基于堤防中减压井设计与施工

周 龙

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江 157000)



基于堤防中减压井设计与施工

周 龙

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江 157000)

堤防中的排水减压井通常都是由多个减压井平行堤线布置而成，并尽可能靠近堤脚，以便有效地控制堤基渗流。减压井可单独使用，也可同盖重等其他控制措施共同使用。排水井流出的水通常由排水沟输送至附近的渠道或湖塘，因此减压井在设计和施工方面有一定的技术要求。

排水减压井；过滤器；升水管；出口装置；造孔；洗井和抽水

堤防除险加固中，当弱透水层覆盖土层较厚，但不均匀，堤后仍发生管涌，可考虑采用减压井列排渗措施。堤防中的排水减压井通常都是由多个减压井平行堤线布置而成，并尽可能靠近堤脚，以便有效地控制堤基渗流。减压井可单独使用，也可同盖重等其他控制措施共同使用。排水井流出的水通常由排水沟输送至附近的渠道或湖塘。受地形地貌、湖塘渠道水位的制约，减压井井口(出口)高程没用太大的选择余地，可视具体情况确定。

1 排水减压井设计

排水减压井的设计包括井系统渗流计算及井的结构设计两项内容。

1.1 井系渗流计算

排水减压井井系渗流计算的任务，在于正确决定井系的井径、井距及井深，以保证井系有足够的排水减压作用，并求得经济合理的井系布置。

进行减压井的渗流计算时，设定的井管直径不宜太小，按排水减压效果也不用太大，太小不能满足排水减压要求，太大则无必要。常用的井管直径为15-40cm。近年来的研究表明，井管附近的渗流集中，导致井的淤堵。因此，宜用较大的井管，缓解渗流集中现象，从这一角度出发，井径可根据经验选用[1]。

根据国内资料，贯入度<25%时，排水减压效果不大；>75%时，效果也不再显著增加。因此贯入度多控制在50%-75%，计算时在这一范围内比较易于得到最佳井深。

1.2 井的结构设计

排水减压井一般由过滤器、升水管及出口三部分组成。过滤器位于透水层中，包括过滤管及其周围的反滤层；升水管位于不透水层或弱透水层中，为一垂直排水通道；出口包括管帽、排水口、量水堰、井墩及保护装置。

井的结构设计首先是选定管材。曾经采用过的井管有钢管、石棉水泥管、钢筋混凝土管、无砂混凝土管、木管、缸瓦管等。实践证明，上述管材都存在诸多缺点，目前已较少使用或根本不用。随着塑料工业的进步，改性PVC、PVC-U、PE、PP等硬质塑料管以被广泛应用。这些塑料管不仅造价低、重量轻、易于施工，更因其化学惰性，利于防止化学淤堵而受到青睐[2]。

1)过滤器。渗流的进水口，是减压井的核心部分，其结构性能的好坏对于井的排水减压效能、工作寿命影响很大，应特别注意。透水花管是在选购的塑料管材上钻孔而成。钻孔直径一般为8-12mm，呈梅花形布置，开孔率10%-20%。塑料筋条是焊在塑料管上的，以增大花管的进流量，尼龙滤网通常选用40-60目即可。

对过滤器与钻孔孔壁间的孔隙，除少数情况经论证可不填滤料外，均应填入合格的滤料。滤料的选择可按下式确定：

D15/d85≤4-5,
D15/d15≥4-5

(1)

式中：D15、d15分别为滤料、被保护土的特征粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；d85被保护土的特征粒径，小于该粒径的土重占总土重的85%。

2)升水管。将渗入过滤器中的渗透水流引排至井口以外。要求管壁光滑、无破损，防止漏砂。升水管外面的填料基本同原地层，对弱透水的黏性土层部位应特别注意抛填风干黏土球并捣实，以防井壁出水冒砂。

3)出口装置。井墩是砖砌建筑，其内空尺寸不宜过大、也不应过小，便于施工检修即可。井墩一方面保护井口免遭自然或人为的破坏，所以设有井盖要加锁，另一方面也是将由减压井管排出的渗水再转排至排水沟或其他部位的一个转换站。排水管得材料没有特殊要求，长短也视现场情况而定。对每口减压井的出水在直接排至排水沟、渠道、湖塘前均应量测流量，可通过体积法或建简易三角堰测得[1]。

2 减压井的施工

减压井的施工主要有井管的采购与加工、造孔、安装、质量检测及孔口装置等几部分。

2.1 井管采购与加工

目前设计常用硬质塑料管作为减压井管材、常用的有改性PVC管、PE管、PP管等，直径15-40cm、壁厚6-12mm，每节管长约6m，也可根据井深情况另定。具体工程可按设计选购。管材进场后应按要求进行抽检，抽检合格后方可加工制作。

管材加工主要是过滤段加工。首先是在管材上开孔制作透水花管，开孔孔径大小、孔距、布置及开孔率均应按设计要求进行。

开孔完毕后，即在井管外壁沿轴线方向焊上6-8根塑料筋条，再按设计要求选用的尼龙滤网将井管包缠3-4层，并用尼龙绳绑扎牢固。这一工序要注意不可损破尼龙滤网，以防漏砂，造成质量隐患。对最下部的一节过滤器还应将透水花管底部采用闷头封死。

为了使得井管能位于钻孔中央，在最下一节花管底部还应安上对中器。为保证整个井管均匀处于钻孔中心，视井深不同，每10m井管需安装一扶正器。扶正器与对中器的作用完全一样，但不能做成完整的环，因为安装井管就位后，还要在井管间回填滤料或黏土球，有4个支点即可。

2.2 造孔

减压井采用冲击式钻孔清水固壁钻进，井位误差控制在±20cm以内，孔深要求比设计井底高程略低0.3-0.5m。先采用较小钻头钻进至井底设计高程以下，再分别改用不同直径的较大花钻依次进行扩孔。为预防塌孔，还可采用清水护壁。对成井条件差的孔，采用边钻进、边下套管的方法预防塌孔。

2.3 井管安装

1)井管下置。钻孔经检验合格后，先将井底填砂至设计井底高程，接着下井管。井管应分段下置，先下装带有对中器的最下一节过滤管，再下其他过滤管。过滤管下完后接着下升水管直到管口。井管与井管之间采用外套管、螺钉连接，确保井管连接牢固，且要保证连接各管轴心一致。在下井管时还要保证井管处于钻孔中心，以免井管靠近孔壁，损坏滤网，同时也影响井管外的滤料回填。

2)回填滤料及黏土球封孔。井管安装完成后，应及时回填滤料。为防止杂物进入井内，阻塞井管，可用编制袋将井口包扎严实，保护井口。滤料粒径及填充的高度应由设计人员在钻孔快结束时，根据新的地质资料核定。一般情况下，滤料可为0.5-2mm的中粗砂，填满花管段所在的透水层即可。

由于井管与钻孔孔壁间的间隙不大，一般仅为8-15cm，因此回填滤料一定要仔细、认真，保证质量。

回填滤料的方法，有直接在孔口倾倒、抛撒和用导管法两种。直接在孔口倾倒或抛撒滤料，属粗放施工，除对很浅的井且滤料均匀外一般不应使用。导管法是将导管伸入孔底，然后向其中倒入滤料，倒满后慢慢向上拔出，滤料即从管底流出，填在孔内。拔导管时仍应不断向管内补充滤料。采用套管固壁法造孔时，下滤料的导管应与套管交替上拔。可控制每回填滤料高约0.6m，即应上拔套管一次。

滤料回填至预定高程进入黏性土层且滤料填入量达到计算量的95%-98%后，即回填风干黏土球。此段井管属升水管段，可分段抛填黏土球，并用钢杆捣实，直至孔口[2]。

2.4 洗井和抽水试验

回填封孔后应及时洗井，其目的是破碎孔壁泥皮，洗出滤料中的泥沙，促进透水层中的较细颗粒进入井内并排出井外。对于清水固壁造孔的井，洗井时间应不迟于2h，对泥浆固壁造孔的井，时间应更短，否则时间越长泥皮越牢固，难以洗净。

洗井有钻杆式活塞法、压缩空气法，、离心泵法、抽水洗井法、抽注水双向洗井法等。以钻杆式活塞法工效最高，推荐使用。抽水洗井可配合抽水试验进行。

钻杆式活塞法是将活塞放入井内升水管中，以1.5m/s的速度，上提下冲鼓水，冲出滤层及其外围含水层中的泥沙。经过往复鼓水后，泥沙沉于井底，再用淘沙筒掏出。如此交替循环，每次进入井内的泥沙将逐渐减少。循环几次后，即可将井冲净，需时约1h。一般要求最后一次沉入井底的泥沙，不超过5-6cm即可认为冲净。此后抽水洗井约2h，即可将井冲净。钻杆式活塞的构造是用两块铁饼，中间夹一块硬橡皮，用螺栓连成。铁饼的直径应小于橡皮2.5cm，硬橡皮的直径又应小于井管内径2.5cm。当活塞在井内迅速上提下下冲时，活塞以下产生很大的负压和正压，迫使水流急剧窜入和射出，使反滤层及其外围含水量中形成涡流，以致能迅速地将泥沙洗入井内。此外为了加强鼓水作用，有时在同一个钻杆上装两个活塞。

抽水试验可结合抽水洗井进行，也可单独进行。抽水过程中应仔细测定流量、降深及排出的泥沙。不同的地层及不同的作用水头，这些要求均不同，目前尚无规程、规范确定，因此设计应提出评定标准。根据国内数据：荆南长江干堤西流湾段抽水降深1m、出水量大于7m3/h，含沙率为0.1%；安庆江堤用流量3m3/h的水泵抽水4h，降深2cm。

2.5 井口装置

减压井井口装置包括井墩、排水管及量水堰。当减压井井管安置完成且经抽水试验合格后，即可进行井墩施工。首先在井口处开挖土方至设计高程，夯实整平后浇筑C15或C20混凝土底板。井墩周围边墙可立模继续浇筑C15或C20混凝土，也可用M7.5或M10砂浆砌墙抹面。井盖可为钢筋混凝土板，亦可为钢板，一定加锁。

在砌筑周围边墙时，应在设计位置埋设出水管，注意管壁周边砂浆充填饱满，以免漏水。

量水堰一般均做成三角薄壁堰，注意堰前稳定水流段一定要达到设计长度。若无条件做量水堰，亦可用体积法直接测流，此时应有可操作的测流位置。

[1]李继业，刘经强，葛兆生.河道堤防防渗加固实用技术[M].化学工业出版社，2013：21-67.

[2]水利部水利水电规划设计总院.GB50286—2013堤防工程设计规范[S].北京：中国计划出版社出版，2013.

1007-7596(2017)03-0098-03

2017-02-18

周龙(1975-)，男，黑龙江牡丹江人，高级工程师。

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