一种回灌井结构及回灌施工方法

技术领域

本发明涉及基坑开挖技术领域，具体涉及一种用于回灌井结构及回灌施工方法。

背景技术

随着地下空间开发力度的加大，基坑的开挖深度也越来越深。在基坑开挖的过程中，不可避免会遇到地下水的问题。基坑开挖中的深井降水，对周边环境的影响难以估量。在地铁或隧道影响线范围内或存在大量的已有建筑物和保护建筑物的区域，目前常用的办法是采用落底式止水墙阻隔地下水的连接通道以利保护。在一个工程建设周期内，地下水水位变化幅度较大，基坑内外地下水水位压差大，止水墙渗漏事件常有发生，出现了不少工程险情；同时，采用落底式止水墙会使地下水力连接通道永久阻隔，对地下水的循环、水资源的恢复和生态环境造成的影响难以修复。此外，落底式止水墙使得基坑的工程造价翻倍式的增长，其服务周期又仅限于地下工程建设期间，无法回收利用，有效时间过短，造成了极大的资源浪费。

现有技术中已有设置回灌井结构、利用回灌的方式减小地下水水位降幅来控制沉降的工程尝试，也即在一定的回灌压力作用下将水注入土层。在含水层水头较低的地区(通常是指承压水位在地面以下超过15m)，回灌井多采用常压回灌，或低压回灌就可以达到回灌效果，即回灌的水头压力多于地面平齐或略高于地面。但是在高水头的承压含水层(承压水位在地面以下不超过15m)，由于含水层中本身的承压水头较高，如果施加的回灌压力太小，则回灌井内外的水位差较小，水流入含水层的动力不够大，回灌效果难以保证，地下水位抬升不明显；尤其是当回灌目标土层的渗透系数较小时，水渗入地下土层较慢，无法形成渗流通道；要抬升地下水的水位，需要对回灌井增加远远超过地面的水头压力，如0.1MPa的压力，也即相当于10m高的水头。虽然，提高回灌压力，可以增大水的渗流速度，有利于地下水位的恢复，但回灌压力太大，井壁与土层的接触面极易发生劈裂破坏，井侧土体也极易发生突涌破坏，回灌效果差。

因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种用于高承压水头含水层的回灌井结构及回灌施工方法，旨在提高回灌效果。

本发明采用的技术方案为：一种回灌井结构，包括回灌井、井管、止水环片和回灌管路组件；所述井管同轴设于回灌井内，井管的外壁与回灌井的内壁之间设填充结构；所述井管包括自下而上依次连接的沉淀管段、过滤管段和实管段；所述止水件包括止水环片和止水筒，所述止水环片的内圈与实管段的外壁固定，止水环片的外圈与止水筒的内壁相连；止水环片水平设置，止水筒与井管同轴配置，止水筒埋设于填充结构内；所述回灌管路组件包括回灌管道，所述回灌管道的上端位于回灌井上部，与外部水源连通，回灌管道的下端伸入井管的过滤管段内。

按上述方案，所述回灌井包括相连的上部井段和下部井段，上部井段为上口大、下口小的喇叭状结构；所述上部井段的下口与下部井段的相连；所述下部井段为等口径段。

按上述方案，所述沉淀管段和过滤管段位于下部井段内，且沉淀管段的外壁和过滤管段的外壁与下部井段的内壁之间填充滤料，形成滤料回填层。

按上述方案，所述实管段下部位于下部井段内，实管段上部经上部井段穿过；位于下部井段内的实管段外壁，与下部井段内壁之间填充有黏土球，形成黏土球回填层。

按上述方案，位于上部井段内的实管段外壁与上部井段内壁之间填充有水泥浆或水泥砂浆，形成隔水封闭层；所述止水环板的外端及止水筒均埋设于隔水封闭层内。

按上述方案，所述回灌管道的下端设置有回扬泵，回灌管道的上端沿流体流动方向依次设置有取水口和流量表；所述取水口处安装有抑制阀。

按上述方案，所所述回灌井结构还设有加压管路组件，加压管路组件包括加压管道，所述加压管道的下端伸入上部井段内；所述加压管道上设置有抑制阀、流量表、压力表，以及加压泵或储水箱。

按上述方案，所述实管段和沉淀管段均采用钢管；所述过滤管段的外壁包裹有过滤网。

本发明还提供了一种回灌施工方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、设置回灌井：采用钻孔成井形成下部井段，上部开挖扩孔成喇叭口形成上部井段；

步骤二、在地面上将沉淀管段、过滤管段和实管段依次对接安装，形成井管，并在过滤管段的外壁包裹过滤网；

步骤三、将包裹过滤网的井管下放至回灌井中；

步骤四、在井管的底部外壁与回灌井井壁之间自下而成依次均匀回填对应的填料，分别形成滤料回填层和黏土球回填层；

步骤五、在实管外壁焊接带有止水筒的止水环片；

步骤六、在实管段外壁与上部井段之间回填水泥砂浆，形成隔水封闭层；

步骤七、将加压管道和回灌管道的下端分别伸入回灌井内，再将井管上端口的封板焊接固定，在回灌井上安装各管路组件；

步骤八、在回灌井结构内注入水，水的回灌压力分级逐步加压到允许的最大回灌压力，将水通过回灌井的过滤管段回灌到土层中；同时监测土层中的水头压力，当土层中的水头压力恢复到目标水位后，维持回灌井中的回灌水量和回灌压力不变。

按上述方案，在步骤八中，回灌压力由0.1P逐级加压至P，P为地层结构计算的允许最大回灌压力或设计回灌压力；当地面出现管涌或突涌现象时，停止加压，采用二次注浆工艺进行封堵。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过在井管段设置止水件，增加地下水的渗流路径，同时采用二次注浆工艺封堵上部注浆回填层，可有效保证回灌井结构允许的最大回灌压力，提高了回灌效果；并且，采用加压回灌的措施，抬升高水头的承压含水层地区的水位。

2、在回灌压力的作用下，回灌井中的水从井管过滤段向外流出时，表现为水平方向穿过滤料向目标回灌层流动和竖直方向沿着井壁向上两个方向。本发明在井管段设置止水件，回灌井中的水在竖直向沿着井管外壁与注浆封闭层的土体接触面向上流动，当遇到止水件时，水流路径由垂直方向变为沿着止水件的绕流(水平方向→竖直方向→水平方向→竖直方向)，增加了水流动过程中的渗透损失，使得水流沿着井壁流动变得困难。因此，更多的水表现为通过滤料向目标回灌层的水平向流动，保证了回灌井结构的允许最大回灌压力，增强了回灌井的回灌效果。

3、本发明中的回灌井上部井段设计为上口大下口小的喇叭状结构，下部井段的口径小，这一设计可增大井管与回灌井井壁之间的回填空间，有利于隔水封闭层的施工，能更好地保证封闭效果；控制下部井段的口径，可在较小回灌水量的状态下维持更大回灌压力，当回灌到目标透水层中的渗流通道形成以后，回灌井内外的压差可用于维持目标回灌层的水头压力。

4、本发明在上部喇叭状结构的回填层的不同标高处埋设二次注浆管。在回灌加压的过程中，逐级由0.1P(P为地层结构计算的允许最大回灌压力或设计回灌压力)加压至P,每一级加压的幅度约为0.1P,当地面出现管涌或突涌现象时，停止加压，采用二次注浆工艺进行封堵。通过二次注浆对隔水封闭层的封闭效果进行加固，确保了回灌压力。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为止水件与实管连接的俯视图。

图3为止水件与实管连接的放大示意图。

图中：1、市政排水管道；2、抑制阀A；3、流量表A；4、排气口；5、抑制阀B；6、加压泵；7、流量表B；8、压力表B；9、自然地面标高；10、止水环片；11、隔水封闭层；12、黏土球回填层；13、滤料回填层；14、回扬泵；15、沉淀管段；16、过滤管段；17、实管段；18、上部井段；19、下部井段；20、回灌管道；21、加压管道。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种回灌井结构，包括回灌井、井管、止水件和回灌管路组件；所述井管同轴设于回灌井内，井管的外壁与回灌井的内壁之间设有填充结构；所述井管包括自下而上依次连接的沉淀管段15、过滤管段16和实管段17，所述止水件的内端与实管段17的外壁面相连，止水件的外端埋入填充结构内；所述回灌管路组件包括回灌管道20，所述回灌管道20的上端位于回灌井上部，与外部水源连通，回灌管道20的下端伸入井管的过滤管段16内。

本发明中，所述实管段17和沉淀管段15均采用钢管；所述过滤管段16的外壁包裹有过滤网。

本发明中，井管的上端伸出回灌井；所述回灌井的内径超过800mm，井管的内径小于200mm；回灌井的内壁与井管外壁之间的距离超过300mm。回灌井的顶部标高与自然地面标高9一致。

优选地，如图2和图3所示，所述止水件包括止水环片10和止水筒10.1，所述止水环片10的内圈与实管段17的外壁面固定，止水环片10的外圈与止水筒10.1的内壁相连；止水环片10的外圈与止水筒10.1的内壁相连；止水环片10水平设置，止水筒10.1与井管同轴配置，二者轴线均为竖直；止水环片10的外端及止水筒10.1均埋设于填充结构内。本发明中，所述止水筒10.1的内壁中部与止水环片10的外圈相连。

本实施例中，所述止水片10有两组，上下间隔且平行固定在井管的实管段17外壁；止水件的结构如图2，止水件的数量及间距可以根据实际情况适当调整。

本发明中，止水环片10的外端及止水筒10.1均埋设于填充结构内(也即埋设于后文中的隔水封闭层11内)，可增加隔水封闭层(水泥浆或水泥砂浆中加筋)的结构强度，继而提高其抗突涌的能力，有效保证最大的允许回灌压力。

优选地，所述回灌井包括相连的上部井段18和下部井段19，上部井段18为上口大、下口小的喇叭状结构；所述上部井段18的下口与下部井段19的相连；所述下部井段19为等口径的井段。

本发明中，所述上部井段18开挖成井，所述下部井段19采用钻孔成井。

优选地，所述沉淀管段15和过滤管段16位于下部井段19内，且沉淀管段15的外壁和过滤管段16的外壁与下部井段19的内壁之间填充滤料，形成滤料回填层13。

本发明中，所述滤料为中粗砂滤料，滤料填充体积不小于总填充体积的95％。

优选地，所述实管段17下部位于下部井段19内，实管段17上部经上部井段18穿过。

本发明中，所述实管段17的上口设有封板，封板上开设排气口4。

优选地，位于下部井段19内的实管段17外壁，与下部井段19内壁之间填充有黏土球，形成黏土球回填层12。

优选地，位于上部井段18内的实管段17外壁与上部井段18内壁之间填充有水泥浆或水泥砂浆，通过二次注浆的工艺形成隔水封闭层11；所述止水环板10的外端及止水筒10.1均埋设于隔水封闭层11内。

本发明利用水泥浆或水泥砂浆形成注浆回填层，也即隔水封闭层11；同时在隔水封闭层11的不同标高处埋设二次注浆管，可对隔水封闭层11进行二次注浆，封闭回填水泥砂浆中的小裂隙和水泥砂浆与实管17之间的缝隙。二次注浆工艺一方面可以保证注浆回填层的结构强度，另一方面可以使得注浆回填层与周边原状土体的接触密实，阻隔地下水的渗流通道，更好的形成隔水封闭层11。

优选地，所述回灌管道20的下端设置有回扬泵14，回灌管道20的上端沿流体流动方向依次设置有取水口和流量表A3；所述取水口处安装有抑制阀A2。

本发明中，所述回灌管道20可与市政排水管道1连通，从市政排水管道1取水。

优选地，所述回灌井结构还设有加压管路组件，加压管路组件包括加压管道21，所述加压管道21的下端伸入上部井段18内；所述加压管道21上设置有抑制阀B5、流量表B7、压力表8，以及加压泵6或储水箱。

本发明中，通过加压管路组件增加回灌井中的水头高度，使得回灌井中的水头高度可以高于地面。

本发明还提供了一种回灌施工方法，该施工方法为：

步骤一、设置回灌井：采用钻孔成井形成下部井段19，上部开挖扩孔成喇叭口形成上部井段18，开挖过程中在上部井段18与下部井段19的分界处采取封板的工程措施，防止上部开挖土体掉入下部井段19，影响其施工质量。上部井段18喇叭口开挖成型后，将封板移除；

步骤二、在地面上将沉淀管段15、过滤管段16和实管段17依次对接安装，形成井管，并在过滤管段16的外壁包裹过滤网。

步骤三、将包裹过滤网的井管下放至回灌井中。

步骤四、在井管的底部外壁与回灌井井壁之间自下而成依次均匀回填对应的填料，分别形成滤料回填层13和黏土球回填层12。

步骤五、在实管17外壁焊接带有止水筒10.1的止水环片10，根据实管17的长度，可以焊接若干组止水环片10。

步骤六、在实管段17外壁与上部井段18之间回填水泥砂浆并埋设二次注浆管，对上部井段18注浆，待水泥砂浆凝固以后，再通过后注浆的方式二次封闭回填水泥砂浆中的小裂隙和水泥砂浆与实管17之间的缝隙，形成密实的隔水封闭层11，以阻止地下水通过管壁上涌。

步骤七、将加压管道21和回灌管道20的下端分别伸入回灌井内，再将井管上端口的封板焊接固定(预留排气口4)，在回灌井上安装各管路组件，完成回灌井的施工。

步骤八、回灌井施工完毕后，在回灌井结构内注满水，通过加压泵6启动加压管路21，将加压管道21内的压力分级逐步加压到允许的最大回灌压力，将水通过回灌井的过滤管段源源不断的回灌到土层中，提高土层中的水头压力；同时监测土层中的水头压力，当土层中的水头压力恢复到目标水位后，维持回灌井中的回灌水量和回灌压力不变。

步骤八中，在回灌加压的过程中，回灌压力逐级由0.1P(P为地层结构计算的允许最大回灌压力或设计回灌压力)加压至P，每一级加压的幅度约为0.1P，当地面出现管涌或突涌现象时，停止加压，采用二次注浆工艺进行封堵。通过二次注浆对隔水封闭层的封闭效果进行加固，确保回灌压力。

在回灌压力的作用下，回灌井中的水从井管过滤段向外流出时，表现为水平方向穿过滤料向目标回灌层流动和竖直方向沿着井壁向上两个方向。本发明在井管段设置止水件，回灌井中的水在竖直向沿着井管外壁与注浆封闭层的土体接触面向上流动，当遇到止水件时，水流路径由垂直方向变为沿着止水件的绕流(水平方向→竖直方向→水平方向→竖直方向)，增加了水流动过程中的渗透损失，使得水流沿着井壁流动变得困难，继而提高了回灌井结构的允许最大回灌压力。因此，更多的水表现为通过滤料向目标回灌层的水平向流动，提高了回灌井的允许最大回灌压力，提高了回灌井的回灌效果，使得回灌这一工程措施可以用在地下水资源较为丰富，水头较高的地区，减小地下工程开发过程中地下水的降幅和周边地面的沉降。

本发明可用于基坑工程和降水工程条件下的维持含水层水头压力的回灌井结构。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。