專利名稱：一種可調節式串連承壓水真空降壓方法
技術領域：
本發明涉及承壓水真空降壓方法，尤其涉及一種可調節式串連承壓水真空降壓方法，適用于使用井管抽汲地下水又期望最大限度減少地面沉降的各種土建和地下水資源利用領域，如基坑降水領域、地下水資源管理領域、地下水治理領域等。
背景技術：
井點降水因具有施工簡便、經濟實用的特點在基坑降水工程中得到廣泛應用，但是隨基坑深度增加和抽水量增大，基坑降水帶來地面沉降的環境危害日益嚴重，甚者地面開裂或危及周邊建筑安全。
在某些水文地質條件下，可以利用含水層分布、顆粒組分和水頭差特點將上下含水層貫通，實現地下水內部循環，既減少抽水量，又減少地面沉降值。如北京地區引滲井技術即是基于這種原理的成功實踐。然而北京地區引滲井技術的缺點是井管為普通直管，井內無人為控制設置，無法主動掌控含水層之間水流交換數量，只能被動的接受地層水力連通后的非穩定滲流狀態發展直至新的水力平衡建立，所以無法控制地面沉降發展。這樣的引滲井其實為簡單混合井。
美國Slug test含水層井流試驗技術應用了雙氣囊包分離技術在含水層中隔離出目標試驗段，再人為改變井內水位，根據水位恢復過程測算含水層段滲透系數或導水系數。此技術主要用來測算含水層水文地質參數，針對某單一含水層進行試驗，沒有應用于多含水層之間的貫通效應。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可調節式串連承壓水真空降壓方法，該方法可以降低減壓目標含水層水頭，實現地下水系統內部循環，減少地面沉降并且可以減少抽水量，降低工程造價。
本發明的一種可調節式串連承壓水真空降壓方法，它包括以下步驟 (a)測量相鄰承壓含水層的每層水頭及厚度以及位于兩個含水層之間的粘土弱透水層的厚度； (b)在上層承壓含水層水頭高于下層承壓含水層的條件下，從地面打井孔至下層承壓含水層的深度，同時打穿兩承壓含水層； (c)準備井管，分別在井管位于上、下承壓含水層的側壁位置開孔以形成濾水段； (d)按濾水段對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管，濾水段外纏繞2～3層網狀尼龍紗布； (e)在井管外壁與所述的上、下承壓含水層之間投碎石粒料，在井管外壁與潛水層及所述的粘土弱透水層之間投粘土球； (f)試抽水，觀測兩層承壓含水層的混合水頭； (g)在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊，并將加壓管和測壓管導引出井口，連接測壓和加壓、減壓器具； (h)在氣囊上方放置鐵制圓環隔柵，以阻止氣囊浮升； (i)當混合井水頭顯著低于上層承壓含水層水頭時，將氣囊中的氣體放出，上層承壓含水層水流入下層承壓水層，混合井降水，此時如果地面沉降較大，可使氣囊部分充氣，從而使上、下承壓含水層部分貫通，以控制地面沉降發展；當混合井水頭不低于上層承壓含水層水頭時，隔斷上層承壓水與之間聯系，僅對上層承壓含水層進行降深或水頭控制型降水。
本發明方法和已有技術相比具有以下優點利用含水層水文地質特點，貫通不同含水層，降低減壓目標含水層水頭，實現地下水系統內部循環，減少地面沉降；改進目前引滲井中無法人為主動控制含水層間水流交換量，只能被動接受地層自然調節結果的現狀；控制含水層間水流交換量，調節和控制地面沉降發展；利用水流引滲，減少抽水量，降低工程造價。
圖1為本發明的一種可調節式串連承壓水真空降壓方法中氣囊充滿氣時，上、下承壓含水層之間全阻斷的狀態示意圖； 圖2為氣囊部分充氣時，上、下承壓含水層之間部分貫通的狀態示意圖； 圖3為氣囊中無氣體時，上、下承壓含水層之間全貫通的狀態示意圖。
具體實施例方式 下面結合附圖和具體實施例對本發明作以詳細描述。
本發明的基本原理是對兩具有水頭差的相鄰承壓含水層，如果需要抽水上層承壓含水層，且其承壓水頭高于下層承壓含水層，特別是當下層承壓含水層由致密砂礫組成，壓縮性相當小的情況下，則可以利用井管將上下含水層貫通，將上層水引入下層，為控制上層承壓含水層水頭不致過度下降從而引起較大地面沉降，需要控制上層承壓含水層向下層的灌注流量，于是在上、下層承壓含水層均設置濾水管，在上、下層承壓水含水層之間井管中設置可減壓收縮、充氣膨脹的氣囊作為隔斷裝置，實現完全連通、部分連通、隔斷上層承壓水與下層承壓水之間聯系等多種效果，根據工程要求調節氣囊氣壓以改變井管過流斷面面積，從而達到控制上層承壓含水層的流失水量和水頭降深值。
根據使用要求，可加壓隔斷上、下層承壓水含水層水力聯系，或減壓連通上、下層承壓水含水層，并可調節上、下含水層抽水量。在降上層承壓水時，當下層承壓水水頭明顯低于上層承壓水水頭時，設置的降壓井井管延伸至下層承壓水頭較低的含水層，使上層承壓水產生水頭降低的效應，減少抽水量使其于地下水系統內循環，從而達到減少地面沉降的目的。還可對上層承壓含水層實施真空抽水降壓，此時隔斷上、下層承壓水含水層。
基于上述原理本發明方法包括以下步驟(a)測量相鄰承壓含水層1、2的各層水頭及厚度以及位于兩個含水層之間的粘土弱透水層的厚度；(b)在上層承壓含水層1水頭高于下層承壓含水層2的條件下，從地面打井孔至下層承壓含水層的深度，同時打穿兩承壓含水層；(c)準備井管，分別在井管位于上、下承壓含水層的側壁位置開孔以形成濾水段，孔徑及開孔率依據含水層砂土粒徑與施工經驗而定；(d)按濾水段對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管，濾水段外纏繞2～3層網狀尼龍紗布；(e)在井管外壁與所述的上、下承壓含水層之間投碎石粒料，在井管外壁與潛水層3及所述的粘土弱透水層4之間投粘土球；(f)試抽水，觀測兩層承壓含水層的混合水頭；(g)在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊5，并將加壓管和測壓管導引出井口，連接測壓和加壓、減壓器具；(h)在氣囊上方放置鐵制圓環隔柵，以阻止氣囊浮升；(i)當混合井水頭顯著低于上層承壓含水層水頭時，將氣囊中的氣體放出，上層承壓含水層水流入下層承壓水層，混合井降水，此時如果地面沉降較大，可使氣囊部分充氣，從而使上、下承壓含水層部分貫通，以控制地面沉降發展；當混合井水頭不低于上層承壓含水層水頭時，隔斷上層承壓水與之間聯系，僅對上層承壓含水層進行降深(或水頭)控制型降水。
實施例1 測量相鄰承壓含水層的上、下層水頭分別為埋深1.21m、埋深3.52m，平均厚度分別為6m、3m，都由粉砂組成；位于兩個含水層之間的粘土弱透水層的平均厚度為11m；計算可得上層承壓含水層水頭高于下層承壓含水層，從地面打井孔至下層承壓含水層的深度，井深為38m；準備井管長度為40m，分別在井管位于上、下承壓含水層的側壁位置開孔形成濾水段，孔徑為5mm，濾水段纏繞包裹2層網狀尼龍紗布；按濾水段對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管；在井管外壁與所述的上、下承壓含水層空隙之間投碎石粒料，在井管外壁與潛水層及所述的粘土弱透水層之間投粘土球；試抽水，觀測兩層承壓含水層的混合水頭發現混合水頭低于上層承壓含水層自身水頭近1.60m；在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊，并將加壓管和測壓管導引出井口，連接測壓和加壓、減壓器具；在氣囊上方放置鐵制圓環隔柵，以阻止氣囊浮升；此時測量混合井水頭為埋深2.82m，上層承壓含水層水頭為1.20米，混合井水頭顯著低于上層承壓含水層水頭將氣囊中的氣體放出，上層承壓含水層水流入下層承壓水層，混合井降水，控制上層承壓含水層降深或水頭達設計目標范圍。
實施例2 測量相鄰承壓含水層的上、下層水頭分別為埋深3.43m、埋深9.65m，平均厚度分別為7m、12m，上部承壓含水層由粉土、粉砂組成，下部承壓含水層由粗砂組成；位于兩個含水層之間的粘土弱透水層的平均厚度為23m；計算可得上層承壓含水層水頭高于下層承壓含水層，從地面打井孔至下層承壓含水層的深度，井深為57m；準備井管長度為59m，分別在井管位于上、下承壓含水層的側壁位置開孔形成濾水段，孔徑為5mm，濾水段纏繞包裹3層網狀尼龍紗布；按濾水段對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管；在井管外壁與所述的上、下承壓含水層空隙之間投碎石粒料，在井管外壁與潛水層及所述的粘土弱透水層之間投粘土球；試抽水，觀測兩層承壓含水層的混合水頭發現混合水頭低于上層承壓含水層自身水頭近4.30m；在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊，并將加壓管和測壓管導引出井口，連接測壓和加壓、減壓器具；在氣囊上方放置鐵制圓環隔柵，以阻止氣囊浮升；此時測量混合井水頭為埋深7.81m，上層承壓含水層水頭為埋深3.41m，混合井水頭顯著低于上層承壓含水層水頭，將氣囊中的氣體放出，上層承壓含水層水流入下層承壓水層，混合井降水，經過15天時間，測得地面最大沉降為2.14cm，地面沉降較大，采用所述的加壓管給氣囊部分充氣，從而使上、下承壓含水層部分貫通，上層承壓含水層水流入下層承壓水層的速度變慢，使地面最大沉降維持在3.50cm之內。
實施例3 測量相鄰承壓含水層的上、下層水頭分別為埋深2.43m、埋深3.56m，平均厚度分別為5m、8m，上部承壓含水層由粉砂組成，下部承壓含水層由細砂組成；位于兩個含水層之間的粘土弱透水層的平均厚度為12m；計算可得上層承壓含水層水頭高于下層承壓含水層，從地面打井孔至下層承壓含水層的深度，井深為40m；準備井管長度為42m，分別在井管位于上、下承壓含水層的側壁位置開孔形成濾水段，孔徑為5mm，濾水段纏繞包裹2層網狀尼龍紗布；按濾水段對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管；在井管外壁與所述的上、下承壓含水層空隙之間投碎石粒料，在井管外壁與潛水層及所述的粘土弱透水層之間投粘土球；試抽水，觀測兩層承壓含水層的混合水頭發現混合水頭低于上層承壓含水層自身水頭近0.60m；在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊，并將加壓管和測壓管導引出井口，連接測壓和加壓、減壓器具；在氣囊上方放置鐵制圓環隔柵，以阻止氣囊浮升；此時測量混合井水頭為埋深2.74m，上層承壓含水層水頭為埋深2.81m，混合井水頭高于上層承壓含水層水頭，將氣囊中充滿氣體以隔斷上層承壓水與之間聯系，僅對上層承壓含水層進行降水，控制上層承壓含水層降深(或水頭)達設計目標范圍。
實施例4 測量相鄰承壓含水層的上、下層水頭分別為埋深1.83m、埋深2.74m，平均厚度分別為4m、5m，上部承壓含水層由粉砂組成，下部承壓含水層由細砂組成；位于兩個含水層之間的粘土弱透水層的平均厚度為7m；計算可得上層承壓含水層水頭高于下層承壓含水層，從地面打井孔至下層承壓含水層的深度，井深為28m準備井管長度為30m，分別在井管位于上、下承壓含水層的側壁位置開孔形成濾水段，孔徑為5mm，濾水段纏繞包裹2層網狀尼龍紗布；按濾水段對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管；在井管外壁與所述的上、下承壓含水層空隙之間投碎石粒料，在井管外壁與潛水層及所述的粘土弱透水層之間投粘土球；試抽水，觀測兩層承壓含水層的混合水頭發現混合水頭低于上層承壓含水層自身水頭近0.40m；在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊，并將加壓管和測壓管導引出井口，連接測壓和加壓、減壓器具；在氣囊上方放置鐵制圓環隔柵，以阻止氣囊浮升；此時測量混合井水頭為埋深2.14m，上層承壓含水層水頭為埋深2.27m，混合井水頭等于上層承壓含水層水頭，將氣囊中充滿氣體以隔斷上層承壓水與之間聯系，僅對上層承壓含水層進行降水，控制上層承壓含水層降深(或水頭)達設計目標范圍。
權利要求
1.一種可調節式串連承壓水真空降壓方法，其特征在于它包括以下步驟
(a)測量相鄰承壓含水層的每層水頭及厚度以及位于兩個含水層之間的粘土弱透水層的厚度；
(b)在上層承壓含水層水頭高于下層承壓含水層的條件下，從地面打井孔至下層承壓含水層的深度，同時打穿兩承壓含水層；
(c)準備井管，分別在井管位于上、下承壓含水層的側壁位置開孔以形成濾水段；
(d)按濾水段對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管，濾水段外纏繞2～3層網狀尼龍紗布；
(e)在井管外壁與所述的上、下承壓含水層之間投碎石粒料，在井管外壁與潛水層及所述的粘土弱透水層之間投粘土球；
(f)試抽水，觀測兩層承壓含水層的混合水頭；
(g)在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊，并將加壓管和測壓管導引出井口，連接測壓和加壓、減壓器具；
(h)在氣囊上方放置鐵制圓環隔柵，以阻止氣囊浮升；
(i)當混合井水頭顯著低于上層承壓含水層水頭時，將氣囊中的氣體放出，上層承壓含水層水流入下層承壓水層，混合井降水，此時如果地面沉降較大，可使氣囊部分充氣，從而使上、下承壓含水層部分貫通，以控制地面沉降發展；當混合井水頭不低于上層承壓含水層水頭時，隔斷上層承壓水與之間聯系，僅對上層承壓含水層進行降深或水頭控制型降水。
全文摘要
本發明公開了一種可調節式串連承壓水真空降壓方法，它包括以下步驟測量相鄰承壓含水層的各層水頭及厚度以及粘土弱透水層的厚度；從地面打井孔至下層承壓含水層的深度；準備井管；按井管對應的每一含水層的位置在所述的井孔內下井管；在井管外壁與各含水層之間投料；試抽水；在井管內粘土弱透水層位置放置氣囊；使氣囊充氣、放氣以控制上、下承壓含水層之間的聯系。本發明方法可實現地下水系統內部循環，減少地面沉降；改進目前引滲井中無法人為主動控制含水層間水流交換量，只能被動接受地層自然調節結果的現狀；控制含水層間水流交換量，調節和控制地面沉降發展；利用水流引滲，減少抽水量，降低工程造價。
文檔編號E02D3/00GK101130954SQ200710058398
公開日2008年2月27日 申請日期2007年7月25日 優先權日2007年7月25日
發明者剛 鄭, 楊建民 申請人:天津大學