海上抽水试验关键技术探讨

2011-08-15李友龙

地下水 2011年2期

李友龙

(江苏省水文地质工程地质勘察院,江苏淮安 223005)

1 引言

随着我国经济的快速发展,工程建设的规模不断扩大,海上建设项目在逐年增加,海上抽水作为海上岩土工程勘察的一种必备手段,在海上基坑工程应用中越来越广泛,但海上抽水试验不同于陆域抽水试验,试验周期长、要求高、试验技术难度大,每一个环节把握不好都会造成试验的失败。因此,笔者根据近几年的抽水试验工作经验,列举了海域抽水试验过程中影响抽水试验的主要因素以及采取的一些关键技术,对同类工程具有一定的借鉴作用。

2 影响海上抽水试验主要因素

海上抽水试验要求高、要求船体稳定性要好,稍有不慎便前功尽弃。影响海上抽水试验主要因素有：

(1)海上试验停留时间长、距岸边远、潮汐及气候影响因素大;

(2)抽水孔止水困难;

(3)涌浪影响护管的安装;

(4)抽水过程中数据采集受涌浪影响较大。

3 海上抽水试验关键技术探讨

抽水试验前要认真筹备各种试验材料和设备,首先要做好试验前现场的踏勘工作,了解调查施工水域的海况、水流水文条件,涨落潮时长、潮差,同时还要了解场区地层岩性和分布埋藏特征,查清含水层的岩性厚度等特性。以下针对海域抽水试验关键性的环节进行探讨,并提出相应的对策措施：

3.1 保证平台稳定性

3.1.1 施工船只的选择

首先是钻探船的选择,船的大小决定了船体上的作业平台的稳定性,针对上述情况应有针对性地进行配置适合的施工船只,船只宜选用载重量大(约 1 000吨)、抗风浪能力强的的工程船作为施工船,保证在一般天气下能够正常施工,吃水较深、有自航能力,船长宜在 30 m左右,宽宜在 8m左右,施工船舱内用配载压舱至安全吃水线,避免船体浮在水面上受波浪影响晃动,影响平台的稳定。另需配备有大功率有绞锚机的拖船作辅助用船。

并建议租用 1～2艘监护船,对施工船外围进行维护和护航,提前通知过往的大型船只减速慢行,减小波浪对施工平台的冲击影响。

3.1.2 水上平台搭建

考虑到施工水域可能的恶劣气候、水文条件,勘探宜采用旁侧式钻探平台,但也有内置式平台,侧式平台的孔口槽板要求拆卸方便,以便遇紧急情况撤离,可通过松紧四端的锚绳便能使船只离开护孔套管,也便于船只靠近套管,方便连续施工作业。侧式平台一般平台外伸 3.0 m,长宽均约6m,下悬挂副平台,两平台上、下距离 2.0 m,便于下护管时连接套管。槽钢与船体应过通焊接连接,关键位置加固,上平台面用厚度 50mm的木质地板铺设、固定,下平台面用钢丝网铺设,上下平台配备必要的防护栏杆。

3.1.3 钻机水泵等设备的调试

钻机宜选择的钻深能力超过 300 m大功率钻机,如XY-4型钻机(钻深 1 000m),便于起拉较重的钻具、护孔套管等设备,如船只自带大型起吊机械更好,配备双缸如 BW-200/40泥浆泵,以 S495、S295型柴油机作机械动力,一台电焊机及气割设备,两台发电机;抽水试验前应做好孔内材料：如滤管、花管、滤料、粘土球、空压机、水泵等各种材料的准备工作。

其它抽水试验配备仪器设备有深井潜水泵(理论出水量宜超过估算的最大降深的涌水量)、水表、电子水位计、三角堰等仪器设备。

3.2 止水效果

海上抽水试验关键技术之一是止水效果,止水效果的好坏直接影响抽水试验的成败,一般是通过下多层护管来解决海水与含水层的隔离,达到止水目的;一般来说,由于护管直径大,重量大,通过钻机起吊难度较大,多采用吊机,一般船只均自带大型起吊机械。

为解决潮汐及不良天气的的影响,保证隔水效果,抽水井多使用 2～3层护管,最外层钢管做活动保护套管,其内二层钢管作隔水保护套管,最里一层一般为口径φ168 mm钢管作为抽水井管。抽水井采用桥式过滤器,该过滤器的优点是：一、桥式过滤器的特殊结构使得砾石不易阻塞孔眼,有较高的过水能力。二、桥式滤水管的特殊孔形结构起到了增强滤水管机械强度的效果,具有较高的机械强度。三、连接方式多样化,下管操作方便,适于野外生产。

连接方式：抽水主井先用船上大型吊机将 φ377 mm和φ325 mm的保护套管垂直下入土中,要保证井管垂直居中,由震动机压入土中,接着用 φ168 mm三翼螺旋合金钻头扫孔,再用 φ270mm三翼螺旋合金钻头扩孔,孔深到设计深度后按地层分别下入 φ168mm沉淀管、滤水管和实管。

这里需要一提的是,由于钻机压力较小：护管进入隔水地层是通过配备一台振动器,通过振动器下 377 mm、φ325 mm护管时,使护管与隔水层震动紧密;二层护管之间采用粘土球及海带止水,克服潮汐影响。

试验止水效果可从三个方面进行分析。

(1)各组井的地下水与海水水质进行分析,如对比水的溶解性总固体指标、水的 pH值和其它指标,差异性很大,说明止水效果较好。

(2)地下水静止水位与海水水位的差异性。差异性主要表现在：海水与地下水同时受潮汐的影响。地下水水位由于受到压力传导,变化滞后于潮汐变化。

(3)地下水的水温与海不水温不同,可通过水的测温来解决。

3.3 钻孔成井质量

观测井施工时先采用全断面取芯。通过对地层的分析,确定含水层的位置和厚度,计算滤水管和实管的下管位置、长度、填砾方量及止水位置。

观测井施工时先用钻机将 φ139护管垂直压入土中,并用钻机压至设计位置。用 φ91带合金钻头岩芯管扩孔至设计位置,下沉淀管、滤水管和实管,观测井采用干海带、粘土球止水,海带包扎长度约 10m,在实管上设计位置缠海带进行止水,在海带以上填粘土球至护管高度。

观测井先用 φ42钻杆带冲水头进行洗井,在水质变较清时改用空压机洗井,并洗至水清砂净。

主井管下好后先进行换浆,然后将选配好滤料砾石采用动水方式连续、均匀投入井管四周环状间隙,不得猛增猛减,防止滤料在孔内架桥。在填砾过程中做到随填随测填砾深度(用细轻型管下探),发现砾石中途堵塞便停止填入,并进行排除。滤料砾石一般超过滤水管顶部 2～3 m。滤料采用砾石(φ1 cm),颗粒均匀,不含泥质杂物。

滤料填至设计深度后,用直径 2～3 cm优质粘土球进行止水密实回填至护管面,每隔一段要捣实。

井管和滤料下完后,采用活塞、冲水头联合洗井法及时反复进行了洗井,直到水清砂净为止

洗井结束后,安装泵管,进行试验性抽水,其降深逐渐增大,达到最大降深后的持续时间 2小时。试验性抽水主要目的是确定稳定流抽水的最大降深。试验性抽水过程中,同时观测抽水井、观测井的水位变化情况。如结果出现主井出水量大,观测井反映灵敏,则表明本次施工的试验井成井质量较好。