一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，井孔中心由下到上依次设置有对接固定的沉淀管、过滤器、井管，过滤器外部的井孔内设置有砂砾过滤层，砂砾过滤层的顶部位于过滤器以上2m～3m处，砂砾过滤层以上设置有粘土球隔水层，粘土球隔水层的顶部位于过滤器以上7m～10m处，粘土球隔水层顶部设置有橡胶气囊，橡胶气囊内充满水泥浆液，橡胶气囊以上至井口设置有混凝土堵水层；橡胶气囊侧边鼓入隔水土层中，隔水土层位于粘土球隔水层和混凝土堵水层外部。本实用新型可以有效防止成井施工过程中不可避免的井管扰动带来的过滤层堵塞失效及回灌井运行过程的回灌水上涌，再结合其他回灌水预处理等措施可最终保证回灌井的正常工作。
【专利说明】一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井
【技术领域】
[0001]本实用新型属于利用回灌控制地面沉降的基坑降水领域，或者地下水资源管理领域、地下水治理领域，更具体的说，是涉及一种回灌井。
【背景技术】
[0002]在基坑开挖过程中，经常遇到承压水的控制问题。普遍的做法是利用降压井对承压含水层进行降压。同时，为了减小坑内降水对坑外环境的影响，常常利用隔水帷幕截断承压含水层。但随着基坑开挖深度的增加，需要控制的承压含水层也越来越深，此时如果仍用隔水帷幕截断之，有些地区将使得隔水帷幕深度达到70m以上，而对于这样的工程，通常用地下连续墙作为止水帷幕，这将使得基坑工程耗资巨大，很不经济，同时也增加了施工的难度。
[0003]在这样的背景下，悬挂式止水帷幕的概念即应运而生。但是采用这一做法，将导致坑外受到坑内降水的影响，最显著的就是地面或建筑物沉降，而产生这种沉降的直接原因就是坑外含水层水位的降低。
[0004]因此为了减小或消除坑外水位受坑内降水的影响，坑外地下水回灌的概念则普遍流行起来。但是回灌井成井技术的不成熟一直限制着回灌的发展。目前主要的问题有两个:
[0005](I)回灌井中涌水失效。由于常规回灌井井管侧滤料或粘土球的不密实，回灌水在回灌压力作用下往往沿着井管侧壁冒出地面，最终导致回灌井失效。对于此种失效，可以在井管侧充填水泥浆或混凝土堵水。但是随之会产生下一种失效。
[0006](2)回灌井过滤层堵塞失效。虽然回灌井过滤层堵塞的原因很多，但是由于采取(O中措施堵水后，在水泥浆没有固化前，浆液可能会沿着井管侧粘土球的施工缝隙而渗入过滤层中。如果成井施工过程中，不小心扰动了回灌井而导致井管发生倾斜，这种情况发生的可能性将大大增加。而事实上，在施工时，这种井管扰动不可避免，尤其是在井管埋深较大时更容易发生，这同样将导致回灌井失效。此外，回灌井井管的倾斜也为回灌井运行过程中出现回灌水沿着井管上涌提供了可能。
实用新型内容
[0007]本实用新型要解决的是常规回灌井中常发生的堵塞涌水的技术问题，提供一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，可以有效防止成井施工过程中不可避免的井管扰动带来的过滤层堵塞失效及回灌井运行过程中的回灌水上涌，再结合其他回灌水预处理等措施可最终保证回灌井的正常工作。
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案予以实现:
[0009]一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，包括井孔，所述井孔中心由下到上依次设置有对接固定的沉淀管、过滤器、井管，所述过滤器外部的所述井孔内设置有砂砾过滤层，所述砂砾过滤层的顶部位于所述过滤器以上2m?3m处，所述砂砾过滤层以上设置有粘土球隔水层，所述粘土球隔水层的顶部位于所述过滤器以上7m?IOm处，其特征在于，
[0010]所述粘土球隔水层顶部设置有橡胶气囊，所述橡胶气囊内充有水泥浆液，所述橡胶气囊以上至井口设置有混凝土堵水层；所述橡胶气囊侧边鼓入隔水土层中，所述隔水土层位于粘土球隔水层和混凝土堵水层外部；
[0011 ] 所述橡胶气囊上设置有排气口和注浆口，所述注浆口连接有通过所述混凝土堵水层伸出井口之外的注浆管，所述注浆管在井口外的端口封闭。
[0012]所述橡胶气囊与所述混凝土堵水层之间设置有铁质圆环。
[0013]所述铁质圆环与所述井孔孔壁和所述井管管壁间均有17.5mm?22.5mm的空隙。
[0014]所述铁质圆环上开设有能够使橡胶气囊上的排气口和注浆口穿过的通孔。
[0015]所述橡胶气囊是被充气鼓起后具有圆滑表面的圆环体，所述橡胶气囊被充气鼓起后能够放入井孔与井管之间的环形空隙内，继续充气后能与井孔孔壁和井管管壁贴合。
[0016]所述回灌井井管、所述过滤器、所述沉淀管均为不锈钢管。
[0017]本实用新型的有益效果是:
[0018](一)本实用新型着眼于解决回灌工程中常规回灌井中常发生的井管堵塞涌水的问题，相对于常规回灌井，本实用新型的回灌井一方面可以避免堵水混凝土中水泥浆液渗入粘土球隔水层中，进而渗入砂砾过滤层中以堵塞砂砾过滤层；另一方面可以避免在未来回灌过程中砂砾过滤层中的回灌水在回灌压力作用下沿着回灌井井壁上涌而造成回灌井堵水失效，为回灌井的正常运转打下基础。
[0019](二)本实用新型将橡胶气囊运用于回灌井中，由于橡胶气囊具有一定截水性和柔韧性，当橡胶气囊内水泥浆液没有固化前，橡胶气囊可以随着周围压力而变换形状，以填补空隙，从而有效的隔开混凝土堵水层和粘土球隔水层，进而防止成井施工过程不可避免的井管倾斜带来的过滤层堵塞失效及回灌井运行过程中的回灌水上涌。
[0020](三)本实用新型将连接有橡胶气囊注浆口的注浆管保留在回灌井中，并对注浆管外端做封口处理，确保了橡胶气囊中未固化的水泥浆液不至从橡胶气囊中流出，从而使橡胶气囊能保持其原有体积，以做到隔开混凝土堵水层和粘土球隔水层。
[0021](四)本实用新型将铁质圆环运用于回灌井中，由于铁质圆环具有一定刚度，它能将其上方混凝土的重力荷载较均匀传递至橡胶气囊上，在该重力荷载作用下，橡胶气囊可以向侧边膨胀进而鼓入周围隔水土层中，因此增加了本实用新型回灌井防止井管堵塞涌水的安全储备。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是常规回灌井在成井施工过程中由于普遍发生的井管倾斜而导致的回灌井中堵塞涌水模式示意图；
[0023]图2是本实用新型所提供的回灌井的结构示意图；
[0024]图3是橡胶气囊的结构示意图；
[0025]图4是橡胶气囊沉入井孔中后的成井施工状态示意图；
[0026]图5是橡胶气囊上部浇筑混凝土堵水层后的成井施工状态示意图。
[0027]图中:1，橡胶气囊；1_1，排气口 ；1_2，注浆口 ;2，铁质圆环;3，隔水土层；4，拟回灌承压含水层；5，井管；6，过滤器；7，沉淀管；8，砂砾过滤层；9，粘土球隔水层；10，混凝土堵水层；11，注浆管；12，注浆泵。
【具体实施方式】
[0028]为能进一步了解本实用新型的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0029]首先，简要介绍一下常规回灌井的堵塞涌水模式。如图1所示，由于成井施工过程中，特别是在施做混凝土堵水层10时，由于需要对混凝土进行振动捣实，在不均匀或不对称的振动荷载作用下，井管5易发生向一侧的倾斜。一方面，由于粘土球隔水层9本质是一层颗粒较细的粘性土，其可塑性使得其在井管5未倾斜前就有了一定形状，而在井管5倾斜后，当隔水层中粘土球未来得及发生变形之前，混凝土堵水层10中未固化的水泥浆液在重力作用下可顺着隔水层中粘土球与井管5间的缝隙流入砂砾过滤层8中并堵塞砂砾过滤层8，最终导致回灌井失效；另一方面，由于井管5倾向一侧的粘土球隔水层9的下端较井管5未倾斜时疏松，这为回灌井运行过程中出现回灌水沿着井管上涌提供了可能。
[0030]为了克服上述的回灌井失效问题，本实用新型设计了一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，使橡胶气囊I完全隔开上部混凝土堵水层10和其下粘土球隔水层9。
[0031]如图2所示，井孔中心由下到上依次设置有沉淀管7、过滤器6、井管5，井管5、过滤器6、沉淀管7均为不锈钢管，相互对接固定。
[0032]过滤器6与拟回灌承压含水层4之间设置有砂砾过滤层8，砂砾过滤层8的高度为由沉淀管7底部至过滤器6以上2m?3m处。砂砾过滤层8以上设置有粘土球隔水层9，粘土球隔水层9的顶部位于过滤器6以上7m?IOm处。粘土球隔水层9顶部设置有橡胶气囊1，橡胶气囊I内充满水泥浆液。橡胶气囊I上方设置有铁质圆环2，铁质圆环2以上至井口设置有混凝土堵水层10。橡胶气囊I侧边鼓入隔水土层3中，隔水土层3位于粘土球隔水层9和混凝土堵水层10外部。橡胶气囊I上设置有一个排气口 1-1和一个注浆口1-2，注浆口 1-2连接有注浆管11。注浆管11通过混凝土堵水层10伸出井口之外，并且其外部端口被做封口处理。
[0033]如图3所示，橡胶气囊I形状如同汽车轮胎，其被充气鼓起后具有圆滑表面且内、外环均为圆形。橡胶气囊I被充气鼓起后应能够放入井孔与井管2之间的环形空隙内，并且被继续充气后能与井管2管壁和井孔孔壁贴合。
[0034]铁质圆环2与井孔孔壁和井管5管壁间均有22.5mm的空隙，以使铁质圆环2能较方便沉入井孔中。铁质圆环2上开有两个小的通孔，该通孔的尺寸以方便橡胶气囊I上的排气口 1-1和注浆口 1-2穿过为准。
[0035]本实用新型的一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井的具体施工步骤如下:
[0036](I)探明回灌位置处土层分布，区分隔水土层3和拟回灌承压含水层4，确定回灌井沉淀管7、过滤器6、井管5的长度。
[0037](2)准备橡胶气囊1，根据设计要求及橡胶气囊I规格计算出橡胶气囊I在三种状态下的注浆量A、B、C。当对于橡胶气囊I的注浆量为A时，橡胶气囊I能够放入井孔与井管2之间的环形空隙，并且与井孔孔壁和井管5管壁间有明显空隙。当对于橡胶气囊I的注浆量为B时，橡胶气囊I能够与井管5管壁和井孔孔壁完全接触贴合。当对于橡胶气囊I的注浆量为C时，橡胶气囊I能够在与井管5管壁和井孔孔壁完全接触贴合的基础之上继续发生体积膨胀。因此三个注浆量的大小关系为A〈B〈C。
[0038](3)在地面将回灌井沉淀管7、过滤器6、井管5对接固定后沉入预先钻好的井孔内；向过滤器6外壁与拟回灌承压含水层间4投入砂砾至过滤器6以上2m?3m作为砂砾过滤层8 ;在砂砾的围填面以上先填入海带，再围填粘土球至过滤器6以上7m?IOm作为粘土球隔水层9。
[0039](4)在地面通过注浆管11将注浆泵12和橡胶气囊I连接，向橡胶气囊I内注入预先掺入了缓凝剂的水泥浆液(缓凝剂用量为水泥浆液中水泥质量的0.3%?0.45%);同时打开橡胶气囊I上的排气口 1-1 ;当总注浆量等于A时，关闭排气口 1-1，同时停止注浆。
[0040](6)将橡胶气囊I穿过井管5，此时可以看到橡胶气囊I与井孔孔壁和井管5管壁间有明显空隙，在橡胶气囊I上部放置铁质圆环2，将橡胶气囊I和铁质圆环2缓慢沉入井孔内，直至达到粘土球隔水层9顶部，如图4所示。
[0041](7)继续对橡胶气囊I内注浆直至总注浆量达到B，根据设计，此时橡胶气囊I与井管5管壁和井孔孔壁应当完全接触贴合。
[0042](8)对井管5管壁与井孔孔壁间浇筑混凝土以形成混凝土堵水层10，浇筑过程中对混凝土进行同步振动捣实直至井口，如图5所示。由于橡胶气囊I的存在，混凝土中未固化的水泥浆液和下部粘土球被完全隔开，确保了堵水防渗的效果。
[0043](9)再向橡胶气囊I中注浆直至总注浆量达到C，由于橡胶气囊I上方混凝土的重力荷载可通过铁质圆环2均匀传递至橡胶气囊1，在该重力荷载作用下，橡胶气囊I将向侧边膨胀，并可以鼓入隔水土层3中，因此增加了堵水防渗的安全储备，再如图2所示。
[0044](10)将注浆管11从注浆泵12上取下并做好封口，注浆管11将被埋入混凝土堵水层10中。
[0045]尽管上面结合附图和优选实施例对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【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实用新型的启示下，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的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，包括井孔，所述井孔中心由下到上依次设置有对接固定的沉淀管、过滤器、井管，所述过滤器外部的所述井孔内设置有砂砾过滤层，所述砂砾过滤层的顶部位于所述过滤器以上2m?3m处，所述砂砾过滤层以上设置有粘土球隔水层，所述粘土球隔水层的顶部位于所述过滤器以上7m?IOm处，其特征在于， 所述粘土球隔水层顶部设置有橡胶气囊，所述橡胶气囊内充有水泥浆液，所述橡胶气囊以上至井口设置有混凝土堵水层；所述橡胶气囊侧边鼓入隔水土层中，所述隔水土层位于粘土球隔水层和混凝土堵水层外部； 所述橡胶气囊上设置有排气口和注浆口，所述注浆口连接有通过所述混凝土堵水层伸出井口之外的注浆管，所述注浆管在井口外的端口封闭。
2.根据权利要求1所述的一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，其特征在于，所述橡胶气囊与所述混凝土堵水层之间设置有铁质圆环。
3.根据权利要求2所述的一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，其特征在于，所述铁质圆环与所述井孔孔壁和所述井管管壁间均有17.5mm?22.5mm的空隙。
4.根据权利要求2所述的一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，其特征在于，所述铁质圆环上开设有能够使橡胶气囊上的排气口和注浆口穿过的通孔。
5.根据权利要求1所述的一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，其特征在于，所述橡胶气囊是被充气鼓起后具有圆滑表面的圆环体，所述橡胶气囊被充气鼓起后能够放入井孔与井管之间的环形空隙内，继续充气后能与井孔孔壁和井管管壁贴合。
6.根据权利要求1所述的一种能够防止井管堵塞涌水的回灌井，其特征在于，所述回灌井井管、所述过滤器、所述沉淀管均为不锈钢管。
【文档编号】E02D19/10GK203569578SQ201320656046
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】郑刚, 曾超峰 申请人:天津大学