基于水位控制的多波次疊加間歇式回灌工法的制作方法

專利名稱：基于水位控制的多波次疊加間歇式回灌工法的制作方法
技術領域：
本發明屬于主要用于市政工程、工業與民用建筑工程深基坑降水領域，具體涉及一種基于水位控制的多波次疊加間歇式回灌工法。
背景技術：
目前越來越多的超大超深基坑施工中，在基坑開挖時無法避免長時間抽取地下承壓水。而長時間抽取地下水對周圍地質環境將產生強烈的擾動，主要表現在基坑周圍地面產生沉降，對周邊原有建筑物、地下管線、軌道交通等產生嚴重影響。因此，為減少深基坑降水工程對周圍地質環境的擾動，減少地面沉降量，通常在深基坑降水工程中和工程結束后， 需對地面沉降進行有效控制。目前，進行地下水回灌是控制地面沉降最有效的方法。然而， 現有的地下水回灌工法中存在以下問題在基坑降水回灌工程中，普遍采用單波次長時間回灌工法，存在回灌效率低下、坑內水位難以降低、基坑安全等問題。本發明在現有設備基礎上提高回灌效率，并最大程度穩定基坑外水位。不但降低了工程成本，而且減弱了基坑周圍的地面沉降、確保基坑安全。對現有的技術文獻檢索發現，功能要求與本發明相似的提高回灌效率的技術主要是通過改進回灌井結構，提高回灌效率。如上海長凱巖土工程有限公司的地下水回灌井(專利號CN201367577Y)中所提出的一種新型地下水回灌井；王榮華的新結構的回灌裝置及實施方法(專利號CN101261053A)中所提出的裝在回灌水管末端的靜動壓能轉換器。但是這些專利都沒有考慮到回灌工法對回灌效率的影響。

發明內容
針對現有技術的不足和缺陷，本發明所要解決的技術問題是在現有設備基礎上， 提供一種基于水位控制的多波次疊加間歇式回灌工法。為了解決上述技術問題，本發明提出的基于水位控制的多波次疊加間歇式回灌工法，具體步驟如下
(1)、現場巖土工程勘察、水文地質勘察，查明回灌場地的工程地質水文地質條件，選取場地進行現場抽水試驗，確定需進行降壓含水層的水文地質參數(如滲透系數、儲水系數等)以及坑內安全控制水位和坑外回灌目標；
(2)、使用相關數值軟件進行含水層水文地質參數反演，使獲得的數據(包括減壓層的水平與豎直方向上的滲透系數、儲水系數)更接近現場條件；
(3)、根據巖土工程勘察及水文地質勘察資料建立現場三維數值模型，需進行降壓的含水層水文地質參數取步驟(2)中參數反演的結果；
進行單井回灌或群井回灌數值模擬，在基坑外靠近保護建筑的適當地方布置回灌井， 在基坑內減壓井工作情況下，進行相關工況模擬，包括①集中回灌與多波次回灌比較在總的回灌時間(取單波次回灌條件下達到穩定峰值水位的最短時間)相同前提下，比較集中回灌與多波次(取值大于I)回灌結束后的穩定水位(如圖3、圖4);②回灌頻次以1、5、10，15個短波次回灌(回灌時間分別為上一工況中總回灌時間的1/1，1/5，1/10，1/15)為一個工況，比較回灌結束后的穩定水位，并給出回灌頻次與回灌結束后的穩定水位關系(如圖 5)，確定最優回灌頻次單次回灌間隔首先查明單波次回灌后水位消散變化規律，然后在多波次回灌條件下，以回灌結束后水位降為回灌期間峰值的80%、60%、50%、40%、30%時所需時間為單次回灌間隔時間進行模擬，比較回灌結束后的穩定水位，確定最優單次回灌間隔時間；
同時，由于現場地質條件的復雜性，需進行現場單井、群井回灌試驗，驗證數值模型的正確性，現場試驗工況與數值模擬中的工況一致。(4)、根據現場試驗、數值模擬結果設計回灌方案，同時進行數值模擬優化；
(5)、進行現場回灌，同時根據需要布置若干觀測井。本發明中，所述的現場抽水試驗為常規抽水試驗。本發明中，所述的參數反演、數值模擬軟件為常用的地下水滲流軟件，如 AquiferTest, Visual Modflow Pro, GMS 等。本發明中，所述的單井、群井現場回灌試驗為常規回灌試驗，但回灌工況需與數值模擬的一致。本發明中，所述的觀測井為短濾管觀測井，并設置在回灌目的層或需重點關注水位的地層。其布置位置根據工程需要進行布置。本發明的有益效果在于該方法原理明確，適應性強，可在原有回灌設備的條件下，通過改變回灌工法而提高回灌效率，同時，通過觀測井對回灌水位的監測來控制回灌， 達到最大限度控制地表沉降與基坑安全的雙重目的，是一種經濟的工法。


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具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例I :以某地區現場單井回灌試驗為例，具體應用按以下步驟進行
步驟一，現場地質勘探在回灌試驗影響范圍內地層分為8層，分別是①層人工填土底
板標聞2. 03m,層厚I. 5m !②i層粉質粘土底板標聞O. 63m,層厚I. 4m -’②3層砂質粉土底板標高-3. 97m,層厚4. 6m ;③層游泥質粉質粘土底板標高_6. 97m,層厚3m ;④層游泥質土底板標高-12. 47m,層厚5. 5m ； 層粘土底板標高-18. 17m,層厚3. 2m ； 層砂質粉土底板標高-24. 97m，層厚9. 7m ; 2層粘質粉土夾粉質粘土底板標高-48. 07m，層厚23. lm。回灌目的層為⑤η層砂質粉土。所建設的微承壓含水層回灌井，井深35. 5m,濾管位置21. 02 29. 02m,濾水管長度為8m。步驟二，現場抽水試驗，測得滲透系數、儲水系數分別為I. 76 X 10_3 cm/s, 5. OXlO-4 1/m。步驟三,利用地下水專業滲流軟件Visual Modflow Pro進行參數反演,水平方向、豎直方向滲透系數、儲水系數反演結果分別為I. 46X10-3 cm/s，8. 70X10-4 cm/s, 4. 12X10-4 1/m。步驟四，根據工程需要確定回灌目標，即抬高水位的幅度。步驟五,利用地下水專業滲流軟件Visual Modflow Pro進行數值模擬,共模擬了三種工況，分別為多波次回灌與長時間單波次回灌、回灌頻次與回灌間隔。其中，多波次回灌與長時間單波次回灌工況中，兩種回灌方式的總回灌時間相同， 比較回灌穩定后的穩定水位，長時間單波次回灌效果圖如圖3所示，其可能導致的危害包括，坑內水頭難以降低、坑底突涌、對基坑周邊建筑的地下防水設施產生影響等。多波次回灌效果圖如圖4所示，其中時間At為回灌間隔即單個回灌波次中回灌結束后水位恢復時間；
回灌頻次工況中，共進行了回灌波次為1、5、10、15等四次模擬，比較各工況的穩定水位，建立水位抬升幅度與回灌頻次之間的關系式H = O. 29498 f °_4°163，并且R2 = O. 97264 (見圖5)，結合現場施工便利性及該關系式，可認為回灌頻次為5時的回灌效率較優；
回灌間隔工況中，共進行了回灌間隔分別為水位降低到峰值水位的80%、60%、50%、40%、 30%時所需時間等5次模擬，比較各工況的穩定水位發現，單次回灌后的恢復時間取為水位降為峰值水位50%的所需時間時回灌效果最好。最終，模擬結果顯示多波次、單次回灌間隔為水位降低到峰值50%所需時間、回灌頻率為5的回灌方案的回灌效率最高。以上結果為單井回灌的模擬結果，而回灌方案一般為群井回灌，因此，根據單井回灌的模擬結果確定單井影響范圍，然后布置回灌井間隔，回灌頻次、回灌間隔。最后進行回灌方案的數值模擬，優化回灌方案。步驟六，根據數值模擬結果，進行現場回灌試驗。同時根據現場條件及工程需要布置若干口觀測井。本實施例的效果在現有設備基礎上，通過使用基于水位控制的疊加波式間歇回灌工法的回灌場地，回灌效果明顯優于未使用該工法的現場回灌。
權利要求
1.一種基于水位控制的疊加波式間歇回灌工法，其特征在于具體步驟如下(1)、現場巖土工程勘察、水文地質勘察，查明回灌場地的工程地質水文地質條件，選取場地進行現場抽水試驗，確定需進行降壓含水層的水文地質參數以及坑內安全控制水位和坑外回灌目標；(2)、使用相關數值軟件進行含水層水文地質參數反演，使獲得的數據(包括減壓層的水平與豎直方向上的滲透系數、儲水系數)更接近現場條件；(3)、根據巖土工程勘察及水文地質勘察資料建立現場三維數值模型，需進行降壓的含水層水文地質參數取步驟(2)中參數反演的結果；進行單井回灌或群井回灌數值模擬，在基坑外靠近保護建筑的適當地方布置回灌井， 在基坑內減壓井工作情況下，進行相關工況模擬，包括①集中回灌與多波次回灌比較在總的回灌時間相同前提下，取單波次回灌條件下達到穩定峰值水位的最短時間，比較集中回灌與多波次回灌結束后的穩定水位；②回灌頻次以1、5、10，15個短波次回灌為一個工況，回灌時間分別為上一工況中總回灌時間的1/1，1/5，1/10，1/15，比較回灌結束后的穩定水位，并給出回灌頻次與回灌結束后的穩定水位關系，確定最優回灌頻次；③單次回灌間隔首先查明單波次回灌后水位消散變化規律，然后在多波次回灌條件下，以回灌結束后水位降為回灌期間峰值的80%、60%、50%、40%、30%時所需時間為單次回灌間隔時間進行模擬， 比較回灌結束后的穩定水位，確定最優單次回灌間隔時間；同時，由于現場地質條件的復雜性，需進行現場單井、群井回灌試驗，驗證數值模型的正確性，現場試驗工況與數值模擬中的工況一致；(4)、根據現場試驗、數值模擬結果設計回灌方案，同時進行數值模擬優化；(5)、進行現場回灌，同時根據需要布置若干觀測井。
2.根據權利要求I所述的基于水位控制的疊加波式間歇回灌工法，其特征在于所述的現場抽水試驗為常規抽水試驗。
3.根據權利要求I所述的基于水位控制的疊加波式間歇回灌工法，其特征在于所述的參數反演、數值模擬軟件為常用的地下水滲流模擬軟件。
4.根據權利要求I所述的基于水位控制的疊加波式間歇回灌工法，其特征在于所述的單井、群井現場回灌試驗為常規回灌試驗，但回灌工況需與數值模擬的一致。
5.根據權利要求I所述的基于水位控制的疊加波式間歇回灌工法，其特征在于所述的觀測井為短濾管觀測井，并設置在回灌目的層或需重點關注水位的地層。
全文摘要
本發明涉及一種基于水位控制的多波次疊加間歇式回灌工法，在保證達到回灌目標的前提下，最大程度提高回灌效率。具體步驟包括(1)通過現場抽水試驗確定降水回灌目的地層的相關水文地質學參數，包括滲透系數、儲水系數等；(2)使用數值模擬軟件進行相關地層的參數反演，確定該地層的參數；(3)進行單井、群井現場回灌試驗及數值模擬，驗證模型，同時確定最優回灌方式、回灌頻率、單次回灌間隔時間；(4)回灌方案的數值模擬，優化回灌方案；(5)現場回灌，同時根據需要布置若干觀測井。該方法原理明確，適應性強，可在原有回灌設備的條件下，通過改變回灌工法而提高回灌效率，同時，通過觀測井對回灌水位的監測來控制回灌，達到最大限度控制地表沉降與基坑安全的雙重目的，是一種經濟的工法。
文檔編號G06F19/00GK102587345SQ201210075230
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者司鵬飛, 吳治厚, 吳遠斌, 王建秀, 谷雪影 申請人:同濟大學