CN113431067B - 一种快速压入式管桩井及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速压入式管桩井及其应用，该装置包括快速压入式管桩井和高压水扰动机构两个部分。快速压入式管桩井为高强度预制构件，包括井管层、填料层、外加固层，使用液压式压桩机可将其压入土体中。高水压扰动机构可产生高压水流和震荡水流，用于冲开透水孔表面的网塞和封蜡以及清洗井管内表面的泥皮和孔底沉淀物，同时在水流的冲击作用下可改变淤泥质土的孔隙结构，增大淤泥质土的渗透性。本发明用于基坑降水工程领域管井降水工程，为突变渐变等复杂地层，可替代传统管井用于基坑降水工程中，改善了淤泥质土的渗透性，提高了管井成井效率及管井降水效率，可缩短降水工期，节省工程费用。

Description

一种快速压入式管桩井及其应用

技术领域

本发明涉及降水工程技术领域，具体涉及一种快速压入式管桩井及其应用。

背景技术

随着社会的进步和发展，人们逐渐开始注重城市地下空间的开发利用。在民用建筑、工业建筑、地铁交通等领域的重大工程中，由于上部结构荷载或地下建筑空间规划的要求，基坑的开挖深度越来越大，降水的要求也越来越高。

在地下水位较高的地区开挖深基坑，由于含水层被切断，在压差作用下，地下水必然会不断地渗流入基坑，如不进行基坑降排水工作，将会造成基坑浸水，使现场施工条件变差，地基承载力下降，在动水压力作用下还可能引起流砂、管涌和边坡失稳等现象，因此，为确保基坑施工安全，必须采取有效的降水和排水措施，亦称降水工程。

在这类工程中，需要调查地面以下一定深度的地下水埋藏条件，含水层和隔水层交错形成的复杂地层非常常见，进行工程降水的难度往往较大，遇到含水层为低渗透性的淤泥质土时，采用普通管井降水的效果更是大打折扣，往往面临着降水时间长，效率低，井管设计复杂，填料质量不易控制等难题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高管井成井质量、成井效率及降水效率的快速压入式管桩井及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

发明人知晓，如果能预制一种快速压入式管桩井，在降水施工时将其压入到地层中，并通过高压水流洗井，同时破坏淤泥质土的孔隙结构，便可提高管井成井质量、成井效率及降水效率，具体方案如下：

一种快速压入式管桩井，该管桩井包括由内而外布置的井管层、填料层和外加固层，以及交错设置的隔水层段和用于引流排水的含水层段，所述的隔水层段与土壤中的隔水层对应，所述的含水层段与土壤中的含水层对应。

进一步地，所述的井管层包括相互固接，起支撑导流作用的井壁管和滤水管；所述的井壁管位于隔水层段，所述的滤水管位于含水层段。

进一步地，所述的滤水管上设有用于引流排水的透水孔，该透水孔表面加网塞并用蜡封，防止成井过程中透水孔被破坏。

进一步地，所述的填料层包括用于隔水和加固井管的粘土填料和多孔结构的贴砾过滤器；所述的粘土填料位于隔水层段，并包裹于井壁管外侧壁，所述的贴砾过滤器位于含水层段，并包裹于滤水管外侧壁。

贴砾过滤器的密度和孔隙特征根据地层土体的颗粒级配确定。

进一步地，所述的贴砾过滤器为两瓣对扣式构造，一瓣上设有凸榫，另一瓣上设有与凸榫匹配的凹卯。扣合后可紧贴于滤水管外侧壁。

进一步地，所述的贴砾过滤器与滤水管之间涂抹有用于加强固定的粘结剂；所述的粘土填料与井壁管之间涂抹有用于加强固定的粘结剂。

进一步地，所述的外加固层包括套筒和锥形导向头，所述的套筒位于填料层外侧，在静压法施工时承受挤土作用产生的压力，起到保护井管层和填料层的作用，所述的锥形导向头位于管桩井的底部，在竖直方向上与套筒扣合连接。

套筒和锥形导向头受到竖直方向拉力时可相互脱离，在静压法施工时起到保护井管头部和破土导向的作用。

进一步地，所述的套筒与填料层之间涂抹有润滑剂。

进一步地，该管桩井使用时，与产生高压水流和震荡水流的高水压扰动系统相连；所述的高水压扰动系统包括空压机、高压水泵、水箱、压力表、排气管、冲孔器和喷水孔；

所述的空压机与排气管相连，所述的压力表位于空压机上；

所述的高压水泵与冲孔器通过水管相连，所述的水箱与高压水泵相连，所述的喷水孔位于冲孔器上。

空压机可产生风压，并通过排气管排到井内水位以下的指定位置，在井内产生正循环或逆循环的震荡水流，可清洗井管内表面的泥皮和孔底沉淀物，改变淤泥质土的孔隙结构，增大土体的渗透性；高压水泵可以给液体加压，用于将水箱中的液体加压排出至冲孔器内，冲孔器通过排水管与高压水泵连接，可以将水流再次加压后通过喷水孔排出，形成高压水流，可冲击井管，破坏泥皮及淤泥质土的孔隙结构，增大土体的渗透性；压力表位于空压机和高压水泵上，用于测定气压和水压。

一种如上所述快速压入式管桩井的应用，该管桩井应用于改善周边土层渗透性。

所谓的快速压入式管桩井和高压水疏干淤泥质土的方法，具体制作及使用过程应包括以下步骤：

(1)制作适用于各个含水层的高强度贴砾过滤器。首先查明地层中地下水埋藏条件，统计各含水层和隔水层的厚度及各层土体颗粒级配；根据各含水层土体的颗粒级配确定贴砾过滤器的颗粒粒径及孔隙分布；使用计算机建模软件建立多个适用于不同含水层的贴砾层三维立体模型；选择合适的3D打印方法、打印材料、打印设备，计算机控制完成贴砾过滤器模型制作。

(2)根据地下水埋藏条件焊接井管，使井壁管与隔水层对应，滤水管与含水层对应，给滤水管上的透水孔加网塞并用蜡封。

(3)将贴砾过滤器和粘土填料分别固定于井管的外侧壁。贴砾过滤器通过扣合形式固定于滤水管外围，与滤水管接触的内侧表面可涂抹少量粘结剂加强固定，粘土填料可通过涂抹粘结剂的方式与井壁管外侧壁紧密粘结。

(4)将钢制套筒外套于填料层外表面，底部与锥形导向头在竖直方向上扣合连接，受到竖直方向拉力时可相互脱离，钢制套筒与填料层之前可涂抹凡士林作为润滑剂。管桩井预制完成。

(5)将管桩井通过静压法置于地层中预定位置。施工工序包括测放井位—起吊入位—校正垂直度—静压沉井—持荷稳定—上拔套筒。

(6)将高压水泵与冲孔器连接，将空压机与排气管连接，将排气管和冲孔器放置于井内与滤水管对应的位置，排气管置于冲孔器的上方或下方时，可形成正循环或逆循环的震荡水流。

(7)打开高压水泵和空压机，开始冲孔洗井，在高压水流和震荡水流的作用下透水孔上的网塞和封蜡被冲开，同时可改变淤泥质土的孔隙结构，增大淤泥质土的渗透性。

(8)反复升降排气管和冲孔器的高度，完成井管所有管段内表面的冲洗工作，同时达到疏通透水孔和改善周边土层渗透性的目的。

与现有技术相比，本发明用于基坑降水工程，尤其是含水层、隔水层交替分布的复杂地层。通过预制一种包含井管层、填料层、外加固层三部分的可快速压入式管桩井，替代了传统管井发挥降水功效，提高了管井成井效率和成井质量，同时在高水压扰动系统产生的高压水流和震荡水流的冲击作用下可破坏淤泥质土的孔隙结构，改善了淤泥质土的渗透性，提高了管井降水效率，可缩短降水工期，节省工程费用。

附图说明

图1为实施例中快速压入式管桩井的结构示意图；

图2为实施例中管桩井使用时的示意图；

图中标号所示：井壁管11、滤水管12、透水孔13、粘土填料21、贴砾过滤器22、套筒31、锥形导向头32、空压机41、高压水泵42、水箱43、压力表44、排气管45、冲孔器46和喷水孔47。

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。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种快速压入式管桩井，如图1-2，该管桩井包括由内而外布置的井管层、填料层和外加固层，以及交错设置的隔水层段和用于引流排水的含水层段，隔水层段与土壤中的隔水层对应，含水层段与土壤中的含水层对应。

井管层包括相互固接，起支撑导流作用的井壁管11和滤水管12；井壁管11位于隔水层段，滤水管12位于含水层段。滤水管12上设有用于引流排水的透水孔13，该透水孔13表面加网塞并用蜡封，防止成井过程中透水孔13被破坏。

填料层包括用于隔水和加固井管的粘土填料21和多孔结构的贴砾过滤器22；粘土填料21位于隔水层段，并包裹于井壁管11外侧壁，贴砾过滤器22位于含水层段，并包裹于滤水管12外侧壁。贴砾过滤器22的密度和孔隙特征根据地层土体的颗粒级配确定。贴砾过滤器22为两瓣对扣式构造，一瓣上设有凸榫，另一瓣上设有与凸榫匹配的凹卯。扣合后可紧贴于滤水管12外侧壁。贴砾过滤器22与滤水管12之间涂抹有用于加强固定的粘结剂；粘土填料21与井壁管11之间涂抹有用于加强固定的粘结剂。

外加固层包括套筒31和锥形导向头32，套筒31位于填料层外侧，在静压法施工时承受挤土作用产生的压力，起到保护井管层和填料层的作用，锥形导向头32位于管桩井的底部，在竖直方向上与套筒31扣合连接。套筒31和锥形导向头32受到竖直方向拉力时可相互脱离，在静压法施工时起到保护井管头部和破土导向的作用。套筒31与填料层之间涂抹有润滑剂。

该管桩井使用时，与产生高压水流和震荡水流的高水压扰动系统相连；高水压扰动系统包括空压机41、高压水泵42、水箱43、压力表44、排气管45、冲孔器46和喷水孔47；

空压机41与排气管45相连，压力表44位于空压机41上；高压水泵42与冲孔器46通过水管相连，水箱43与高压水泵42相连，喷水孔47位于冲孔器46上。空压机41可产生风压，并通过排气管45排到井内水位以下的指定位置，在井内产生正循环或逆循环的震荡水流，可清洗井管内表面的泥皮和孔底沉淀物，改变淤泥质土的孔隙结构，增大土体的渗透性；高压水泵42可以给液体加压，用于将水箱43中的液体加压排出至冲孔器内，冲孔器46通过排水管与高压水泵42连接，可以将水流再次加压后通过喷水孔47排出，形成高压水流，可冲击井管，破坏泥皮及淤泥质土的孔隙结构，增大土体的渗透性；压力表44位于空压机41和高压水泵42上，用于测定气压和水压。

安装和使用方法如下，

首先查明地层中地下水埋藏条件，统计各含水层和隔水层的厚度及各层土体的颗粒级配，根据各含水层土体的颗粒级配确定贴砾过滤器22的颗粒粒径及孔隙分布；使用计算机建模软件建立多个适用于不同含水层的贴砾层三维立体模型，选择合适的3D打印方法、打印材料、打印设备，计算机控制完成贴砾过滤器22模型制作；

然后根据地下水埋藏条件焊接井管，使井壁管11与隔水层对应，滤水管12与含水层对应，给滤水管12上的透水孔13加网塞并用蜡封；接着将贴砾过滤器22通过扣合的形式固定于滤水管12外围，与滤水管12接触的内侧表面可涂抹少量粘结剂加强固定，将粘土填料通过涂抹粘结剂的方式与井壁管11外侧壁紧密粘结；而后将钢制套筒31外套于填料层外表面，底部与锥形导向头32在竖直方向上扣合连接，受到竖直方向拉力时可相互脱离，钢制套筒31与填料层之间可涂抹凡士林作为润滑剂，至此管桩井预制完成。

将管桩井通过静压法置于地层中预定位置，施工工序包括测放井位—起吊入位—校正垂直度—静压沉井—持荷稳定—上拔套筒；

将高压水泵42与冲孔器46连接，将空压机41与排气管45连接，将排气管45和冲孔器46放置于井内与滤水管12对应的位置，排气管45置于冲孔器46的上方或下方时，可分别形成正循环或逆循环的震荡水流；

打开高压水泵42和空压机41，开始冲孔洗井，在高压水流和震荡水流的作用下透水孔13上的网塞和封蜡被冲开，同时可改变淤泥质土的孔隙结构，增大淤泥质土的渗透性；反复升降排气管45和冲孔器46的高度，完成井管所有管段内表面的冲洗工作，同时可达到疏通透水孔和改善周边土层渗透性的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种快速压入式管桩井的应用，其特征在于，该管桩井应用于改善周边土层渗透性，该管桩井包括由内而外布置的井管层、填料层和外加固层，以及交错设置的隔水层段和用于引流排水的含水层段，所述的隔水层段与土壤中的隔水层对应，所述的含水层段与土壤中的含水层对应；

所述的井管层包括相互固接，起支撑导流作用的井壁管（11）和滤水管（12）；所述的井壁管（11）位于隔水层段，所述的滤水管（12）位于含水层段；所述的滤水管（12）上设有用于引流排水的透水孔（13），该透水孔（13）表面加网塞并用蜡封；

所述的填料层包括用于隔水和加固井管的粘土填料（21）和多孔结构的贴砾过滤器（22）；所述的粘土填料（21）位于隔水层段，并包裹于井壁管（11）外侧壁，所述的贴砾过滤器（22）位于含水层段，并包裹于滤水管（12）外侧壁；

所述的外加固层包括套筒（31）和锥形导向头（32），所述的套筒（31）位于填料层外侧，所述的锥形导向头（32）位于管桩井的底部，在竖直方向上与套筒（31）扣合连接；

该管桩井使用时，与产生高压水流和震荡水流的高水压扰动系统相连；所述的高水压扰动系统包括空压机（41）、高压水泵（42）、水箱（43）、压力表（44）排气管（45）、冲孔器（46）和喷水孔（47）；所述的空压机（41）与排气管（45）相连，所述的压力表（44）位于空压机（41）上；所述的高压水泵（42）与冲孔器（46）通过水管相连，所述的水箱（43）与高压水泵（42）相连，所述的喷水孔（47）位于冲孔器（46）上；

空压机（41）产生风压，并通过排气管（45）排到井内水位以下的指定位置，在井内产生正循环或逆循环的震荡水流，清洗井管内表面的泥皮和孔底沉淀物，改变淤泥质土的孔隙结构，增大土体的渗透性；高压水泵（42）给液体加压，用于将水箱（43）中的液体加压排出至冲孔器内，冲孔器（46）通过排水管与高压水泵（42）连接，将水流再次加压后通过喷水孔（47）排出，形成高压水流，冲击井管，破坏泥皮及淤泥质土的孔隙结构，增大土体的渗透性，提高管井降水效率，缩短降水工期，节省工程费用；

具体应用方法如下：

（1）制作适用于各个含水层的高强度贴砾过滤器，首先查明地层中地下水埋藏条件，统计各含水层和隔水层的厚度及各层土体颗粒级配；根据各含水层土体的颗粒级配确定贴砾过滤器的颗粒粒径及孔隙分布；使用计算机建模软件建立多个适用于不同含水层的贴砾层三维立体模型；选择合适的3D打印方法、打印材料、打印设备，计算机控制完成贴砾过滤器模型制作；

（2）根据地下水埋藏条件焊接井管，使井壁管与隔水层对应，滤水管与含水层对应，给滤水管上的透水孔加网塞并用蜡封；

（3）将贴砾过滤器和粘土填料分别固定于井管的外侧壁，贴砾过滤器通过扣合形式固定于滤水管外围，与滤水管接触的内侧表面涂抹少量粘结剂加强固定，粘土填料通过涂抹粘结剂的方式与井壁管外侧壁紧密粘结；

（4）将钢制套筒外套于填料层外表面，底部与锥形导向头在竖直方向上扣合连接，受到竖直方向拉力时相互脱离，钢制套筒与填料层之前涂抹凡士林作为润滑剂；管桩井预制完成；

（5）将管桩井通过静压法置于地层中预定位置，施工工序包括测放井位—起吊入位—校正垂直度—静压沉井—持荷稳定—上拔套筒；

（6）将高压水泵与冲孔器连接，将空压机与排气管连接，将排气管和冲孔器放置于井内与滤水管对应的位置，排气管置于冲孔器的上方或下方时，形成正循环或逆循环的震荡水流；

（7）打开高压水泵和空压机，开始冲孔洗井，在高压水流和震荡水流的作用下透水孔上的网塞和封蜡被冲开，同时改变淤泥质土的孔隙结构，增大淤泥质土的渗透性；

（8）反复升降排气管和冲孔器的高度，完成井管所有管段内表面的冲洗工作，同时达到疏通透水孔和改善周边土层渗透性的目的。

2.根据权利要求1所述的一种快速压入式管桩井的应用，其特征在于，所述的贴砾过滤器（22）为两瓣对扣式构造，一瓣上设有凸榫，另一瓣上设有与凸榫匹配的凹卯。

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