本發(fā)明涉及地下工程領(lǐng)域，特別是涉及一種砂卵石地層保泉回灌井施工方法。

背景技術(shù)：

目前，在富水性好、涌水量大的地層中，為確?；庸こ痰氖┕ぐ踩话銇碚f，需要采取基坑降水等工程措施。而在泉域地下水系統(tǒng)地區(qū)，由于水文地質(zhì)單元較為封閉，當(dāng)?shù)叵鹿こ探ㄔO(shè)中采取基坑降水工程措施時(shí)，較大的降水量會(huì)影響基坑周圍地下水滲流環(huán)境，產(chǎn)生地表沉降等地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)會(huì)對泉水補(bǔ)給產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致泉水?dāng)嗔?，尤其是對于具有泉水文化的?jì)南地區(qū)，上述問題的重要性不言而喻。

為了減小基坑降水對周圍環(huán)境的影響，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術(shù)?？紤]到地下水的系統(tǒng)性、止水帷幕埋置深度的有限性，僅靠止水帷幕很難將基坑內(nèi)地下水與基坑外地下水間水力聯(lián)系完全隔斷。為此，在基坑降水工程中，多與基坑回灌技術(shù)相組合，能夠更好保護(hù)周圍環(huán)境。

中國專利申請?zhí)枮椋篊N200820158159.6，名稱為：地下水回灌井，其公開了一種地下水回灌井，從下到上依次包括沉淀管、過濾器和井管，井管外側(cè)設(shè)有過濾層和隔水層，所述過濾器為一纏絲雙層鋼管，纏絲間距1-2mm，二層管之間的空隙填有石英砂，沙粒直徑為3-5mm。該回灌井對軟土地區(qū)地下水保護(hù)具有一定的效果，但其也存在一定的不足，在砂卵石地層中回灌水量較小、回灌水質(zhì)不高、回灌范圍有限、保泉效率較低。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對于砂卵石地層回灌井布置問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種砂卵石地層保泉回灌井施工方法，克服傳統(tǒng)回灌井系統(tǒng)在砂卵石地層中回灌水量較小、回灌水質(zhì)不高、回灌范圍有限、保泉效率較低的缺點(diǎn)，其具有：減小基坑降水對泉域地下水的影響，實(shí)現(xiàn)對周圍地下水環(huán)境的保護(hù)的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種砂卵石地層保泉回灌井施工方法，包括以下步驟：

步驟1：測定待回灌位置地下水水位埋深、土層分布及不同土層的物理力學(xué)指標(biāo)；

步驟2：在待回灌位置進(jìn)行開挖回灌滲坑；

步驟3：在回灌滲坑底部鉆置斜向引導(dǎo)孔，在斜向引導(dǎo)孔內(nèi)放置鋼管；

步驟4：在回灌滲坑中心位置施工管井；

步驟5：將鋼管和管井位于地下水下的部分分別鋪設(shè)凈水砂濾層，形成斜向回灌井和管井回灌井。

進(jìn)一步的，所述步驟1中測定土層分布的步驟為：

在基坑止水帷幕外的待回灌位置鉆置豎直勘探孔，勘探孔鉆入地層的砂卵石層，在勘探孔中進(jìn)行原位測試，并根據(jù)原位測試結(jié)果確定土層分布。

進(jìn)一步的，所述勘探孔的深度大于或等于基坑內(nèi)降水井的深度。

進(jìn)一步的，所述步驟1中測定土層物理力學(xué)指標(biāo)的步驟為：

在勘探孔中，采取分布的每一土層的土樣，對土樣進(jìn)行快速剪切試驗(yàn)和三軸固結(jié)排水試驗(yàn)，進(jìn)而確定不同土層的物理力學(xué)指標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述步驟1中測定地下水水位埋深的步驟為：

待勘探孔水位穩(wěn)定后，確定待回灌位置的地下水水位埋深。

進(jìn)一步的，所述步驟2的具體步驟為：

采用放坡開挖在待回灌位置開挖回灌滲坑，當(dāng)?shù)叵滤宦裆睿?m時(shí)，回灌滲坑深度取5m；當(dāng)?shù)叵滤宦裆睢?m時(shí)，回灌滲坑深度取值與地下水水位埋深相等。

進(jìn)一步的，所述步驟3的具體步驟為：

根據(jù)步驟1中的物理力學(xué)指標(biāo)，選擇合適的鉆機(jī)；

在回灌滲坑坑底，以回灌滲坑中心為圓心，以設(shè)定距離為半徑，畫出定位圓；

在定位圓上均勻選取多個(gè)引鉆點(diǎn)，在每一引鉆點(diǎn)處用鉆機(jī)鉆置與地表水平線成設(shè)定夾角的斜向引導(dǎo)孔，清理渣土，在斜向引導(dǎo)孔內(nèi)放置鋼管。

進(jìn)一步的，所述斜向引導(dǎo)孔的豎向長度與待回灌位置基坑內(nèi)降水井的深度相同。

進(jìn)一步的，所述鋼管由固定連接的密封鋼管段和濾管段組成，密封鋼管段位于地下水面以上，濾管段位于地下水面以下。

進(jìn)一步的，所述管井由固定連接的不透水段和濾管段組成，不透水段位于地下水面以上，濾管段位于地下水面以下。

進(jìn)一步的，所述步驟5的具體步驟為：

清理鋼管和管井處的渣土；

將鋼管位于地下水下的部分鋪設(shè)凈水砂濾層，用黏土將鋼管和斜向引導(dǎo)孔間孔隙填滿，夯實(shí)，形成斜向回灌井；

將管井位于地下水下的部分鋪設(shè)凈水砂濾層，形成管井回灌井。

進(jìn)一步的，所述凈水砂濾層由上至下依次由粗砂層、第一細(xì)砂層、含零價(jià)鐵細(xì)砂層、第二細(xì)砂層、碎石層組成，所述粗砂層、第一細(xì)砂層、含零價(jià)鐵細(xì)砂層、第二細(xì)砂層、碎石層的設(shè)置厚度比例為：1:(1.3～1.7):(2.8～3.2):(1.3～1.7):(2.8～3.2)。

進(jìn)一步的，所述粗砂層、第一細(xì)砂層、含零價(jià)鐵細(xì)砂層、第二細(xì)砂層、碎石層中不同粒徑土顆粒及其他雜質(zhì)質(zhì)量總含量在5％以下；所述其他雜質(zhì)包括腐葉、玻璃、木頭、塑料；所述含零價(jià)鐵細(xì)砂層中零價(jià)鐵質(zhì)量含量在60％以下。

本發(fā)明的有益效果為：

采用了在回灌位置設(shè)置斜向回灌井和管井回灌井的技術(shù)手段，利用回灌裝置，在每個(gè)斜向回灌井、管井回灌井處，同時(shí)加壓回灌，能夠明顯增大回灌量，提高回灌效果，對抽取的泉域地下水能較好地進(jìn)行回灌補(bǔ)給，進(jìn)而保護(hù)泉域地下水，避免泉域地下水資源的浪費(fèi)，起到回灌保泉的作用。

采用了鋪設(shè)凈水砂濾層的技術(shù)手段，獲得了回灌水質(zhì)控制較好、回灌影響范圍較大等的效果，能夠較好地起到保護(hù)泉域地下水、保護(hù)周圍環(huán)境的作用。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中引鉆點(diǎn)布置示意圖；

圖2為圖1中A-A剖面圖；

圖中，1為勘探孔；2為回灌滲坑；3為定位圓；4為斜向引導(dǎo)孔；5為斜向鋼管；6為中心回灌井管；7為密封鋼管段；8為濾管段；9為不透水段；10為濾管段；11止水帷幕；12雜填土層；13粉質(zhì)粘土層；14砂卵石層。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在砂卵石地層中回灌水量較小、回灌水質(zhì)不高、回灌范圍有限、保泉效率較低的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N砂卵石地層保泉回灌井施工方法。

本申請的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1-圖2所示，提供了一種砂卵石地層保泉回灌井施工方法，施工方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

第一步，測定待回灌位置地下水水位埋深、土層分布及不同土層的物理力學(xué)指標(biāo)，土層的物理力學(xué)指標(biāo)是指土層的抗剪強(qiáng)度、粘聚力。具體的：

1)于基坑止水帷幕11外，在待回灌位置處，鉆置一個(gè)垂直勘探孔1，勘探孔1需鉆入砂卵石層14，勘探孔1深度等于基坑內(nèi)降水井最深長度H₀。在勘探孔1中進(jìn)行原位測試，并根據(jù)原位測試結(jié)果確定土層劃分。

原位測試，是指在勘探孔1位置進(jìn)行雙橋探頭靜力觸探試驗(yàn)，測得不同深度處土層的比貫入阻力、錐頭阻力。

2)在垂直勘探孔1中，在劃分好的每一土層中，用重管回轉(zhuǎn)取土器采取土樣，土樣數(shù)量不少于三個(gè)。

3)在保持重管回轉(zhuǎn)取土器軸線垂直狀態(tài)下，將土樣運(yùn)輸至土工實(shí)驗(yàn)室，然后分別進(jìn)行快速剪切試驗(yàn)和三軸固結(jié)排水試驗(yàn)，以確定土樣的抗剪強(qiáng)度和粘聚力。

4)根據(jù)勘探孔1水位埋深穩(wěn)定值，確定待回灌位置處地下水水位埋深H₁。

第二步，開挖回灌滲坑。具體的：

在待回灌位置處開挖一正方形回灌滲坑2，回灌滲坑2的中心位置與勘探孔1中心重合?；毓酀B坑深度為H₂，坑底邊長為5m。

回灌滲坑深度H₂根據(jù)地下水水位埋深H₁確定。具體的：

當(dāng)H₁＞5m時(shí)，H₂取5m；

當(dāng)H₁≤5m時(shí)，H₂等于H₁。

正方形回灌滲坑，開挖時(shí)采取放坡開挖的方式。

第三步，用鉆機(jī)鉆置斜向引導(dǎo)孔4，并在斜向引導(dǎo)孔4中放置斜向鋼管5。具體的：

1)根據(jù)第一步測得的各土層剪切強(qiáng)度、粘聚力，選擇合適的鉆機(jī)。

2)在回灌滲坑2坑底，以勘探孔1中心為圓心，以勘探孔1中心到滲坑邊緣垂直距離的0.8倍為半徑，畫出定位圓3。并在定位圓3上均勻取6個(gè)引鉆點(diǎn)，并按照順時(shí)針方向依次編號(hào)為引鉆點(diǎn)1、引鉆點(diǎn)2、引鉆點(diǎn)3、引鉆點(diǎn)4、引鉆點(diǎn)5、引鉆點(diǎn)6。

3)在每個(gè)引鉆點(diǎn)處，用鉆機(jī)鉆置與地表水平線成45度夾角的斜向引導(dǎo)孔4，清理渣土后，并在斜向引導(dǎo)孔4內(nèi)放置斜向鋼管5。

斜向引導(dǎo)孔4長度為L₁，其中與H₂之和等于H₀?？讖綖?00mm。

斜向鋼管5，由密封鋼管段7和濾管段8組成。密封鋼管段7長度為L₂，等于H₁與H₂之差；濾管段8長度為L₃，等于H₀與H₁之差。斜向鋼管5外管徑為273mm，鋼管壁厚為3mm，材質(zhì)為不銹鋼。密封鋼管段7與濾管段8采用機(jī)械焊接方式連接。

第四步，在回灌滲坑勘探孔1位置，施工管井。具體的：

在回灌滲坑勘探孔1位置處，用鉆機(jī)鉆置鉆孔，然后施工中心回灌井管6。

鉆孔孔深H₃等于H₀與H₂之差。

中心回灌井管6分為不透水段9和濾管段10，不透水段9長度為H₁與H₂之差，濾管段10長度為H₀與H₁之差。

第五步，分別在斜向鋼管5的濾管段8、中心回灌井管6的濾管段10，鋪滿凈水砂濾層。具體的：

1)在斜向鋼管5、中心回灌井管6處，清理渣土。

2)在斜向鋼管5的濾管段8，鋪滿凈水砂濾層，并用黏土將斜向鋼管5與斜向引導(dǎo)孔4間孔隙填滿、夯實(shí)，形成斜向回灌井。

3)在中心回灌井管6的濾管段10，鋪滿凈水砂濾層，形成管井回灌井。

凈水砂濾層由粗砂層、細(xì)砂層、含零價(jià)鐵細(xì)砂層、細(xì)砂層、碎石層組成。粗砂層、細(xì)砂層、含零價(jià)鐵細(xì)砂層、碎石層中不同粒徑土顆粒及其他雜質(zhì)質(zhì)量含量不得大于5％。含零價(jià)鐵細(xì)砂層中零價(jià)鐵質(zhì)量含量不得大于60％。其他雜質(zhì)有腐葉、玻璃、木頭、塑料等物質(zhì)。

凈水砂濾層沿斜向多功能鋼管或管井的軸向長度記為L₄。粗砂層沿鋼管軸向長度等于0.1L₄，細(xì)砂層沿鋼管軸向長度等于0.15L₄，含零價(jià)鐵細(xì)砂層沿鋼管軸向長度等于0.3L₄，細(xì)砂層沿鋼管軸向長度等于0.15L₄，碎石層沿鋼管軸向長度等于0.3L₄。

本發(fā)明的施工方法，能夠明顯增大回灌量，特別適合在泉域地下水地區(qū)回灌，對抽取的泉域地下水能夠較好回灌補(bǔ)給到相應(yīng)地層，進(jìn)而保護(hù)泉域地下水，起到保泉的作用。

為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本申請的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實(shí)施例詳細(xì)說明本申請的技術(shù)方案。

以濟(jì)南泉域系統(tǒng)地區(qū)，某地鐵車站為例。該車站全長356.6m，為地下兩層島式站臺(tái)車站，主體結(jié)構(gòu)基坑標(biāo)準(zhǔn)段埋深約16.8m，寬約19.7m，采用明挖法施工，車站兩側(cè)盾構(gòu)始發(fā)段和接收段基坑埋深20.0m，采用鉆孔灌注樁做圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑標(biāo)準(zhǔn)段樁長27.4m，端頭井段樁長29.2m。該車站地下分布有兩層地下水，分別為第四系松散層孔隙潛水、承壓水。潛水初始水位埋深5.5～8.5m，含水層巖性主要為粉土。承壓水初始水位埋深7.5～9.2m，含水層巖性主要為卵石、粉砂。為確?；邮┕ぐ踩枰M(jìn)行基坑降水，考慮到傳統(tǒng)的回灌技術(shù)難以滿足該車站保護(hù)地下水的要求，現(xiàn)采用本發(fā)明方法進(jìn)行施工，減小基坑降水對地下水環(huán)境的影響，保護(hù)泉水資源。

第一步，測定該車站回灌位置處地下水水位埋深、土層分布及不同土層的物理力學(xué)指標(biāo)，土層的物理力學(xué)指標(biāo)是指土層的抗剪強(qiáng)度、粘聚力。具體的：

1)在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)外回灌位置處，鉆置一深度為20m勘探孔1，并進(jìn)行原位測試。

2)原位測試，是指在勘探孔1位置處進(jìn)行雙橋探頭靜力觸探試驗(yàn)，測得不同深度處土層的比貫入阻力，測到的結(jié)果以及據(jù)此對土層的劃分如下：

第一層為雜填土層12：土層埋深為地面起至地面下1.6m，比貫入阻力為2.8MPa；

第二層為粉質(zhì)粘土層13：土層埋深為地面下1.6m至16.2m，比貫入阻力為4.2MPa；

第三層為砂卵石層14：土層埋深為地面下16.2m至20m，比貫入阻力為23.1MPa。

3)根據(jù)土層劃分結(jié)果，在每一層土中，用重管回轉(zhuǎn)取土器至少采取3個(gè)土樣。保持重管回轉(zhuǎn)取土器軸線垂直狀態(tài)下，將土樣運(yùn)輸至土工實(shí)驗(yàn)室，然后分別進(jìn)行快速剪切試驗(yàn)和三軸固結(jié)排水試驗(yàn)，確定土樣的抗剪強(qiáng)度和粘聚力，具體結(jié)果如下：

第一層雜填土：抗剪強(qiáng)度16，粘聚力為5kPa；

第二層粉質(zhì)粘土：抗剪強(qiáng)度40kPa，粘聚力為32kPa；

第三層砂卵石層：抗剪前度12kPa，粘聚力為0。

4)根據(jù)勘探孔水位埋深穩(wěn)定值，確定待回灌位置處地下水水位埋深約為7m。

第二步，開挖回灌滲坑2。具體的：

采用放坡開挖的方式，坡度為1:1.5。在待回灌位置處開挖一正方形回灌滲坑2，回灌滲坑2的中心位置與勘探孔1中心重合?；毓酀B坑2，坑底邊長為5m，由于地下水水位埋深約為7m＞5m，所以滲坑深度確定為5m。

第三步，用鉆機(jī)鉆置斜向引導(dǎo)孔4，并在斜向引導(dǎo)孔4中放置斜向鋼管5。具體的：

1)根據(jù)第一步測得的各土層剪切強(qiáng)度和粘聚力，選擇柴75CZ22型號(hào)鉆機(jī)。

2)在回灌滲坑2坑底，以勘探孔1中心為圓心，畫出半徑2m的定位圓3。并在定位圓3上均勻取6個(gè)引鉆點(diǎn)位置，并按照順時(shí)針方向依次編號(hào)為引鉆點(diǎn)1、引鉆點(diǎn)2、引鉆點(diǎn)3、引鉆點(diǎn)4、引鉆點(diǎn)5、引鉆點(diǎn)6。

3)在每個(gè)引鉆點(diǎn)位置處，用鉆機(jī)鉆置與地表水平線成45度夾角的斜向引導(dǎo)孔4，清理渣土后，并在斜向引導(dǎo)孔4內(nèi)放置斜向鋼管5。

斜向引導(dǎo)孔4長度為21.13m，孔徑為600mm。

斜向鋼管5，由密封鋼管段7和濾管段8組成。密封鋼管段7長2.82m；濾管段8長18.31m。斜向鋼管5外管徑為273mm，鋼管壁厚3mm，不銹鋼材質(zhì)。密封鋼管段7與濾管段8采用機(jī)械焊接方式連接。

第四步，在勘探孔1位置處，安裝中心回灌井管6。具體的：

在勘探孔1位置處，用鉆機(jī)鉆置鉆孔，然后施工中心回灌井管6。

鉆孔孔深15m，孔徑為600mm。

中心回灌井管6分為不透水段9和濾管段10，不透水段9管長2m，濾管段10管長13m。

第五步，分別在濾管段8、濾管段10，鋪滿凈水砂濾層，并填充斜向鋼管5、中心回灌井管6與斜向引導(dǎo)孔4的間隙，形成回灌井。具體的：

1)在斜向鋼管5、中心回灌井管6處，清理渣土。

2)在濾管段8，鋪滿凈水砂濾層；在濾管段10，鋪滿凈水砂濾層。

3)在密封鋼管段7與斜向引導(dǎo)孔4的間隙填充優(yōu)質(zhì)黏土，在濾管段8與斜向引導(dǎo)孔4的間隙填充粒徑1-2cm砂石，在斜向鋼管5與斜向引導(dǎo)孔4的間隙，密封鋼管段7和濾管段8交接處用黏土止水球沿填充，填充長度為軸向50cm，其中在密封鋼管段7軸向長25cm，在濾管段8軸向長25cm。

4)在不透水段9與斜向引導(dǎo)孔4的間隙填充優(yōu)質(zhì)黏土，在濾管段10與斜向引導(dǎo)孔4的間隙填充粒徑1-2cm砂石，在中心回灌井管6與斜向引導(dǎo)孔4的間隙，不透水段9和濾管段10交接處用黏土止水球沿填充，填充長度為軸向50cm，其中在不透水段9軸向長25cm，在濾管段10軸向長25cm。

凈水砂濾層由粗砂層、細(xì)砂層、含零價(jià)鐵細(xì)砂層、細(xì)砂層、碎石層組成。粗砂層、細(xì)砂層、含零價(jià)鐵細(xì)砂層、碎石層中不同粒徑土顆粒及其他雜質(zhì)質(zhì)量總含量不得大于5％。含零價(jià)鐵細(xì)砂層中零價(jià)鐵質(zhì)量含量不得大于60％。

凈水砂濾層沿斜向鋼管5軸向長18.31m。粗砂層沿斜向鋼管5軸向長1.83m，細(xì)砂層沿斜向鋼管5軸向長2.75m，含零價(jià)鐵細(xì)砂層沿斜向鋼管5軸向長5.49m，細(xì)砂層沿斜向鋼管5軸向長2.75m，碎石層沿斜向鋼管5軸向長5.49m。

凈水砂濾層沿中心回灌井管6的軸向長13m。粗砂層沿中心回灌井管6的軸向長1.3m，細(xì)砂層沿中心回灌井管6的軸向長1.95m，含零價(jià)鐵細(xì)砂層沿中心回灌井管6的軸向長3.9m，細(xì)砂層沿中心回灌井管6的軸向長1.95m，碎石層沿中心回灌井管6的軸向長3.9m。

至此施工完所有回灌井后，進(jìn)行洗井回?fù)P后，便可用于實(shí)際生產(chǎn)。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。