井的滤水段上端。请参阅图7 图9,图7 图9不出了上述抽水和回灌两用井管的第三种结构，所述回灌井的井管的直径与所述降水井的井管的直径相同，所述回灌井的灌水管8的直径小于所述回灌井的井管直径，所述回灌井的灌水管8的下端延伸至所述回灌井的止水段上端。成井的具体工序为:(a)在预制井底上放置井管，缓缓下放，当管口与井口相差200mm时，接上节井管。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，为防止雨水泥砂或异物流入井中，井管高出地面不小于200_，并加盖临时保护。井管滤水段采用无砂砼滤管或带滤孔的铁管，井管非滤水管采用无砂砼滤管或不带滤孔的铁管。(b)井管下入后立即填入滤料和粘土球。滤料填入滤水段和沉淀段位置，粘土球填入止水段位置。滤料和粘土球沿井孔四周均匀填入，宜保持连续，将泥浆挤出井孔。填滤料和粘土球时，随填随测滤料和粘土球填入高度，当填入量与理论计算量不一致时，及时查找原因进行补填或换填。(C)填滤料和粘土球后应立即进行洗井，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化，难以破坏，影响渗水和灌水效果。冲洗时，采用下泵试抽洗井，用潜水泵反复进行抽洗，直至水清砂净。此后，进行抽水，将抽水的水流放在外置沉淀池内。待沉淀池内水澄清后，将清水用水泵抽取灌入井管内的回灌管。本发明针对深厚含水层内基坑降水的渗流场特点，在降水位置布置抽水滤水段，在补水位置设置回灌滤水段，将降水和回灌在一个井管内完成，施工简便、造价低廉、回灌高效，起到控制地面沉降和地下水资源保护的目的。本发明的基本原理是:在悬挂式止水帷幕内降水，渗流场的特征是含水层下部或中部的水流向含水层上部，即基坑底井管内降水来自含水层内自下而上的供水补给，基坑内或基坑附近含水层又获得基坑外含水层供水补给，形成由外而内、由下而上的渗流场渗流路径。基于这样的渗流场特点，将降水井管竖向延长至含水层的供水补给位置，在该位置设置井管回灌滤水段，即在降水位置布置抽水滤水段，在补水位置设置回灌滤水段。在降水井内设置回灌通道将抽出去的水经沉淀澄清后回灌至回灌滤水段，将降水和回灌在一个井管内完成，降低含水层由基坑外向基坑内补给量，减少地面沉降。本发明基于基坑降水的渗流场特征，整合现有成熟的降水井技术和回灌井技术，通过在降水井内设置回灌通道使二井合一，既可减少地面沉降又可保护地下水资源，同时该技术具有施工简便、造价低廉、回灌高效的优点。本发明的应用实例1:请参见图10，某地铁车站基坑工程呈矩形长160m，宽22.lm，采取明挖法施工，支护结构为地下连续墙和内支撑，基坑挖深25.63m。地下连续墙兼作止水帷幕，墙厚lm，墙深45m。承压含水层顶板埋深为30m，含水层厚达21m。基坑降水井滤水段进入承压含水层，止水帷幕未截断承压含水层，采用常规降水方法会导致承压含水层大量抽水和地面沉降难以控制。采用本发明方法使地面沉降得到有效控制。根据计算分析,确定井管抽水部分长35m,其中从管口向下Olm为止水段、134m为抽水滤水段、34 35m为沉淀段；确定灌水部分长20m,从管口向下3543m为止水段、4354m为回灌滤水段、5455m为沉淀段。抽水井管直径与灌水管直径都为273mm，长度为55m。灌水通道管直径为100mm,长度为35m,灌水通道管焊附在井管壁上。井管钻孔直径为600mm。钻孔深为55m。基坑内共布置抽水和回灌两用井管共20 口，基坑外设置4个沉淀池，每5 口井共用一个沉淀池。每个井管内放置一个抽水泵，抽出的水排入沉淀池，沉淀池内澄清后的水再由水泵抽起灌入到井管内的灌水通道管，进而回灌入含水层。经现场监测，约3/4基坑涌水量回灌入地下含水层，降水6个月，地面沉降控制在15mm内，达到了工程预期效果。本发明的应用实例2:某大厦基坑工程开挖面积约I万m2，开挖深度约14.2m,基坑支护工程采用两道临时钢筋混凝土水平支撑系统；止水帷幕为单排Φ650@900三轴水泥搅拌桩，桩长23m ;采取明挖法施工。基坑底下覆承压含水层，其层顶埋深约为30.5m，含水层厚度33m左右，承压水水位埋深约为1.50 1.90m，不满足抗突涌稳定验算，工程中需布置降压井。采用常规降水方法会导致承压含水层大量抽水和地面沉降难以控制，采用本发明方法将降压井制作成为降压和回灌两用的井管，降压和回灌同时进行，使地面沉降得到有效控制。根据计算分析，确定降压回灌两用井管抽水部分长38m，其中从管口向下031m为止水段、3137m为抽水滤水段、3738m为沉淀段；确定降压回灌两用井管灌水部分长16m，从管口向下3843m为止水段、4353m为回灌滤水段、5354m为沉淀段。抽水井管直径与灌水管直径都为273mm，长度为54m。灌水通道管直径为100mm，长度为43m，灌水通道管焊附在井管壁上。井管钻孔直径为600mm。钻孔深为54m。基坑内将降压井管只作为本发明的抽水和回灌两用井管，共布置抽水和回灌两用井管共28 口，基坑外设置7个沉淀池，每4 口井共用一个沉淀池。每个井管内放置一个抽水泵，抽出的水排入沉淀池，沉淀池内澄清后的水再由水泵抽起灌入到井管内的灌水通道管，进而回灌入承压含水层。经现场监测，约1/2降压抽水量回灌入地下含水层，降压3个月，地面沉降控制在20mm内，达到了工程预期效果。尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 一)根据基坑深度、止水帷幕深度和含水层分布状况，分析确定在同一井孔位上抽井的滤水段位置和回灌井的滤水段位置； 二)设计确定抽水井的止水段、滤水段和沉淀段，设计确定回灌井的止水段、滤水段和沉淀段； 三)根据井管结构，确定井孔钻孔直径和深度； 四)采用钻机钻井孔到井管管底深度位置； 五)在同一井孔位上完成回灌井和降水井的施工，形成抽水和回灌两用井管，回灌井的灌水管固定在降水井的井管内，回灌井的灌水管上端与降水井的井管上端平齐。
2.根据权利要求1所述的井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，其特征在于，所述回灌井的井管的直径小于所述降水井的井管的直径，所述回灌井的灌水管直径与回灌井的井管直径相同，所述回灌井的灌水管与所述回灌井的井管相互固接。
3.根据权利要求1所述的井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，其特征在于，所述回灌井的井管的直径与所述降水井的井管的直径相同，所述回灌井的灌水管直径小于所述回灌井的井管直径，所述回灌井的灌水管的下端延伸至所述回灌井的滤水段上端。
4.根据权利要求1所述的井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，其特征在于，所述回灌井的井管的直径与所述降水井的井管的直径相同，所述回灌井的灌水管直径小于所述回灌井的井管直径，所述回灌井的灌水管的下端延伸至所述回灌井的止水段上端。
全文摘要
本发明公开了一种井管内同时抽水和回灌的沉降控制方法，包括以下步骤一)根据基坑深度、止水帷幕深度和含水层分布状况，分析确定在同一井孔位上抽井的滤水段位置和回灌井的滤水段位置；二)设计确定抽水井的止水段、滤水段和沉淀段，设计确定回灌井的止水段、滤水段和沉淀段；三)根据井管结构，确定井孔钻孔直径和深度；四)采用钻机钻井孔到井管管底深度位置；五)在同一井孔位上完成回灌井和降水井的施工，形成抽水和回灌两用井管，回灌井的灌水管固定在降水井的井管内，回灌井的灌水管上端与降水井的井管上端平齐。本发明能够降低含水层由基坑外向基坑内补给量，减少地面沉降，保护地下水资源。
文档编号E02D19/10GK103088836SQ20121054325
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月15日 优先权日2012年12月15日
发明者杨建民, 秦军 申请人:天津大学