一种环基坑水平砂井降水疏干结构及降水疏干方法技术

本发明专利技术涉及一种环基坑水平砂井降水疏干结构及降水疏干方法，其环基坑水平砂井降水疏干结构包括若干个环绕基坑间隔设置的竖向砂井和至少一个环绕基坑设置的水平砂井，水平砂井位于基坑所在的含水层中，水平砂井与竖向砂井相连，水平砂井还连接有若干个竖向管井，竖向管井包括滤水段和储水段，滤水段和储水段的分界线位于最下方水平砂井的底界面上或低于最下方水平砂井的底界面，储水段内设置有抽水设备。本发明专利技术在达到对基坑降水疏干目的时，采用的水平砂井结构底界面的位置很浅，其远小于垂直井点深度，从而避免抽取更多无关地下水，使因多抽取地下水、多抽取深层地下水而引发的一系列问题得到缓解，甚至得到较好的解决。

A dewatering structure and dewatering method of horizontal sand well around foundation pit

【技术实现步骤摘要】
一种环基坑水平砂井降水疏干结构及降水疏干方法
本专利技术涉及建筑施工领域，具体涉及一种环基坑水平砂井降水疏干结构及降水疏干方法。
技术介绍
基坑降水主要采用环绕基坑围边的垂直井点抽水方法来降低基坑水位，但是，由于垂直井点降水的漏斗深，致使要使基坑水位降低至工程要求的高程，井点深度往往很大，比如某地区的深7～9m的基坑降水井点通常设置达20～25m。这么深的井点，所穿越的含水层往往是多层的，而下部的一些含水层对基坑影响可以忽略不计，但仍需要抽取其地下水。不少地区都存在这种现象，即浅层含水层富水弱，而往深部则富水强。按目前业内这种办法进行基坑降水，有如下问题：井点深度大，抽水成本高；抽取了不必要抽取的地下水，浪费地下水资源，因此也易污染下部水资源；引起地面过大沉降，尤其是不均匀沉降，给工程周围环境造成严重的恶劣影响。例如，公开号为CN201110224948的专利技术专利公开了一种井点定位抽水管井及井点定位抽水法，通过采用无砂管井段、储水管井段组成的降水管井，有效地集聚了基坑降水深度范围内含水层中的水源，利用抽水设备定水位抽取储水管井段储存的水源，可解决不多抽水、抽降水不污染基坑降水深度以下的独立含水层中地下水源以及含水层地下水不丰富时的“疏不干”条件下的“疏不干”的难题。但是其仍属于垂直井点降水结构范围，有效汇水面小，导致排水抽水时间长，抽取的地下水仍然过多，因不具有切断基坑内外水力联系的功能，当“疏不干”条件下的含水层地下水丰富时，“疏不干”的难题仍无法解决。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术中采用垂直井点抽水法进行基坑降水而产生的总降水量大、降水浸润线陡，易存在疏不干、管涌、地面不均匀沉降的问题，提供一种环基坑水平砂井降水疏干结构及降水疏干方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种环基坑水平砂井降水疏干结构，包括若干个环绕基坑间隔设置的竖向砂井和至少一个环绕基坑设置的水平砂井，所述水平砂井位于基坑所在的含水层中，水平砂井与竖向砂井相连，水平砂井还连接有若干个竖向管井，若干个所述竖向管井围绕基坑间隔设置，竖向管井包括滤水段和储水段，所述滤水段和储水段由上至下依次设置，滤水段和储水段的分界线位于最下方水平砂井的底界面上或低于最下方水平砂井的底界面，所述储水段内设置有抽水设备。进一步地，所述水平砂井包括若干个首尾依次相连的圆柱形的砂柱和位于砂柱上方的护壁圈，相邻所述砂柱之间存在部分交割，砂柱与竖向砂井同心设置。一种环基坑水平砂井降水疏干结构的降水疏干方法，包括以下步骤：步骤A.根据基坑工程施工位置，确定含水层系，确定各含水层厚度、降深及下含水层位置；步骤B.根据水渠地下水动力学理论公式，以基坑内的降水浸润线位于基坑坑底0.5m以下为条件，计算水平砂井位于下含水层的位置与尺寸；步骤C.根据步骤B中水平砂井的位置与尺寸，确定竖向砂井的直径、砂柱的位置和尺寸及间距，以竖向砂井的直径和砂柱的间距为施工数据，在基坑的周围施工竖向直孔以形成竖向砂井的孔型；步骤D.根据砂柱的位置和尺寸确定竖向直孔孔底的扩孔尺寸，采用水下土体扩搅器在步骤C的竖向直孔的底部内进行扩搅硬化，在砂柱部位的顶部制作护壁圈，形成的护壁圈为伞状，将扩搅范围内部的土取出，从而扩底空间，也即砂柱的空间形成；步骤E.在步骤D中形成的扩孔及竖向直孔内填充高透水性材料，即形成砂柱和竖向砂井；步骤F.计算基坑涌水量，确定竖向管井的数量、位置和尺寸，钻孔，在储水段外周填充隔水材料，在滤水段填充高透水性材料；步骤G.在竖向管井的储水段中设置抽水设备，用于将渗入竖向管井中的水抽出；步骤H.当基坑降水任务完成，对竖向管井填堵并封闭。进一步地，在步骤B中，水平砂井的底界面位于含水层层底界面位置或靠近该界面位置时，水平砂井的底界面应下移至该含水层下方的隔水层中。进一步地，最上层含水层水位线以上的所述竖向砂井采用隔水材料填充。进一步地，若基坑工程位置的下含水层之上的一层或多层含水层水量丰富，且单水平砂井降水疏干结构无法将其疏干并会对基坑工程施工产生较严重影响时，则在此一层或多层含水层中增设一层或多层水平砂井，增设的所述水平砂井的底界面设置在该含水层下方的隔水层中。进一步地，所述水下土体扩搅器固定设置在钻杆下端，所述钻杆为带芯管的双重管钻杆，水下土体扩搅器包括外管、内管、切削搅拌架、钻头和输浆系统，所述外管上端与钻杆固定连接，所述内管上下滑动套合在外管内下部，所述切削搅拌架圆周阵列设置在外管和内管之间，所述钻头固定设置在内管下端；所述外管内上部设置有隔板，所述隔板上方连通有连接芯管，所述连接芯管与外管同轴固定设置；所述切削搅拌架由上切削板和下切削板组成，所述上切削板上端与外管下端外壁铰接，所述下切削板上端与上切削板下端铰接、下端与内管下端外壁铰接；所述输浆系统由上出浆孔、下出浆孔、⊥形孔、侧通孔、低通管、上通管和下通管组成，所述上出浆孔、下出浆孔、⊥形孔和侧通孔分别设置在上切削板、下切削板、钻头和内管内，所述上出浆孔一端位于上切削板上端中部、另一端位于上切削板下端侧面，所述下出浆孔一端位于下切削板下端中部、另一端位于下切削板上端侧面，所述⊥形孔的截面呈“⊥”形，⊥形孔上端位于钻头顶面中心处、下端位于钻头的圆周侧壁上，所述侧通孔圆周阵列设置在内管下部，侧通孔一端与⊥形孔下端连通、另一端通过下通管与下出浆孔连通，所述上通管和低通管均位于外管内，所述上通管一端连通至隔板、另一端穿过外管下部连通至上出浆孔，所述低通管上端连通至连接芯管、下端连通至⊥形孔上端。进一步地，所述外管内侧壁圆周阵列设置有若干个竖直的凹槽，所述凹槽的数量等于上通管的数量，所述上通管位于凹槽内。进一步地，所述上切削板远离上出浆孔的一侧和下切削板远离下出浆孔的一侧均设置有切削刃，上切削板的切削刃和下切削板的切削刃同向设置。通过上述技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术位于含水层中的水平砂井由高透水性材料填充而成，形成的环基坑的水平砂井结构的渗透性大于其周围含水层的渗透性，含水层中的水向竖向砂井、水平砂井内渗透，并流动至竖向管井内，所以当在竖向管井中大量抽水，竖向管井内水位下降，进而引发高渗透性的水平砂井结构中的水流入到竖向管井中，水平砂井结构中的水位快速降低，从而使水平砂井结构内的水压降低，水平砂井水压降低又引起水平砂井周围的地下水向水平砂井中流动。水平砂井降水疏干结构中的水平砂井可视为一环基坑的连续砂墙，当水平砂井底界面设置在该含水层的下方的隔水层中时，具有切断基坑内外水力联系的功能，所谓基坑内外指，水平砂井降水疏干结构所围部分即为内、所围部分之外即为外，切断基坑内外水力联系能彻底解决“疏不干”难题。水平砂井结构中竖向砂井可以将其所在的含水层中的地下水无任何限制条件地导入到水平砂井中，起着渗水井的作用，可以疏干其通过的含水层的地下水。因此，本专利技术的水平砂井降水疏干结构的设计，使得其各部分充分协作、密切配合，能很好地实现基坑降水疏干的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环基坑水平砂井降水疏干结构，其特征在于，包括若干个环绕基坑（40）间隔设置的竖向砂井（20）和至少一个环绕基坑（40）设置的水平砂井（70），所述水平砂井（70）位于基坑（40）所在的含水层中，水平砂井（70）与竖向砂井（20）相连，水平砂井（70）还连接有若干个竖向管井（30），若干个所述竖向管井（30）围绕基坑（40）间隔设置，竖向管井（30）包括滤水段和储水段，所述滤水段和储水段由上至下依次设置，滤水段和储水段的分界线位于最下方水平砂井（70）的底界面上或低于最下方水平砂井（70）的底界面，所述储水段内设置有抽水设备。/n

【技术特征摘要】
1.一种环基坑水平砂井降水疏干结构，其特征在于，包括若干个环绕基坑（40）间隔设置的竖向砂井（20）和至少一个环绕基坑（40）设置的水平砂井（70），所述水平砂井（70）位于基坑（40）所在的含水层中，水平砂井（70）与竖向砂井（20）相连，水平砂井（70）还连接有若干个竖向管井（30），若干个所述竖向管井（30）围绕基坑（40）间隔设置，竖向管井（30）包括滤水段和储水段，所述滤水段和储水段由上至下依次设置，滤水段和储水段的分界线位于最下方水平砂井（70）的底界面上或低于最下方水平砂井（70）的底界面，所述储水段内设置有抽水设备。


2.根据权利要求1所述的一种环基坑水平砂井降水疏干结构，其特征在于，所述水平砂井（70）包括若干个首尾依次相连的圆柱形的砂柱（80）和位于砂柱（80）上方的护壁圈（60），相邻所述砂柱（80）之间存在部分交割，砂柱（80）与竖向砂井（20）同心设置。


3.一种基于权利要求1～2中任一所述的环基坑水平砂井降水疏干结构的降水疏干方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A.根据基坑工程施工位置，确定含水层系，确定各含水层厚度、降深及下含水层位置；
步骤B.根据水渠地下水动力学理论公式，以基坑内的降水浸润线位于基坑坑底0.5m以下为条件，计算水平砂井（70）位于下含水层的位置与尺寸；
步骤C.根据步骤B中水平砂井（70）的位置与尺寸，确定竖向砂井（20）的直径、砂柱（80）的位置和尺寸及间距，以竖向砂井（20）的直径和砂柱（80）的间距为施工数据，在基坑的周围施工竖向直孔以形成竖向砂井（20）的孔型；
步骤D.根据砂柱（80）的位置和尺寸确定竖向直孔孔底的扩孔尺寸，采用水下土体扩搅器在步骤C的竖向直孔的底部内进行扩搅硬化，在砂柱（80）部位的顶部制作护壁圈（60），形成的护壁圈（60）为伞状，将扩搅范围内部的土取出，从而扩底空间，也即砂柱（80）的空间形成；
步骤E.在步骤D中形成的扩孔及竖向直孔内填充高透水性材料，即形成砂柱（80）和竖向砂井（20）；
步骤F.计算基坑涌水量，确定竖向管井（30）的数量、位置和尺寸，钻孔，在储水段外周填充隔水材料，在滤水段填充高透水性材料；
步骤G.在竖向管井（30）的储水段中设置抽水设备，用于将渗入竖向管井中的水抽出；
步骤H.当基坑降水任务完成，对竖向管井填堵并封闭。


4.根据权利要求3所述的一种环基坑水平砂井降水疏干方法，其特征在于，在步骤B中，水平砂井（70）的底界面位于含水层层底界面位置或靠近该界面位置时，水平砂井（70）的底界面应下移至该含水层下方的隔水层中。


5.根据权利要求3所述的一种环基坑水平砂井降水疏干方法，其特征在于，最上层含水层水位线以上的所述竖向砂井（20）采用隔水材料填充。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹正盛，郑清洁，孙亚平，王新宇，王树仁，王恒利，顿志林，秦莞臻，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41