CN101858074A - 现场注水试验施工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种现场注水试验施工方法，包括以下步骤：1)将多孔的渗水管与一导头连接；2)将渗水管放入护管中，并由导头与渗水管连接的端面限位；将护管与套管连接；3)采用静压的方式下压套管，直至导头压入至拟进行试验土层试验段底部；4)向套管内注水；提升套管使渗水管暴露在护管外；5)静置，待渗水段扰动土体蠕变基本稳定后，开始注水试验；6)注水试验完毕后，取出套管、护管、渗水管和导头。本发明还涉及一种现场注水试验装置，包括多孔的渗水管，所述渗水管设置在护管内；所述渗水管的下部与导头固定连接；所述导头具有支承所述护管的支承面。本发明适应范围广、操作简单、作业质量高、隔水效果好，并且成本更低。

Description

现场注水试验施工方法及装置

技术领域

本发明涉及勘探技术领域，尤其涉及一种现场注水试验施工方法及与可实现该方法的装置。

背景技术

随着城市建设的迅猛发展，工程建设中涉及的深基坑工程越来越多，如轨道交通地下车站、高层建筑地下室、地下车库等。深基坑设计、施工过程中，发生基坑失稳事故往往与地下水有关，渗透系数是计算深基坑渗流稳定和基坑降水设计的重要参数。目前，渗透系数有采用室内渗透试验和现场渗透试验等方法进行测定。室内渗透试验由于受取土质量、试件体积、试验边界条件等因素的限制，所测得的渗透系数偏小，而现场渗透试验得出的渗透系数较为客观真实。

现场渗透试验方法有试坑注水试验和钻孔注水试验二大类。在岩土工程勘察中，目前普遍采用现场简易钻孔降水头注水试验方法，施工工艺多采用预钻孔后下套管并用隔水材料将试验段与非试验段隔开后进行试验，或在钻孔中将套管击入一定深度，使试验段与非试验段隔开，再用芯管将试验段水冲掏空，作为渗入段。因此，常采用的隔水方法如下：

(1)海带隔水法

该法注水管一般利用钢套管连接而成，钻孔完成后，先在注水段上部的套管外侧捆绑干海带后，下入孔内。依靠海带的遇水膨胀作用作为隔水材料。一般将干海带捆绑于紧靠试验段上部位置，海带长度约0.5～1.0m，捆扎2～3道铁丝或螺旋状捆扎。注水管安装就位一段时间后，干海带遇水膨胀，将试验段与上部土层隔开，开始进行注水试验。该法一般采用外径Φ73mm护套管。

用干海带作隔水材料时，干海带的用量、捆绑位置、松紧程度难以控制。干海带的用量太多，不能下放到位，太少，又不能起到很好的隔水效果；干海带捆绑太松，在套管下放时容易脱落，难以保证在预定位置隔水，太紧，海带胀开程度不够，影响隔水效果。

(2)粘土球隔水法

该法注水管一般采用PVC管，在PVC管与钻孔之间的空隙内注入粘土球，一般先在渗透段注入粗砂层作滤水层、再注入粘土球隔水。经过一段时间后，粘土球遇水膨胀，起到隔水作用。该法一般采用外径Φ53mm的PVC管。

用粘土球作为隔水材料，粘土球粒径和向孔内注入速度控制是关键。勘探孔和套管间环形间隙偏窄，若粘土球粒径偏大，存在粘结，粘土球注入速度快，很容易在上部堵塞，不能下沉至指定位置，影响隔水效果。另外，采用PVC管作为注水管，由于材料强度不够以及接头联接不严，易产生漏水现象，且PVC管一般无法重复利用，成本较高。

(3)套管隔水法

该方法是先将注水试验段上部土层进行预钻孔，在到达试验段上部1～2m处停钻，下套管至钻孔深度，然后将套管击入至试验段顶部，再在套管内采用外径Φ36mm的芯管和外径Φ52mm的钻头进行水冲钻进，将套管内废土清除并将试验段水冲成孔，试验段上部1～2m击入套管段因为连续击入，套管与土壁紧密结合，起到隔水作用。

但采用上述隔水方法存在以下问题：

a、击入套管时，套管易晃动，导致套管隔水不严，未起到很好的隔水作用，造成上部土层或套管外水下渗。

b、若清水清孔泵量、时间不足，会清孔不干净，孔壁受泥浆影响，不能真实反映土层的渗透性；洗孔过度，粉性土、砂土容易发生塌孔现象。

c、渗水段孔径经水冲而成，容易导致渗水段孔壁不规则，且渗水半径难以控制，水冲压力过大，孔径容易变大，过小，达不到要求孔径。

(4)气囊隔水法

该法注水管一般利用钢套管连接而成，钻孔完成后，先在注水段上部设置气囊，再下钢套管，气囊通过输气管与地表的高压氮气连接。气囊到达指定位置后，打开高压氮气瓶，试验段上部的气囊充气膨胀，阻断了试验段地下水和钻孔壁外循环水及上部含水层水力联系。该法一般采用外径Φ73mm套管。

气囊法隔水效果较好，但操作繁琐，气囊材料和下入操作要求较高，否则易划破。

总体而言，上述试验方法施工环节较多，受控因素多(如施工工艺、操作方法等)，且对注水试验队伍要求较高，受劳务操作人员的操作方法、技术水平等因素限制，导致所测数据可靠程度降低，测试精度较差。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种既操作简单，又能客观真实地反映土层渗透系数的现场试验施工方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种既操作简单，又能客观真实地反映土层渗透系数的现场试验施工方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种现场注水试验施工方法，包括以下步骤：1)将多孔的渗水管与一导头连接；2)将渗水管放入护管中，并由导头与渗水管连接的端面限位；将护管与套管连接；3)采用静压的方式下压套管，直至导头压入至拟进行试验土层试验段底部；4)向套管内注水；提升套管使渗水管暴露在护管外；5)静置，待渗水段扰动土体蠕变基本稳定后，开始注水试验；6)注水试验完毕后，取出套管、护管、渗水管和导头。其中，步骤3)中，试验土层试验段底部的具***置，可根据工程需要，通过测绳测定得到；步骤5)中，观测渗水段扰动土体蠕变是否基本稳定，与背景技术中所采用的常规施工方法相同，静置的具体时间根据不同试验土层的性质有所不同。

较佳的，步骤1)中，还包括在导头与所述渗水管的连接部位设置密封装置的步骤。

较佳的，所述导头为锥形导头。

较佳的，步骤2)中，还包括在所述渗水管外包覆过滤网的步骤。

较佳的，步骤3)中，利用液压静力触探机下压套管。

较佳的，步骤4)中，还包括采用测绳检查渗水管与护管分离程度的步骤，以使渗水管完全暴露在护管外。

较佳的，步骤5)中，静置的时间为1～2小时。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种既操作简单，又能客观真实地反映土层渗透系数的现场试验施工装置。

为实现发明目的，本发明还提供了一种现场注水试验装置，包括多孔的渗水管，所述渗水管设置在护管内；所述渗水管的下部与导头固定连接；所述导头具有支承所述护管的支承面。

较佳的，所述渗水管的外表面包覆有过滤网。

较佳的，所述导头包括与所述渗水管连接的连接端和与所述连接端一体的导向端；所述连接端为圆柱体，所述导向端为圆锥体。

较佳的，所述导头与所述渗水管的连接端设置有密封装置。

较佳的，所述密封装置为6道密封圈。

较佳的，所述渗水管距所述导头的远端沿靠近所述护管的方向设置有渗水管凸缘；所述护管距所述导头的近端沿靠近所述渗水管的方向设置有可与所述渗水管凸缘配合的护管凸缘。

较佳的，所述渗水管凸缘设置在所述渗水管的末端；所述护管凸缘设置在所述护管的末端。

本发明的有益效果是：

(1)适应范围广：本发明所涉及的方法和装置，均可在一般粘性土、40m以浅的粉性土及中密以下的砂土层中采用。

(2)操作简单：无需成孔后再下套管、洗孔、设置隔水材料等繁琐步骤，施工速度快，大大提高外业施工效率和试验质量。

(3)作业质量高：当渗水管下压作业时，护管底部紧抵导头，使多孔渗水管得到保护；因导头前设置有密封装置，可以确保泥土及地下水不会进入到护管内，因此，在下压作业过程中，渗水管不会损坏、堵塞。

(4)隔水效果好：因采用连续静压施工，使套管与非渗水段土层间紧密结合，起到良好的隔水效果，同时，渗水管外形成约护管大小的渗水半径。

(5)成本更低。不同注水试验方法价格比较如下表所示：

表1不同注水试验方法价格表

表中所示价格按孔深30m考虑，同时，粘土球隔水材料费按注水管一次性使用PVC管考虑，其余试验方法按重复利用钢质套管折旧考虑。

显然，相比传统试验方法，本发明每个试验段节约1585～2450元，每段成本约为传统注水试验的50～60％。

通过系列对比试验(现场试验、室内试验)，对本注水试验效果进行检验，结果比较理想，试验数据可靠，与经验数据和规范数值基本一致。且该试验方法具有操作简单、施工速度快、基本不受操作水平影响、经济性高等特点。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明实施例1中装置工作状态一的结构示意图；

图2是本发明实施例1中装置工作状态二的结构示意图；

图3是本发明实施例1中施工方法的示意图；

图4是本发明实施例1中施工方法的示意图；

图5是本发明实施例2中装置工作状态一的结构示意图；

图6是本发明实施例2中装置工作状态二的结构示意图；

图7是本发明实施例2中施工方法的示意图；

图8是本发明实施例2中施工方法的示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1和图2所示，一种现场注水试验装置，包括设置在护管3内的多孔渗水管2，渗水管2的下部与导头6固定连接，导头6具有支承护管3的支承面63。

导头6包括与渗水管2连接的连接端61和与连接端61一体的导向端62；连接端61为圆柱体，导向端62为圆锥体。

渗水管2距导头6的远端21沿靠近护管3的方向设置有渗水管凸缘1；护管3距导头6的近端31沿靠近渗水管2的方向设置有可与渗水管凸缘1配合的护管凸缘7。

该现场注水试验装置通过以下步骤制得：1)将多孔的渗水管2与一锥形导头6连接；2)将渗水管2放入护管3中，并由导头6与渗水管2连接的端面63限位；将护管3与套管(图中未示出)连接。

制得现场注水试验装置后，进行以下步骤开始注水试验：

3)利用由南光地质仪器厂生产的WSY型液压静力触探机下压套管(图中未示出)，直至导头6压入至拟进行试验土层8试验段底部，如图3所示；4)向套管内注水；然后用液压机提升套管，从而使渗水管凸缘1与护管凸缘3贴合，因而使渗水管2暴露在护管3外，如图4所示；5)静置1.5小时，待渗水段扰动土体蠕变基本稳定后，开始注水试验；6)注水试验完毕后，取出套管、护管3、渗水管2和导头6。

其中，步骤3)中，试验土层试验段底部的具***置，通过测绳测定即可获得。

在其他具体实施方式中，根据试验土层的性质，步骤5)中静置的时间也可以相应的变化，如1小时等，以达到基本相同的技术效果。

当渗水管2下压作业时，由于护管3底部紧抵导头6，因此使多孔渗水管2得到保护。

由于渗水管凸缘1和护管凸缘7的设置，因此在步骤6)中，取出护管3、渗水管2和导头6就非常容易。

实施例2：如图5和图6所示，本实施例中，现场注水试验装置的结构与实施例1基本相同，所不同的是：渗水管凸缘1设置在渗水管2的末端，护管凸缘7设置在护管3的末端；渗水管2的外表面包覆有过滤网4；导头6与渗水管2的连接端61上设置有6道密封圈5。本实施例中现场注水试验装置的其他结构与实施例1相同。

本实施例中，现场注水试验施工方法与实施例1基本相同，但如图7和图8所示，所不同的是：步骤1)中，还包括在导头6与渗水管2的连接部位设置6道密封圈5的步骤；步骤2)中，还包括在渗水管2外包覆过滤网4的步骤；步骤3)中，利用具有施压装置的钻机下压套管(图中未示出)；步骤4)中，还包括采用测绳检查渗水管2与护管3分离程度的步骤，以确使渗水管2完全暴露在护管3外；步骤5)中，静置的时间为2小时。

因导头6前设置有密封装置，因此可以确保泥土及地下水不会进入到护管3内，因此在下压作业过程中，渗水管2不会损坏、堵塞。

由于渗水管凸缘1设置在渗水管2的末端，护管凸缘7设置在护管3的末端，因此在步骤4)中，提升套管时，可以较好的确保渗水管2完全暴露在护管3外。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (14)

1.一种现场注水试验施工方法，包括以下步骤：

1)将多孔的渗水管(2)与一导头(6)连接；

2)将渗水管(2)放入护管(3)中，并由导头(6)与渗水管(2)连接的端面限位；将护管(3)与套管连接；

3)采用静压的方式下压套管，直至导头(6)压入至拟进行试验土层试验段底部；

4)向套管内注水；提升套管使渗水管(2)暴露在护管(3)外；

5)静置，待渗水段扰动土体蠕变基本稳定后，开始注水试验；

6)注水试验完毕后，取出套管、护管(3)、渗水管(2)和导头(6)。

2.如权利要求1所述的现场注水试验施工方法，其特征是：步骤1)中，还包括在导头(6)与所述渗水管(2)的连接部位设置密封装置(5)的步骤。

3.如权利要求2所述的现场注水试验施工方法，其特征是：所述导头(6)为锥形导头。

4.如权利要求1所述的现场注水试验施工方法，其特征是：步骤2)中，还包括在所述渗水管(2)外包覆过滤网(4)的步骤。

5.如权利要求1所述的现场注水试验施工方法，其特征是：步骤3)中，利用液压静力触探机下压套管。

6.如权利要求1所述的现场注水试验施工方法，其特征是：步骤4)中，还包括采用测绳检查渗水管(2)与护管(3)分离程度的步骤，以使渗水管(2)完全暴露在护管(3)外。

7.如权利要求1所述的现场注水试验施工方法，其特征是：步骤5)中，静置的时间为1～2小时。

8.一种现场注水试验装置，包括多孔的渗水管(2)，其特征是：所述渗水管(2)设置在护管(3)内；所述渗水管(2)的下部与导头(6)固定连接；所述导头(6)具有支承所述护管(3)的支承面(63)。

9.如权利要求8所述的现场注水试验装置，其特征是：所述渗水管(2)的外表面包覆有过滤网(4)。

10.如权利要求8所述的现场注水试验装置，其特征是：所述导头(6)包括与所述渗水管(2)连接的连接端(61)和与所述连接端(61)一体的导向端(62)；所述连接端(61)为圆柱体，所述导向端(62)为圆锥体。

11.如权利要求8所述的现场注水试验装置，其特征是：所述导头(6)与所述渗水管(2)的连接端(61)设置有密封装置(5)。

12.如权利要求11所述的现场注水试验装置，其特征是：所述密封装置(5)为6道密封圈。

13.如权利要求8至12任一所述的现场注水试验装置，其特征是：所述渗水管(2)距所述导头(6)的远端(21)沿靠近所述护管(3)的方向设置有渗水管凸缘(1)；所述护管(3)距所述导头(6)的近端(31)沿靠近所述渗水管(2)的方向设置有可与所述渗水管凸缘(1)配合的护管凸缘(7)。

14.如权利要求13所述的现场注水试验装置，其特征是：所述渗水管凸缘(1)设置在所述渗水管(2)的末端；所述护管凸缘(7)设置在所述护管(3)的末端。

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