一种排水及回灌施工方法及结构

专利主权项内容

1.一种排水及回灌施工方法，倒虹吸管的结构：进水井内有溢流堰，溢流堰的出口与溢流管道连接，进水井与主管道连接，溢流管道及主管道的另一端与出水井连接，进水井与出水井之间有河道，溢流管道及主管道依河道形状成弯曲形状；降水沉淀池结构：垫层的上方连接混凝土基座，混凝土基座连接第一挡水板、第二挡水板、降水沉淀池外墙及降水沉淀池内墙，降水沉淀池内墙及降水沉淀池外墙之间有第一挡水隔板和第二挡水隔板，降水沉淀池内墙及降水沉淀池外墙为砖墙，河道的两侧有左步道及挡墙、右步道及挡墙，右步道及挡墙外侧分布若干回灌井及回灌池和监测井；降水沉淀池的中间在10m、20m处分别加2m的第一挡水隔板、加2.5m的第二挡水隔板；其特征在于含有以下步骤；利用抽水试验资料，核定含水层渗透系数；对比不同井结构和不同井类型，确定合理单井回灌量，确定回灌井结构和施工工艺；采用大井法、数值法，对不同回灌井数量、间距及布局进行试算分析，确定合理的回灌井类型、数量、间距及布局；含有排水流程步骤为：降水区排水、沉淀池进行沉淀、经由输水管道及流入回灌池(倒虹吸)；还含有以下步骤；排水及回灌同时进行；在降水区东侧修建降水沉淀池，池规格为：30m(长)×15m(宽)×3m(深)；中间在10m、20m处分别加2m和2.5m挡水隔板；排水管道采用带筋水泥管1600×160×3000-Ⅱ；回灌池规格为上口350m×19m，下口为350m×14m，深度5m；底部为钢筋混凝土构造，四周采用锚喷土钉构造；施工85眼井，其中84眼井为钢管管井，1眼为大口井；钢管管井分两排，每排42眼井，每眼井间距南北向10m、东西向8m；大口井位于回灌池东部，距离东边坡坡底4.5m；钢管管井井深为40m，井径为管径为/>滤水管位置为5-35m，单井回灌量为1920m/d；大口井井深15m(自回灌池池底计算)，井径/>井管采用预制水泥管，孔隙率为18％；3回灌水质含砂量小于1/10万；回灌期间，对回灌井进行定期洗井，个别回灌井的回灌能力骤减时增加洗井次数，以保证回灌井的回灌能力；利用老河道在上游修建拦水坝，做为应急调蓄；降水区排水管道南侧预留放水阀门节门，应急时打开阀门通过应急排水管道排至河道；还含有以下步骤；步骤1、排水工程施工步骤；步骤2、单井回灌步骤；步骤3、总体回灌步骤；排水工程施工步骤含有以下步骤；步骤1-1、挖沟槽、市政管沟及砌筑井施工步骤；步骤1-2、沉淀池施工步骤；步骤1-3、回灌池施工步骤；步骤1-4、穿越河道倒虹吸施工步骤；步骤1-1、挖沟槽、市政管沟及砌筑井施工步骤，包括以下步骤；沟槽开挖、基底处理、现场基底抄平、基底定位、混凝土垫层施工步骤、底板钢筋、模板及混凝土浇筑、检查井井筒砌筑、土方回填步骤；步骤1-1.1、沟槽开挖步骤：沟槽开挖方法：采用人工配合挖掘机开挖；机械开挖应严格控制标高，为防止超挖或扰动槽底面，槽底留0.2～0.3m厚的土层暂时不挖，待做管基混凝土时，采用人工清理挖至标高，并同时修整槽底；沟槽开挖放坡坡度：根据具体开挖段的土质情况，合理选用放坡系数1 : 2.5；沟槽开挖分层：开挖深度小于5m，不分层开挖；开挖深度>5m时，采用分层开挖；分层深度为5m，深度10米以内分二层；步骤1-1.2、基底处理步骤；沟槽基底标高以上20cm的土层，采用人工开挖、清理、平整，以免扰动基底土，严禁超挖；步骤1-1.3、现场基底抄平步骤；先行基底定位, 沟槽开挖时，弃土堆在槽边，弃土尽量堆在槽的一侧；若现场无堆土位置，开挖土需外运时，提前需联系场外土壤消纳场；步骤1-1.4、混凝土垫层施工步骤；采用C15混凝土垫层150mm厚，宽出井砌体外100mm，支好模板振捣密实；步骤1-1.5、底板钢筋、模板及混凝土浇筑步骤；砌筑：采用MU10砖，M7.5水泥砂浆砌筑，井筒收口段要分层每层收口小于20-40mm至到收成直径700mm的口，选择砌筑方法：宜采用“三一”砌筑法，即一铲灰、一块砖、一揉压的砌筑方法砌筑中要注意上下层对孔错缝；当采用铺浆法砌筑时，铺浆长度不得超过750mm，砖墙的水平灰缝厚度和垂直灰缝宽度宜为10mm，但不应小于8mm，也不应大于12mm；砖墙的水平灰缝砂浆饱满度不得小于80％；，垂直灰缝宜采用挤浆或加浆方法，不得出现透明缝、瞎缝和假缝；内侧抹面采用1 : 2体积比防水水泥砂浆抹面20mm厚；步骤1-1.6、检查井井筒砌筑步骤；倒虹吸井及检查井施工砌体井筒；检查井为圆形内径直径2.5m，浆道内侧壁安装不锈钢爬梯Φ20钢；步骤1-1.7井圈、井盖安装；步骤1-1.8、土方回填步骤：步骤1-1.8.1、沟槽的回填，应先填实管底，再同时投填管道两侧，然后回填至管顶以上0.5m处；沟内有积水，必须全部排尽后，再行回填；步骤1-1.8.2、管道两侧及管顶以上0.5m内的回填土，不得含有碎石、砖块、垃圾杂物；不用冻土回填；距离管顶0.5m以上的回填土内允许有少量直径不大于0.1m的石块；步骤1-1.8.3、回填土应分层夯实，每层厚度0.2～0.3m，管道两侧及管顶以上0.5m内的填土必须人工夯实，当填土超出管顶0.5m时，使用小型机械夯实，每层松土厚度为0.25～0.4m；步骤1-1.8.4、回填土分层检查密实度，步骤1-2、沉淀池施工步骤：步骤1-2.1、拟在降水区东侧修建降水沉淀池，池规格为：30m(长)×15m(宽)×3m(深)，垫层13的上方连接混凝土基座8，混凝土基座8连接第一挡水板9、第二挡水板10、降水沉淀池外墙11及降水沉淀池内墙7，降水沉淀池内墙7及降水沉淀池外墙11之间有第一挡水隔板9和第二挡水隔板10，降水沉淀池内墙7及降水沉淀池外墙11为砖墙12，降水沉淀池的中间在10m、20m处分别加2m的第一挡水隔板9和2.5m的第二挡水隔板10，以利于水的净化；区内所有降水通过沉淀池后利用输水管道输入至回灌区；步骤1-2.2、沉淀池出口处，预留节门，用于测量出水的含砂量；步骤1-2.3、降水区出水要求水清砂净；步骤1-2.4、池底为现浇钢筋混凝土，强度等级不低于C30抗渗等级P8，池底厚度为500mm，底板钢筋直径10mm-直径22mm，三级钢100kg/m3，拉筋按梅花形布置；池壁厚度为450mm，池壁为砌筑墙体厚度为370mm，内外抹防水砂浆40mm厚；池底及四周做聚氨酯防水涂料2遍，厚度4mm以上；挡水板厚度为450mm，挡水板为砌筑墙体厚度为370mm，内外抹防水砂浆40mm厚，抹灰完后涂刷聚氨酯防水涂料2遍，厚度4mm以上；步骤1-2.5、底板混凝土施工：步骤1-2.5.1、弹线；在垫层混凝土强度达到1.2MPa后，先核对水池中心位置，弹出十字线，校对排水管、进水管位置后，分别弹出基础外圈线；池壁线，控制池壁导墙位置；步骤1-2.5.2、钢筋绑扎；按加筋区域弹线布筋，再布弧线筋绑扎成整体；分别垫起保护层δ＝4mm，布好铁马凳；先布弧线筋，再布放射筋，绑扎成整体；步骤1-2.5.3、模板安装；模板应用木模，以保证水工构筑物拼装接头的严密；特别要注意吊模的支设，除上、下位置靠铁马凳外；步骤1-2.5.4、浇筑混凝土：分为基础筏板与上翻300mm高处导墙第一批，为了不留施工缝，宜采用连续作业，接搓时间控制在2h以内，浇筑混凝土由中心向四周扩张，导墙上口四周再用止水钢板措施进行焊接，一次完成，不留施工缝；步骤1-2.6、池壁要点：步骤1-2.6.1、池壁厚度为450mm，池壁为砌筑墙体厚度为370mm，内外抹防水砂浆40mm厚；池底及四周做聚氨酯防水涂料2遍，厚度4mm以上；步骤1-2.6.2、选择砌筑方法：宜采用“三一”砌筑法，即一铲灰、一块砖、一揉压的砌筑方法砌筑中要注意上下层对孔错缝；当采用铺浆法砌筑时，铺浆长度不得超过750mm，砖墙的水平灰缝厚度和垂直灰缝宽度宜为10mm，但不应小于8mm，也不应大于12mm；砖墙的水平灰缝砂浆饱满度不得小于80％；，垂直灰缝宜采用挤浆或加浆方法，不得出现透明缝、瞎缝和假缝；内侧抹面采用1 : 2体积比防水水泥砂浆抹面20mm厚；步骤1-2.6.3、固定模板用的铁丝和螺栓不宜直接穿过池壁；当螺栓或套管必须穿过池壁时，应采取止水措施；步骤1-3、回灌池施工步骤包括：待回灌井施工完后平整场地步骤、定位放线步骤、挖沟槽步骤、浇筑垫层混凝土步骤、放池壁挡墙及布置施工线步骤、土钉墙施工步骤、侧墙锚喷施工步骤、制作安装模板步骤及进行加固—沉降缝布置施工步骤；回灌池施工步骤具体如下：步骤1-3.1)、回灌池规格为上口350m×19m，下口为350m×14m，深度5m；四周采用锚喷土钉构造，底部为钢筋混凝土构造；步骤1-3.2)、回灌池顶部需要搭设防护网，防止异物进入回灌池；周围加装防护栏，防止行人坠入；步骤1-3.3)、回灌池完工后，将回灌井井管割至距离底板1m处，以保证池内水不受其他原因造成的水井堵塞；步骤1-3.4、矩形池壁拆模后，应将外露的止水螺栓头割去；步骤1-3.5、土钉墙施工步骤：沿回灌池边坡钻孔，斜向下15度，孔深6m，孔径20mm，孔间距为1m*1m；打孔完成后，往孔内放置锚杆，然后注水泥浆，钉孔注浆应采用孔底注浆法，确保注浆饱满，注浆压力宜为0.2MPa；土钉锚杆全长6.2m，在离端头20cm处完成90度；注浆完成后，沿边坡挂直径为6.5mm，150mm*150mm的钢筋网片；钢筋网片上面设置直径为14mm的水平加强筋用来固定钢筋网片，水平加强筋间距为1m，与土钉锚杆外露20cm弯锚段进行焊接，同时与钢筋网片进行焊接；钢筋网片水平搭接为一个网格，上下搭接长度为二个网格；钢筋网片施工完后，开始对边坡喷射混凝土，喷射时，沿坡脚向上喷射；步骤1-3.6、矩形水池的施工步骤，主要应防止变形裂缝的产生；施工时采取以下措施：步骤1-3.6.1)应采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比≤0.55；步骤1-3.6.2)设置“沉降缝”；沉降缝缝宽度取30mm，两侧混凝土断面做成企口，后浇缝钢筋断开，封内塞聚苯乙烯泡沫板及橡胶止水带；步骤1-3.6.3)混凝土养护；应保持湿润环境，防止混凝土表面因水分散失而产生的干缩裂缝和减少混凝土的收缩量；步骤1-3.6.4)回灌池顶部封闭，防止异物及雨水进入回灌池；周围加装1.8m铁艺防护栏，防止行人坠入；步骤1-4、穿越河道倒虹吸施工步骤；管道连接：采用双面埋弧焊及焊接接口, 向管内充水其充水高度高出上游检查井2m, 试验管段注满水后的浸泡时间不小于24h，试验时间不少于30min；排水管道需穿越河流架设贝雷梁；贝雷梁长21米；步骤1-4.1敷设管道步骤；1、管道的进场堆放及运输：1)当管道直接放在地上时，要求地面平整；2)不同管径的管道堆放时，应把大而重的放下边，轻的放上边，管道两侧用木楔或木板挡住；堆放时注意底层管道的承重能力，变形不得大于5％；3)短距离搬运；步骤1-4.2、管道基础：1)基坑开挖后，进行基底垫层的施工；管道基础采用垫层基础，采用C25素混凝土浇筑；2)基础夯实紧密，表面平整；管道基础的接口部位应予留凹槽以便接口操作；接口完成后，随即用相同材料填筑密实；步骤1-4.3、管道安装：1)根据管径大小、沟槽和施工机具装备情况，确定人工或机械将管道放入沟槽；下管时要采用可靠的软带吊具，平稳下沟，不得在沟壁与沟底激烈碰撞，以防管道损坏；2)下管前，凡规定需进行管道变形检测的断面管材，预先量出该断面管道的实际直径并做出记号；3)管材将插口顺水流方向、承口逆水流方向安装、安装由下游往上游进行；4)管材接口前，先做好底口砂浆是否铺水泥砂浆完好，确认铺水泥砂浆安放位置及插口的插入深度；接口时，先将承口内壁清理干净；5)接口方法按下述程序进行：De1800mm以下管道，先由汽车吊人工配合用吊带吊住被安装管道的插口，另一人用长撬棒斜插入基础，并抵住该管端部中心位置的横挡板，然后用力将该管缓缓插入原管的承口至预定位置；6)为防接口合拢时已排设管道轴线位置移动，采用稳管措施；在编织袋内灌满黄砂，封口后压在已排设管道的顶部；管道接口后，复核管道的高程和轴线位置使其符合要求；步骤1-4.4、倒虹吸钢管安装 : 下入钢管入沟槽前由专人对管道口进行刨口成V型，再由汽车吊吊装运至要安装的位置并铺垫好木枕，将管道调整好位置并两侧用沙袋固定牢固，再用人员将两管对接处挖下操作坑约1.5m*1.5m，再有专业焊工进行双面埋弧焊及焊接接口；步骤1-4.5、管道与检查井衔接 : 步骤1-4.5.1、管道与检查井的衔接，采用柔性接口，或者采用承插管件连接；步骤1-4.5.2、当管道与检查井采用砖砌或混凝土直接浇筑时，采用中介层的作法；在管道与检查井相接部位预先用与管材相同的塑料粘接剂、粗砂做成中介层，然后用水泥砂浆砌入检查井的井壁内；中介层的做法：先用毛刷或棉纱将管壁的外表清理干净，然后均匀的涂一层塑料粘接剂，紧接着在上面撒一层干燥的粗砂，固化10-20分钟，即成表面粗糙的中介层；中介层的长度与检查井厚度相同；步骤1-4.5.3、管道位于软土地基或低洼、地下水位高的地段时，与检查井采用短管连接；即在直接与检查井连接的管段长度采用0.5m，后面再连以不大于2.0m的短管，以下再与整根管连接；步骤1-4.5.4、检查井底版基础，与管道基础垫层平缓顺接；步骤1-4.6、土石方围堰施工，为确保车站段施工，在回灌井未施工完成前，暂时将河流采用土石方围堰施工方式截断，将排水暂时抽排到河道，由河道蒸发及自然下渗；围堰采用人工装填沙袋码放；围堰上口6m，下口7m，高3m，长17m；步骤1-4.7、排水工程施工步骤；工程结构施工内容为，新建排水管道、穿越河道倒虹吸施工、沉淀池、回灌池、应急措施的施工；挖沟槽、市政管沟及砌筑井施工方案 : 在施工前，对管线按20m距离打一样洞，确认其埋深和走向，在管线转角处，须找到转角位置，随时监角度变化后的管线；在施工路段有现状管线，则根据管线性质，各管道材料情况，分别采取行之有效的保护措施，确保管线安全无事故；单井回灌步骤还含有以下步骤；步骤2.1回灌方式确定 : 水井进行回灌，或者开挖大口井来增加回灌量；步骤2.2单井回灌量确定 : 对于含水层为33m厚的砂卵砾石层，静水位24.33m，井管为水泥管，水泥管半径200mm；当回灌量达到100m/h条件下，水位上升14.91m；地下水位能接近于稳定状态；3对于含水层为35～45m的卵砾石，当回灌水量调节至35.96m/h时，获得了稳定流态，回灌压力稳定在17.75m高水柱，在总共进行的3小时回灌中，累计回灌了130.35m，相距5m和10m的两个注水观测孔在稳定回灌时分别获得了0.25m和0.09m的上升值；33回灌孔的水位变化明显，当水柱高度达到17.75m时，日回灌量为863m/d，两个观测孔的水位变化很小仅上升了0.25m和0.09m，说明回灌目的层的回灌条件非常好；3步骤2.3、理论计算 : 按照孔径为426mm的钢管和529mm的钢管分别计算单井回灌量；整个地层的平均渗透系数采用200m/d计算；稳定潜水井流Dupuit公式(1)，公式中Q—水井流量(m/d)；3H—含水层厚度(m)，考虑回灌水位上升15m，含水层厚度为31m；Sw—降深(m)，15m；R—影响半径(m)，根据公式计算；rw—井半径(m)分别取0.2645m，0.213m；K—渗透系数(m/d)，取200m/d；计算得：在孔径为529钢管，即rw＝0.2645m时，单井回灌量为48750m/d；3步骤2.4、单井回灌量的确定 : 采用80-100m/h，能满足水井入渗，而不引起水位高于水井口；采用较低回灌量80m/d，即1920m/d；采用钢管进行回灌；333步骤2.5回灌井的技术要求 : (1)井结构：1)钢管管井井深：40m；井径：800mm；管径：529mm；滤水管位置：5-35m；2)大口井井深：15m(自回灌池底计算)；井壁管为水泥管，管径：2m；(2)施工设备：采用GF-300型气举反循环钻机；(3)施工方法：布设井位，误差小于0.5m，清水反循环钻进，井孔应圆正、垂直，其顶角的倾斜不得超过1°；校正孔深误差小于千分之二；井管及滤水管管径为529mm，厚度为9mm；滤水管为桥式滤水管，孔隙率18-20％，下管时用水准仪或经纬仪找直，保证下入井管的垂直，按设计深度下入滤水管，每5m安装一组扶正器；全孔均匀填入砾料，砾料为6-8mm的硬质圆砾，洗井时采用大风量空压机清洗孔内沉淀，同时向管壁输入清水，清洗砾料间的空隙，待返水变清后停止洗井；井中沉砂高度小于千分之五，下入80m/h的潜水泵，做抽水试验，观测地下水位，水位降深要求小于5m，利用其它回灌井抽水试验抽出的水对本井进行注水试验，注水量为80m/h时，井中水位上升小于10m，注水试验结束后，暂封井口，待正式回灌时再打开，采用人工开挖大口井，沉管法下入水泥砂管，水泥砂管孔隙率要求18％，水井施工完毕后，泥浆清运出施工场区；33总体回灌步骤还含有以下步骤；步骤3.1回灌井布置 : 步骤3.1.1、回灌区的选定 : 选定河下游段，距地铁降水区约750m的河道南岸做为回灌区，其东西长350m，南北长14m；回灌区北侧距河道6m；对16万m/d方水进行回灌，布设井数为85眼，包括84眼2m的大口井；3步骤3.1.2、回灌井的布置 : 回灌井按照每排42眼井，东西向每眼井间距8m，共计两排；两排井南北向间距10m；共计84眼；第一排井编号由左至右为灌1-灌42，第二排井编号为灌43-灌84；回灌池建成后，在池东侧距池东岸6m处开挖一口大口井，井直径为2m，井深为15m，编号为灌85；一是提高回灌能力，二是起到应急回灌或洗井时排水；共布置12监测井；回灌区内布置5眼，分别在回灌池西侧10m，布置1眼观测井，回灌池南侧10m，呈东西向布置4眼观测井，观测井间距70m；降水区与回灌区之间在河道两侧布置5眼观测井，井间距约100m；回灌区东侧布置2眼观测井，井间距距池东侧分别为50、100m；观测井井深40m，下入孔径为100mm的PVC管；步骤3.1.3、回灌措施 : 步骤3.1.3.1)利用输水管线，输入回灌池，经由池底的输水管道分别向水井内注水回灌；步骤3.1.3.2)回灌区内修建回灌池，规格为上口350m×19m，下口为350m×14m，深度5m；步骤3.1.3.3)排水管道至回灌池后，沿池底铺设，池底铺设长度340m；然后通过支管道排入每眼回灌井；步骤3.2回灌井布置合理性分析 : 解析法方案分析 : 根据调查数据，采用大井计算法，将已知数据代入Dupuit公式，求取注水回灌后终止水头hw；潜水注水井Dupuit公式(1)，公式中Q——注水井流量(m/d)，回灌量16×10m/d；343K——渗透系数(m/d)，回灌区地层岩性以单层砂卵砾石为主，渗透系数一般为75-300m/d；第四系含水层的渗透系数为200m/d；H——初始水头(m)；初始水头为含水层厚度M(m)减去初始水位埋深H；回灌区第四系厚度约30m，场区潜水含水层地下水位埋深19.45-25.5m；选择19.45m、25.5m分别进行计算；含水层厚度为30m；0初hw——终止水头(m)；含水层厚度M(m)减去终止水位埋深h；终R——影响半径(m)，根据公式(2)计算；r——概化井(井群)半径(m)；根据井位布置，井群概化半径为160m；w计算得h值，h＝M-h；w终w根据计算，初始水位埋深19.45m时，渗透系数为为200m/d，回灌水能全部渗入；初始水位埋深为25.5m，渗透系数为200m/d，回灌水能入渗；回灌水量达到160000m/d，回灌区初始水位埋深>19.45m，渗透系数为200m/d时，能满足全部回灌。3