浅析机电管井结构

2015-12-15陈高平陈增民

水利规划与设计 2015年5期

关键词：井管出水量管井

陈高平，陈增民

（宽甸满族自治县水利局，辽宁宽甸118200）

浅析机电管井结构

陈高平，陈增民

（宽甸满族自治县水利局，辽宁宽甸118200）

通过对管井的结构组成及功能介绍，叙述了管井、井管的外围结构、滤水管的制作、缠丝以及填砾的要求等。使读者了解管井建设的施工流程，为规范管井建设，提高管井建设质量，提供了参考依据。

管井；填砾；过滤器；洗井；出水量

近年来，水利工程投资较多，其中农村饮水安全工程，抗旱饮水井工程和节水灌溉工程项目中，有一部分水源井，是打机电深井（管井）的。其供水保障率大于其他引水方式，但其单井投资较多，造价在800元/米左右。经调查发现，现在的打井方法较过去的方法先进，一般一眼60～90m深的管井，在4～5h即可完成，而过去的钻井方法需要1个月左右才能完成。但其质量究竟如何，不好测定。为了规范管井建设，确保其寿命内发挥其正常效益，笔者查阅了相关图书资料，并对老钻井人员进行了调查。现归纳如下，以便今后的管井建设中，作为设计施工人员衡量管井质量标准的参考。

1 管井的组成

管井由井台（或井口）、井壁管、过滤器、沉淀管四部分组成。井壁管与过滤器连接起来，形成一个管柱，管井最下一段为沉淀管。（见图1）

管井深度在十米至数百米，取决于开采含水层的埋藏深度和所用的提水设备。常用井径在200～650m m，它与所使用的钻机类型，安装过滤器的口径及人工填砾的厚度有关。

井壁管常用钢管、铸铁管、塑料管、混凝土管等；管壁厚度，钢管7～12m m，铸铁管10～14m m，塑料管7～12m m，混凝土管30～40m m。

在井管底部2～3m，一般都设置沉淀管，用以沉淀井水中的细砂等。

管井过滤器常采用钢管、铸铁管或钢筋混凝土管。

当含水层厚度小于10m时，过滤器长度应与含水层厚度相等，当含水层很厚时，过滤器的长度可以根据设计出水量计算确定。

滤水管井有填砾过滤和包网（或缠丝）过滤两种，采用填砾过滤比采用包网（或缠丝）过滤器有效空隙率增大2倍以上，对增大井的出水量起很大作用。在粗砂层中，填砾过滤器也有一定的效果。

图1 管井结构示意图

根据打井经验，在解决井水含砂量问题上，填砾过滤器在卵石、砾石、中、粗、细砂、粉砂及粉砂含泥层应用效果较好，包网（或缠丝）过滤器则在粗砂、砾石、卵石层应用效果较好。

2 滤水管填砾

填砾过滤器的填砾高度，一般高于地下水的最高水位，这样防止泥砂带入井水中。管井结构可分为管外填砾和管内填砾两种方法，大多采用管外填砾的方法。

2.1 管井结构

管井口径因含水层的结构不同而有所不同。在中细、粉砂中，终孔口径应较过滤器外径大200m m以上，在砂砾层中则应大于150m m以上。为保持填砾厚度的均匀，应在过滤器沉淀管底端装合乎规格的井管找中器一只。

对于两段过滤器间的非含水层也须做好填砾，该段应分上下两部分，下部为全段的4/5，并与下段过滤器填砾的规格相同，上部的1/5与上段填砾相同。如果两层过滤器相距15m以上时，则其超过部分可填入部分不规格砾石。

第一层过滤器上面应使填砾高出8～15m，再上面用优质的粘土球封闭8～10m，然后用粘土球填实至井口。在管井上部若有高矿物层时，粘土球的封闭厚度应增至15m以上。

过滤器非工作部分，如有臭淤泥或其他不良含水层时，必须用优质半干粘土球将该层及其上下3～5m处予以封闭（如淤泥距采用含水层很近时，用适当减少封闭厚度）、施工期间应根据井孔的容积及粘土球压缩情况计算填入数量。

2.2 滤水管开孔

过滤器开孔有条形或圆形，在保障过滤器有足够抗压强度和使用寿命的前提下，尽可能多的提高开孔率，以增加进水能力。

一般情况下，钢管开孔率30～32%，铸铁管开孔率20～22%，塑料管开孔率17～20%，混凝土管开孔率10～15%，钢筋混凝土管开孔率15～18%。

2.3 填砾规格

填砾规格应根据填砾与含水层的颗粒情况，以及井的出水量要求等因素决定填砾规格是否得当，它将影响到井的出水量、含沙量和井的使用寿命。一般情况下，在砂类含水层（粉、细、中、粗砂层）中，按含水量标准粒径的6～8倍确定填砾规格，在砾石、卵石含水层中，按含水层标准粒径的6～10倍确定填砾规格。

2.4 填砾厚度

通过实践，管井的填砾厚度在250m m以内时，对增加井的出水量作用较大，如果超过了250m m，即使扩大了井孔，但对出水量增加效果不显著。一般情况下，在粉细砂层中的管井过滤器，应加大填砾厚度，最好达到150～200m m，在中粗砂层中填砾厚度不能小于100m m，在砾石、卵石中填砾厚度不小于75m m。

2.5 砾料形状和成分

砾料的形状关系到人工滤料层的渗透性和井水含砂量问题。因为圆形颗粒的孔隙率较大，所以填砾的形状以近圆形的卵石或砂为宜，不宜用碎石块作滤料。滤料的岩石成分一般可采用石英砂、砾石或长石，不使用片麻岩、叶岩、板岩成分的滤料填砾。

2.6 缠丝规格和间隙

在保证填砾不堵塞缠丝间隙的情况下，尽可能加大缠丝间隙，以加大过滤器的有效孔隙率，同时也要加粗缠丝的直径。

一般情况下，中细砂层的过滤器缠丝用12#（3m m）线，间隙1m m，粗砂层中的过滤器缠丝用10#（3.5m m）线，间隙1.5～2.0m m，卵、砾石层中的过滤器缠丝用10#（3.5m m）线，间隙2～3m m。缠丝的断面形状一般要求用梯形，无条件加工时采用圆形。

现在已推广使用聚乙烯尼龙丝围缠，直径在1～3m m，孔隙率可达25～35%，而且效果良好。

3 管井封闭

管井的封闭取决于对水质的要求、不良的水源位置和渗透、污染的可能性等。设计中应规定封闭材料质量，封闭位置和封闭方法等，应特别指出对井口部分的封闭，以防地面污水渗入井内，管井上口应填入宽0.5m，厚2.5m的粘土或用水泥砂浆封填。

4 洗井及抽水试验

井管及填砾和外封闭完成后即可进行洗井及抽水试验。

4.1 洗井

洗井的目的是为了清除井内泥浆，破坏井孔泥浆壁，抽出含水层中的泥土、细沙及渗入含水层中的泥浆，在井的过滤器周围形成良好的天然过滤层，借以增大井孔周围的渗透性。使管井达到最大的正常出水量。

管井安装过滤器后，应及时进行洗井，如果停置时间过长，或洗井方法不当，井孔的泥浆壁就会硬化，再洗井就极为困难，井孔硬化的泥浆壁对井的出水量有很大影响，所以必须及时做好洗井工作。

洗井方法有活塞洗井、空压机洗井、泥浆泵注水洗井与拉活塞结合洗井等。

4.2 抽水试验

抽水试验是管井工程的最后阶段，它的目的在于正确评定井的出水量，为设计安装水泵提供可靠的理论依据，并采取水样进行分析，以便评定井的水质。

抽水试验中水泵的选择应根据地下水静止水位、井的设计出水量、水位降幅及井管口径等因素来选定，所选水泵的最大出水量不得低于该井生产出水量的75%。

因为钻井施工和洗井都使用空压机，所以大都在洗井完毕后，利用空压机进行抽水试验。

抽水时间的确定。一般在抽水过程中，井的影响半径逐渐扩大，必须在水的补给来源与井的出水量大致平衡的情况下，水位才能稳定，因此，抽水时间以见清水为止，一般在12～24h。抽水试验先慢抽，5h以后再快抽。而且，因含水层岩性不同有所不同，一般都是在连续测定3次以上，水位误差不超过±10c m的情况下，试验计算出井的出水量。并经过水质理化分析，在结果基本相同时，才可以认为水质已经稳定。

5 基岩的管井结构

基岩中取水管井的结构设计，因基岩层的稳定情况以及上部覆盖层的情况而不同，一般上部覆盖层和基岩的风化带必须安装户口井管，井管外面用粘土或水泥奖封闭，下部的基岩虽有溶洞，但破碎不严重，抽水时无坍塌现象，可以不安井壁管和过滤器。反之如果大量抽水有坍塌现象或在强度大的地震地区建井，则应安装牢固的井壁管或过滤器。

如图2所示为一般基岩中取水管井的结构，上部为覆盖层，这个覆盖层中可取水也可不取水，下部为基岩层，一般为取水层。施工中，先将上部的覆盖层钻透至完整的基岩，然后安装井管。如在覆盖层中取水，则在管外填砾后上部用粘土封闭。井管底部与基岩交接处用水泥封闭，然后在井管内用较小口径的岩心钻具钻进基岩至溶洞或裂隙含水层。再根据具体情况考虑是否安装过滤器，下部基岩如安装过滤器，则上部大口径井管与下部小口径井管必须重合2～3m，并用水泥封闭。

如果基岩钻进发现裂隙中的水与上部污水相连通，则应下入第二套户口井管，外侧亦用水泥或粘土封闭，再用较小钻具继续钻进至深层基岩裂隙。如果水未被污染且井壁牢固，则可不用安装井管，即可投产使用。

图2 基岩取水管井结构图

6 结束语

管井完工后，评价管井质量的标准是：深度、出水量、水质、管井材料等。各级工程管理人员应重视每一项指标，把好管井建设质量关，让每个管井都能发挥其应有的作用。

［1］郭连科，张育芗，刘瑞琪.供水管井设计与施工修订版［M］.北京：中国建筑工业出版社，1974.

［2］中华人民共和国水利部农村水利司.机井技术手册［M］.北京：中国水利水电出版社，1995.

图5 保护树台典型设计图

2.3 库底清理工程

石佛寺水库建成以后，成为河道上的一个节点，限制了河道主槽的自由摆动，水库低水位运行后，水位壅高，流速减缓，水流挟沙力下降，河道将淤积抬高，淤积库区，减少有效库容，影响水库的调节性能和建筑物的正常运行。所以有必要首先对库区进行清淤。清理方案如下：

①主副坝前保护带：为保证主副坝的安全，坝前300m范围内维持现状；

②库底整理控制高程：库区种植水草主要以芦苇为主，而芦苇生长的最佳水深为30 c m左右。设计库底清理45.9 m高程为控制高程，地面高处清挖至45.9 m，以利于芦苇生长；地面低于45.9 m高程维持现状；

③明沈公路绿化带：明沈公路两侧各预留宽150m绿化带，并进行整理、平顺；

④林草绿化区库区开挖整治边线距明沈公路450m。

⑤局部河道部位清挖：为维持土方平衡，在3处靠近辽河主河道的料场结合河道整理、清淤，清挖至施工期河道水面以上，为42.5m高程。

⑥当地料场根据需要清挖至地下水位以上。

3 结语

因为平原水库自身的特点和外部环境的影响，水体污染成为平原水库面临的主要问题。石佛寺水库通过建立以人工湿地建设为中心的生态治理工程，净化库区水质，改善库区周边生态环境，保护生物多样性，为各种动、植物提供良好的生存空间。人工湿地核心区是发挥人工湿地生态功能的主要载体，通过栽植芦苇等适宜的湿地植物，结合水库的整体规划和原有资源，充分发挥其生态功能和景观效果。

参考文献

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