专利名称：基础降水用的辐射井及施工工艺和设备的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑技术领域，它涉及一种保持地下基础干施工的技术。
目前用于基础降水的方法有轻型井点法、重型井点法、通过冻结土壤及使用地下防护墙等方法。这些方法均存在不同的缺点，其轻型井点法只适用于弱透水性土层的基础，基础周围布满井点与排水管网连接。重型井点(管井)适用于较好的透水性地层基础，管井围绕基础周边，一井安设一泵抽水。这两种降水方法，特别是大面积深基础降水，井点需设置在基础内部，管理很麻烦，施工干扰大。在靠近河靠地段的基础降水，往往采用地下防护墙的方法，即在基础四周筑起钢筋混凝土围墙，至不透水层，将涌向基础的水隔断，再施工，这种方法施工量大，耗资巨额。另外，冻结土壤的方法是通过电降低土壤的温度，使之冻结，该方法耗电量惊人，是极不经济的，使用受到限制。
在威利姆·卡尔著的《辐射井》(1969年)一书中提到“辐射井技术可以用于基础降水”，但至今未见到有关应用方面实质内容的报导。
所谓辐射井(The Redial Collector Well)是一口大直径的竖井和自竖井壁向四周伸进含水层的水平管组成，用以汇集地下水。实际应用中的辐射井结构，美国设计的竖井直径为5-6米，井深30米以内，水平管直径φ200毫米，由合金钢板制成;日本设计的辐射井和美国的接近;国内陕西水科所设计的辐射井竖井直径2.5-5米，井深50米以内，水平方向为泥孔。各种结构的辐射井施工工艺不同，相差甚远，美国竖井施工采用沉井法，水平管施工用300吨千斤顶推进;国内陕西水科所竖井施工采用钻孔，冲抓法，漂浮下管，水平孔施工用半机械半人力和高压水冲的施工技术。
辐射井技术早在30年代就已提出，但由于国外辐射井直径较大，施工复杂，造价昂贵和没有解决在粉砂层、轻亚砂土层打进水平管的材料和施工方法问题，其应用范围受到限制，在美国辐射井用于地下水源地供水井，截取河床内的丰富地下水。近几年国内陕西水科所研究的辐射井适宜于黄土和裂隙粘土层中成井，用于农田灌溉排水。
本发明的目的是要提供一种总造价较低，降水效果好，适用于各种地质基础降水用的辐射井，并提供一种施工技术较简单，可在各类松散地层打进不同滤水管，并且滤水管不淤堵，不破坏地层原有渗透性的施工工艺及施工水平管用的特殊套管钻头。
本发明是这样实现的根据降水区的水文地质条件和地表水情况在基础的一侧或对角线上或四周布置一个或一个以上由一口大直径的竖井和自竖井壁四周同一高程处或不同高程处伸进含水层的水平滤水管组成的辐射井，辐射井的水平滤水管可以是表面开有若干小孔的钢管，也可以是表面有若干小孔的塑料管。通过水平滤水管截断各个方向涌向基础的地下水，从而将地下水汇集于竖井内，再用抽水装置将竖井内的地下水排出，以保持基坑作业面干燥。
施工工艺用普通钻机钻一竖井孔，采用漂浮法将预制的钢筋混凝土管下到井内，再用直接顶进法将钢制水平滤水管自竖井壁打入含水层，或用套管法将塑料管放入含水层。
套管法所用钻头是特制的，由弹头形壳体、主体、摆键三部分组成。其壳体外焊有刮刀，前端有一φ20毫米的孔，孔的后部有一逆止阀，高压水通过钻杆由逆止阀出口射出，冲刷地层，使套管前进，当进入深度达到设计要求后，把塑料管插入套管中，再将套管拔出。
本发明的积极效果1.适应性强。可适用于各类地层，不同面积和降水深度，特别是大面积基坑更有利于布井，也不影响施工。水平滤水管可根据地基土层特点及基坑要求，打设在不同的竖向位置及不同的水平深度，因而可把地下水降至较大的深度。
2.降水速度快。在辐射井的水平滤水管的作用下，基坑内的地下水是以重力水形式渗向滤水管，排向竖井内的，因打进的滤水管层次多，密度大，地下水渗径短，故降水效果好。
3.因基础外围布井少，故不会干扰基础开挖及其它工程项目的正常施工。
4.本发明提供的施工技术在土层、砂层、砂砾石层和卵石粒径不大于150毫米的地层，钻井深度50米左右不会坍孔。
5.本发明提供的套管钻头，能将数十米长，作为水平滤水管的塑料软管放入含水层，解决了粉细砂层、粉砂层、轻亚砂土层基础降水的技术难关。
6.本发明基础降水的方法比传统的降水方法成本低。
此外，当楼房施工结束后，大直径的竖井还可改作污水及粪便储存库。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细的描述。
图1为本发明辐射井实施例的示意图;
图2为本发明辐射井的竖井施工钻进示意图;
图3为本发明辐射井水平滤水管施工用套管钻头的侧视图。
图4为本发明辐射井水平滤水管施工用套管钻头的主视图。
图1示出的辐射井(1)是由外径φ2.9米，内径φ2.6米，长1米的钢筋混凝土管对接成深50米以下的竖井(2)和自竖井壁四周同一高程或不同高程处伸进含水层的水平滤水管(3)构成。水平滤水管有两种，一种为长1米，直径不大于φ108毫米，两端分别有内、外螺纹的钢管连接成总长为15～30米，其中进入含水层的第一节管前端呈炮弹形，每节钢管表面有φ6～8毫米的圆孔或2毫米的条孔，其开孔面积占管子表面积的3～5%;另一种为市售的直径φ60或φ76或φ89毫米的双螺纹塑料管，管的前端有一钢堵头，管壁波谷中有多排孔眼，孔眼被缠丝或尼龙网布滤水套盖住，以防止地层细砂进入管内。
辐射井的施工工艺-预制外径φ2.9米，内径φ2.6米，长1米的钢筋混凝土管数十节，其中一节管的一端封闭，在需要设置水平滤水管的竖井管壁上留孔。
-竖井施工工艺如图2所示，钻机钻杆(6)带动其直径大于竖井直径的钻头(7)旋转，通过钻头上的刮刀将地层刮下，用砂石泵(4)将刮下的泥块、砂石、水一起排入泥浆池(5)内，让砂石泥块沉淀，泥浆回流到钻孔内，保持孔内0.15公斤/厘米2的静水压力。并根据地质情况保持不同的泥浆比重，当在粉砂层钻进时，保持泥浆比重为1.04，以自然造浆即可满足;砂层钻井时，向孔内投入人造泥浆，保持泥浆比重为1.08;在亚粘土、粘土层中钻进时，需不断地向孔内加入清水稀泥浆，也叫换浆。
当钻孔深度达到设计要求后，采用漂浮法将预制的钢筋混凝土井管一节节吊放于孔中，各节管口接缝处用防水材料密封，用土将孔壁与井管外围空隙填实，抽干井管内部水，以备施工水平滤水管。
-水平滤水管施工工艺直接顶进法当含水层为中砂、中粗砂、砂砾石、砂卵石等强渗透性地层时，水平滤水管采用钢管，用水平钻机将钢管直接顶进含水层，进入含水层的第一节为有弹头形的管，顶进长度与含水层结构有关，一般为15～30米。
套管法当含水层为中细砂、细砂、粉细砂、粉砂、轻亚砂土、轻亚粘土等弱渗透性地层时，水平滤水管用双螺纹塑料管，施工用钻具如图3、图4示出的套管钻头(22)，该钻头总长为350毫米，由壳体(8)、摆键(17)、主体(19)部分组成，其壳体(8)为炮弹形管，壳体外壁上有三片弧形刮刀(9)，壳体顶端有一φ20毫米的孔，孔后有一逆止阀座(12)，阀座上的逆止阀杆(11)上有弹簧(10)，阀以下有2个摆键(17)位于壳体(8)内壁两侧，摆键(17)由一锥销(15)连在壳体(8)上，锥销与弹簧片(14)的一端用紧固件连接，另一端压在壳体(8)内壁的凸块(13)之上;钻头主体(19)为异径管，大直径的一端与有内、外螺纹的密封压紧套(21)丝扣连接，两者之间有一橡胶波纹管密封套(20)，密封套以上的管内壁凸起，凸出部分的管外围有槽，槽中有一环形密封圈(18)，壳体(8)下端套在环形密封圈(18)之外，摆键(17)卡住主体(19)小管径外壁，使壳体(8)与主体(19)紧紧相连构成一体。
施工时，打开竖井壁上的预留孔盖板，装上密封止水止砂装置，将预先制备的φ146毫米，长1米的护管推入孔内，再将套管钻头(22)装在预先制备的φ89毫米，长1米的数十节套管中的一节上，套管的另一端与钻机轴连接，开动钻机，高压水通过钻机钻杆由逆止阀(11)出口射出，冲刷地层使套管进入含水层，停止高压水逆止阀(11)关闭，接上另一节套管，重复以上操作将套管一节节打入含水层，当套管进入长度达到设计要求后，把需要长度的塑料滤水管插入套管内，用金属杆推动滤水管前端的钢堵头，挤压套管钻头的摆键(17)压迫弹簧片(14)，摆键(17)离开主体(19)，使壳体(8)与主体(19)脱开，此时含水层中的水进入滤水管内，而泥、砂被橡胶波纹管密封套(20)阻止在套管外不能进入套管和滤水管之间的缝隙中，以确保水平钻机顺利地将套管一节节拔出，最后用盖板封闭滤水管与预留孔之间的空隙。
本发明施工方法只叙述了一种规格的塑料螺纹管，亦可用φ76、φ89毫米的管，施工时只需改变钻头和套管直径。
权利要求
1.一种基础降水用的辐射井(1)，其特征是由一口直径不大于3米，深不大于50米的竖井(2)和自竖井壁四周同一高程处或不同高程处伸进含水层的小直径钢管或塑料水平滤水管(3)构成，钢制水平滤水管直径不大于φ108毫米，长15～30米；塑料水平滤水管为直径φ89毫米以下的双螺纹管，长40～70米，水平滤水管(3)与竖井壁预留孔间空隙用防水材料密封。
2.根据权利要求1的辐射井，其特征是所述的竖井(2)由数十节钢筋混凝土管对接成，各管口接缝处用防水材料密封，井底的一节底端封闭，其它在需要设置水平滤水管的竖井壁(2)上留孔。
3.根据权利要求1的辐射井，其特征是所述的钢制水平滤水管(3)由数十节两端分别有内、外螺纹的钢管连接成，其中进入含水层的第一节前端呈炮弹形，每节钢管表面有若干小圆孔或槽形孔，其开孔面积占管子表面积的3～5%。
4.根据权利要求1的辐射井，其特征是所述的塑料水平滤水管(3)为双螺纹管，管的前端有一钢堵头，管壁波谷中有多排孔眼，孔眼被缠丝盖住或被尼龙网布滤水套盖住。
5.一种权利要求1的辐射井施工工艺，它包括-预制竖井管(2);-钻机钻孔，漂浮法下竖井管(2);-用水平钻机直接顶进钢制水平滤水管(3)，其特征是，它还包括-用反循环钻机钻竖井孔，用砂石泵(4)将钻机钻头(7)刮下的泥块、砂石、水一起排入泥浆池(5)，泥浆池内的泥浆回流入钻孔内，保持孔内0.15公斤/厘米2的静水压力;-塑料水平滤水管的施工制备直径大于水平滤水管且两端分别有内、外螺纹的套管数十节和一段直径大于套管的护管，打开竖井壁上的预留孔盖板，装上密封止水止砂装置，将护管推入孔内，在一节套管上装套管钻头(22)，套管的另一端与钻机轴连接，开动钻机，高压水通过钻杆由套管钻头的逆止阀(11)出口射出，冲刷地层，使套管进入含水层，停止高压水，在套管上接另一节套管，重复上操作至进入长度达到设计要求，把水平滤水管插入套管内，把金属杆插入水平滤水管内，推动管前端的钢堵头，并挤压套管钻头的摆键(17)压迫弹簧片(14)，使壳体(8)与主体(19)脱开，用水平钻机将套管全部拔出，封闭水平滤水管与竖井预留孔之间的空隙。
6.根据权利要求5的辐射井施工工艺，其特征是所述的竖井钻孔，当在砂层钻井时，向孔内投入人造泥浆，以保持泥浆比重为1.08。
7.根据权利要求5的辐射井施工工艺，其特征是所述的竖井钻孔，当在亚粘土、粘土层中钻进时，需不断地向孔内加入清水稀释泥浆。
8.根据权利要求5的辐射井施工工艺，其特征是所述的竖井钻孔，当在粉砂层钻进时，以自然造浆，保持泥浆比重为1.04。
9.一种权利要求5的辐射井施工用套管钻头，其特征是该钻头由壳体(8)、摆键(17)、主体(19)部分组成，其壳体(8)为炮弹形管，壳体外壁上有三片弧形刮刀(9)，壳体顶端有一φ20毫米的孔，孔后有一逆止阀座(12)，阀座上的逆止阀杆(11)上有弹簧(10)，阀以下有2个摆键(17)位于壳体(8)内壁两侧，摆键(17)由锥销(15)连在壳体(8)上，锥销(15)与弹簧片(14)的一端用紧固件连接，另一端压在壳体(8)内壁的凸块(13)之上，钻头主体(19)为异径管，大直径的一端有内螺纹与有内、外螺纹的密封压紧套(21)连接，两者之间有一橡胶波纹管密封套(20)，密封套以上的管内壁凸起，凸出部分的管外围有槽，槽中有一环形密封圈(18)，壳体(8)下端套在环形密封圈(18)之外，摆键(17)卡住主体(19)小管径外壁，使壳体(8)与主体(19)紧紧相连构成一体。
全文摘要
本发明提供了一种基础降水用的辐射井，它是由一口大直径的钢筋混凝土竖井管和自竖井壁四周同一高程处或不同高程处伸进含水层的钢管或塑料水平滤水管构成。并且提供了一种施工技术较简单，可在各类松散地层打进不同滤水管，而且滤水管不淤堵，不破坏地层原有渗透性的施工工艺及施工塑料水平滤水管的套管钻头。本发明提供的辐射井降水比传统的降水方法效果好、成本低、适应性强，它适用于各种地质、特别是大面积和深基础降水。
文档编号E02D19/10GK1054463SQ91100830
公开日1991年9月11日 申请日期1991年2月13日 优先权日1991年2月13日
发明者伍军 申请人:北京大兴地基工程公司