防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水装置和方法与流程

本发明属于地质工程、岩土工程、基坑工程技术领域，尤其是涉及一种防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水装置和方法。

背景技术：

基坑降水是在开挖基坑时，地下水位高于开挖底面，地下水会不断渗入坑内，为保证基坑能在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降而做的降水工作。在现代岩土工程、基坑工程降水施工作业中，井点降水是一项普遍而重要的处理手段。井点降水则是在基坑开挖前，在基坑四周布设一定数量的降压井，基坑开挖过程中，根据基坑内水位情况进行相应的抽水降压。降压井的目的是为了抽取地下水减小地下水压，那其中最重要的就是不能产生渗漏问题，渗漏会直接影响降压井的正常使用从而导致基坑工程施工的安全与完成。黏土球是降压井中常用于封孔、防渗的材料，但由于黏土球位于井底、井管与井壁之间，其封闭质量往往难以控制达到完全封堵效果，当其封闭质量不佳时会导致承压水沿侧壁向上渗漏，严重造成突涌，使降压井无法起到降压作用。本发明申请人发现，目前在降压井施工工艺中还未有考虑到针对侧壁渗漏问题的处理措施，急需就如何克服黏土球质量不佳、降压井侧壁渗漏问题展开研究。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了提供一种防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水装置和方法。本发明在渗水情况下膨胀圈遇水膨胀紧密贴合在井壁和井管之间，有效阻断上窜的承压水，保障降压井完成后，在基坑开挖过程中不会出现井壁突涌。本发明能够有效弥补在未知黏土球封孔质量情况下进一步提高降压井的防渗性能，特别是在黏土球封闭质量不佳导致封堵效果不好，承压水沿井底渗漏上窜情况下，能直接阻断承压水渗流途径，消除由于降压井渗漏导致的安全隐患。在防治降压井中承压水侧壁突涌问题上，提出了利用遇水膨胀橡胶圈，拓展了降压井侧壁渗漏问题的解决方法，能够为基坑降水施工工艺提供新的思路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明一方面提供一种防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水装置，包括填充于降压井的井管与钻孔之间，并在高度方向上一一间隔设置的黏土球和遇水膨胀圈，所述的遇水膨胀圈套设于井管外，具有遇水膨胀材料和包裹于遇水膨胀材料外的防水膜，且所述的防水膜在遇水膨胀圈放置到位后破裂，使遇水膨胀材料外露；

当有承压水渗漏时，遇水膨胀圈内的遇水膨胀材料遇水膨胀，形成竖向隔水体。

优选地，所述的遇水膨胀圈呈水平放置的圆环形，防水膜呈圆环筒状，并包裹于呈圆环形的遇水膨胀材料外，遇水膨胀材料顶部与防水膜顶部之间设有破膜机构，用于在遇水膨胀圈放置到位后将防水膜顶部一圈破开。

优选地，所述的遇水膨胀圈的内径与井管外径相匹配，遇水膨胀圈的外径与钻孔的内径相匹配。

优选地，所述的遇水膨胀材料由叠置呈圆环形的多个遇水膨胀橡胶圈组成。

优选地，所述的遇水膨胀橡胶圈由高分子无机吸水膨胀材料和橡胶制成。

进一步优选地，所述的遇水膨胀橡胶圈可以采用市售的遇水膨胀橡胶圈。

遇水膨胀橡胶圈的一般规格为外径40mm和45mm两种，厚度为1cm，内径为8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、20mm的规格，本发明中可以选择内径较小的规格。遇水膨胀橡胶圈(遇水膨胀止水环)遇水后能吸水膨胀，膨胀率为≥200％，靠自身膨胀挤密井管与井壁之间缝隙，可完全起到止水作用，在实际施工中，操作十分灵活方便，又省工又省时及原材料成。为防止不需要膨胀时出现膨胀，用塑料薄膜等隔水材料(防水膜)包裹。

优选地，所述的破膜机构包括破膜引线，所述的破膜引线具有设置于遇水膨胀材料顶部与防水膜之间一周的破膜段以及用于将破膜引线引出地表的引线段，破膜段上穿插有多个呈拉条状的刀片；遇水膨胀圈放置到位后，通过拉动引线段，带动破膜段上穿插的刀片破开遇水膨胀圈顶部防水膜。

优选地，所述的引线段及其上穿插的刀片外包裹有引线保护套。

优选地，所述的遇水膨胀圈下还带有袋装黏土球，所述的袋装黏土球用于作为配重，带动遇水膨胀圈下入井管与钻孔之间。

本发明第二方面提供一种防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水方法，采用所述的装置，包括以下步骤：

s1：在基坑工程中钻孔，确定降压井孔位，吊入井管，并用黏土球封闭井底与井孔；

s2：待沉降稳定后，将遇水膨胀圈套在井管上并下入，在遇水膨胀圈放置到位后将防水膜破开，待沉降稳定后，继续填黏土球；

s3：重复步骤s2，直至井管的侧壁封堵完成于地表。

优选地，根据黏土球沉降规律与遇水膨胀圈规格、井管长度关系计算使用的遇水膨胀圈数量。

现代工程基坑开挖深度一般较深，带来的是其承压水头较高，降压井侧壁渗漏问题值得重视，因此需要合理、高效的降压井设计和工作质量，本发明以现有降压井封孔、防水措施结合隧道工程衬砌接缝防水材料进行分层止水非常契合该研究方向。与现有技术相比，本发明能够在基坑降水前利用遇水膨胀材料有效将降压井侧壁封堵，防治在降压井工作时出现承压水侧壁突涌，大大减小了由黏土球封闭质量不佳导致的渗水、突涌从而降压井正常工作受到影响的问题。

附图说明

图1为本发明防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水示意图。

图2(a)为本发明遇水膨胀圈的截面示意图，图2(b)为本发明一段遇水膨胀圈的示意图。

图中，1为井管，2为黏土球，3为遇水膨胀圈，4为围填面，5为地面，6为防水膜，7为遇水膨胀材料，8为刀片，9为引线保护套，10为破膜引线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水装置，如图1、图2(a)和图2(b)所示，包括填充于降压井的井管1与钻孔之间，并在高度方向上一一间隔设置的黏土球2和遇水膨胀圈3，遇水膨胀圈3套设于井管1外，具有遇水膨胀材料7和包裹于遇水膨胀材料7外的防水膜6，且防水膜6在遇水膨胀圈3放置到位后破裂，使遇水膨胀材料7外露；当有承压水渗漏时，遇水膨胀圈3内的遇水膨胀材料7遇水膨胀，形成竖向隔水体。

降压井已在现有工程上广泛应用，井壁管均采用焊接钢管，井壁管的直径为250ram(内径)，降压井井口应高于地面以上约0.50m，以防止地表污水渗入井内，一般采用优质粘土或水泥浆封闭。一般配设滤水管、沉淀管，滤水管的直径与井壁管的直径相同，沉淀管焊接在滤水管底部，直径与滤水管相同，沉淀管底口用铁板封死。为防止抽潜水引起的地面沉降。在砾料的围填面4以上必须采用优质粘土围填至地面5并夯实，并做好井口管外的封闭工作。

本实施例中，优选遇水膨胀圈3呈水平放置的圆环形，防水膜6呈圆环筒状，并包裹于呈圆环形的遇水膨胀材料7外，遇水膨胀材料7顶部与防水膜6顶部之间设有破膜机构，用于在遇水膨胀圈3放置到位后将防水膜6顶部一圈破开。进一步优选遇水膨胀圈3的内径与井管1外径相匹配，遇水膨胀圈3的外径与钻孔的内径相匹配。更进一步优选遇水膨胀材料7由叠置呈圆环形的多个遇水膨胀橡胶圈组成。更进一步优选遇水膨胀橡胶圈由高分子无机吸水膨胀材料和橡胶制成。遇水膨胀橡胶圈的一般规格为外径40mm和45mm两种，厚度为1cm，内径为8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、20mm的规格，本实施例中可以选择内径较小的规格。遇水膨胀橡胶圈(遇水膨胀止水环)遇水后能吸水膨胀，膨胀率为≥200％，靠自身膨胀挤密井管与井壁之间缝隙，可完全起到止水作用，在实际施工中，操作十分灵活方便，又省工又省时及原材料成。为防止不需要膨胀时出现膨胀，用塑料薄膜等隔水材料(防水膜)包裹。优选破膜机构包括破膜引线10，破膜引线具有设置于遇水膨胀材料7顶部与防水膜6之间一周的破膜段以及用于将破膜引线10引出地表的引线段，破膜段上穿插有多个呈拉条状的刀片8；遇水膨胀圈3放置到位后，通过拉动引线段，带动破膜段上穿插的刀片8破开遇水膨胀圈3顶部防水膜6。为了为保护遇水膨胀圈3在下入过程中刀片8划破防水膜，引线段及其上穿插的刀片8外包裹有引线保护套9。优选遇水膨胀圈3下还带有袋装黏土球，袋装黏土球用于作为配重，带动遇水膨胀圈3下入井管1与钻孔之间。

一种防治基坑降压井承压水侧壁突涌的分层止水方法，采用上述装置，该方法包括以下步骤：

s1：在基坑工程中钻孔，确定降压井孔位，吊入井管1，并用黏土球2封闭井底与井孔；

s2：待沉降稳定后，将遇水膨胀圈3套在井管1上并下入，在遇水膨胀圈3放置到位后将防水膜6破开，待沉降稳定后，继续填黏土球2；

s3：重复步骤s2，直至井管1的侧壁封堵完成于地表。

更具体地：首先在基坑工程中钻孔，确定降压井孔位，吊入井管并用优质粘土球封闭井底和井孔，待沉降稳定后，再将制作好的遇水膨胀圈3(规格与井管相匹配)由袋装黏土球套入带至井下部，可以利用设置于破膜引线10末端的预制引线拉环拉动刀片8将遇水膨胀圈3外防水膜6破开，并将引线10收回，保证遇水膨胀材料裸露，待沉降稳定后，根据沉降规律与膨胀圈规格、井管长度关系计算使用的遇水膨胀圈数量，重复多次至侧壁封堵完成于地面5，到地面5以上采用优质粘土围填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作，整个降压井侧壁渗漏防治以黏土球与遇水膨胀材料封填工作完成。当周围土层、下部黏土球出现承压水渗漏时，遇水膨胀圈遇水即膨胀数倍将井管与钻孔之间的缝隙填补，将水渗流路径阻断，实现主动止水，黏土球2与遇水膨胀圈3多层交互，为多层止水屏障，层层防护，基本实现完全止水，有效阻断上窜的承压水，保障降压井完成后，在基坑开挖过程中不会出现井壁突涌。使用过程中应注意保证黏土球沉降稳定、遇水膨胀圈与井管之间的摩擦，关注引线下放过程动态，避免防水膜划破。

本发明能够在基坑降水前利用遇水膨胀材料有效将降压井侧壁封堵，防治在降压井工作时出现承压水侧壁突涌，大大减小了由黏土球封闭质量不佳导致的渗水、突涌从而降压井正常工作受到影响的问题。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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