淺析機電管井結構

陳高平，陳增民

（寬甸滿族自治縣水利局，遼寧寬甸118200）

淺析機電管井結構

陳高平，陳增民

（寬甸滿族自治縣水利局，遼寧寬甸118200）

通過對管井的結構組成及功能介紹，敘述了管井、井管的外圍結構、濾水管的制作、纏絲以及填礫的要求等。使讀者了解管井建設的施工流程，為規范管井建設，提高管井建設質量，提供了參考依據。

管井；填礫；過濾器；洗井；出水量

近年來，水利工程投資較多，其中農村飲水安全工程，抗旱飲水井工程和節水灌溉工程項目中，有一部分水源井，是打機電深井（管井）的。其供水保障率大于其他引水方式，但其單井投資較多，造價在800元/米左右。經調查發現，現在的打井方法較過去的方法先進，一般一眼60～90m深的管井，在4～5h即可完成，而過去的鉆井方法需要1個月左右才能完成。但其質量究竟如何，不好測定。為了規范管井建設，確保其壽命內發揮其正常效益，筆者查閱了相關圖書資料，并對老鉆井人員進行了調查。現歸納如下，以便今后的管井建設中，作為設計施工人員衡量管井質量標準的參考。

1 管井的組成

管井由井臺（或井口）、井壁管、過濾器、沉淀管四部分組成。井壁管與過濾器連接起來，形成一個管柱，管井最下一段為沉淀管。（見圖1）

管井深度在十米至數百米，取決于開采含水層的埋藏深度和所用的提水設備。常用井徑在200～650m m，它與所使用的鉆機類型，安裝過濾器的口徑及人工填礫的厚度有關。

井壁管常用鋼管、鑄鐵管、塑料管、混凝土管等；管壁厚度，鋼管7～12m m，鑄鐵管10～14m m，塑料管7～12m m，混凝土管30～40m m。

在井管底部2～3m，一般都設置沉淀管，用以沉淀井水中的細砂等。

管井過濾器常采用鋼管、鑄鐵管或鋼筋混凝土管。

當含水層厚度小于10m時，過濾器長度應與含水層厚度相等，當含水層很厚時，過濾器的長度可以根據設計出水量計算確定。

濾水管井有填礫過濾和包網（或纏絲）過濾兩種，采用填礫過濾比采用包網（或纏絲）過濾器有效空隙率增大2倍以上，對增大井的出水量起很大作用。在粗砂層中，填礫過濾器也有一定的效果。

圖1 管井結構示意圖

根據打井經驗，在解決井水含砂量問題上，填礫過濾器在卵石、礫石、中、粗、細砂、粉砂及粉砂含泥層應用效果較好，包網（或纏絲）過濾器則在粗砂、礫石、卵石層應用效果較好。

2 濾水管填礫

填礫過濾器的填礫高度，一般高于地下水的最高水位，這樣防止泥砂帶入井水中。管井結構可分為管外填礫和管內填礫兩種方法，大多采用管外填礫的方法。

2.1 管井結構

管井口徑因含水層的結構不同而有所不同。在中細、粉砂中，終孔口徑應較過濾器外徑大200m m以上，在砂礫層中則應大于150m m以上。為保持填礫厚度的均勻，應在過濾器沉淀管底端裝合乎規格的井管找中器一只。

對于兩段過濾器間的非含水層也須做好填礫，該段應分上下兩部分，下部為全段的4/5，并與下段過濾器填礫的規格相同，上部的1/5與上段填礫相同。如果兩層過濾器相距15m以上時，則其超過部分可填入部分不規格礫石。

第一層過濾器上面應使填礫高出8～15m，再上面用優質的粘土球封閉8～10m，然后用粘土球填實至井口。在管井上部若有高礦物層時，粘土球的封閉厚度應增至15m以上。

過濾器非工作部分，如有臭淤泥或其他不良含水層時，必須用優質半干粘土球將該層及其上下3～5m處予以封閉（如淤泥距采用含水層很近時，用適當減少封閉厚度）、施工期間應根據井孔的容積及粘土球壓縮情況計算填入數量。

2.2 濾水管開孔

過濾器開孔有條形或圓形，在保障過濾器有足夠抗壓強度和使用壽命的前提下，盡可能多的提高開孔率，以增加進水能力。

一般情況下，鋼管開孔率30～32%，鑄鐵管開孔率20～22%，塑料管開孔率17～20%，混凝土管開孔率10～15%，鋼筋混凝土管開孔率15～18%。

2.3 填礫規格

填礫規格應根據填礫與含水層的顆粒情況，以及井的出水量要求等因素決定填礫規格是否得當，它將影響到井的出水量、含沙量和井的使用壽命。一般情況下，在砂類含水層（粉、細、中、粗砂層）中，按含水量標準粒徑的6～8倍確定填礫規格，在礫石、卵石含水層中，按含水層標準粒徑的6～10倍確定填礫規格。

2.4 填礫厚度

通過實踐，管井的填礫厚度在250m m以內時，對增加井的出水量作用較大，如果超過了250m m，即使擴大了井孔，但對出水量增加效果不顯著。一般情況下，在粉細砂層中的管井過濾器，應加大填礫厚度，最好達到150～200m m，在中粗砂層中填礫厚度不能小于100m m，在礫石、卵石中填礫厚度不小于75m m。

2.5 礫料形狀和成分

礫料的形狀關系到人工濾料層的滲透性和井水含砂量問題。因為圓形顆粒的孔隙率較大，所以填礫的形狀以近圓形的卵石或砂為宜，不宜用碎石塊作濾料。濾料的巖石成分一般可采用石英砂、礫石或長石，不使用片麻巖、葉巖、板巖成分的濾料填礫。

2.6 纏絲規格和間隙

在保證填礫不堵塞纏絲間隙的情況下，盡可能加大纏絲間隙，以加大過濾器的有效孔隙率，同時也要加粗纏絲的直徑。

一般情況下，中細砂層的過濾器纏絲用12#（3m m）線，間隙1m m，粗砂層中的過濾器纏絲用10#（3.5m m）線，間隙1.5～2.0m m，卵、礫石層中的過濾器纏絲用10#（3.5m m）線，間隙2～3m m。纏絲的斷面形狀一般要求用梯形，無條件加工時采用圓形。

現在已推廣使用聚乙烯尼龍絲圍纏，直徑在1～3m m，孔隙率可達25～35%，而且效果良好。

3 管井封閉

管井的封閉取決于對水質的要求、不良的水源位置和滲透、污染的可能性等。設計中應規定封閉材料質量，封閉位置和封閉方法等，應特別指出對井口部分的封閉，以防地面污水滲入井內，管井上口應填入寬0.5m，厚2.5m的粘土或用水泥砂漿封填。

4 洗井及抽水試驗

井管及填礫和外封閉完成后即可進行洗井及抽水試驗。

4.1 洗井

洗井的目的是為了清除井內泥漿，破壞井孔泥漿壁，抽出含水層中的泥土、細沙及滲入含水層中的泥漿，在井的過濾器周圍形成良好的天然過濾層，借以增大井孔周圍的滲透性。使管井達到最大的正常出水量。

管井安裝過濾器后，應及時進行洗井，如果停置時間過長，或洗井方法不當，井孔的泥漿壁就會硬化，再洗井就極為困難，井孔硬化的泥漿壁對井的出水量有很大影響，所以必須及時做好洗井工作。

洗井方法有活塞洗井、空壓機洗井、泥漿泵注水洗井與拉活塞結合洗井等。

4.2 抽水試驗

抽水試驗是管井工程的最后階段，它的目的在于正確評定井的出水量，為設計安裝水泵提供可靠的理論依據，并采取水樣進行分析，以便評定井的水質。

抽水試驗中水泵的選擇應根據地下水靜止水位、井的設計出水量、水位降幅及井管口徑等因素來選定，所選水泵的最大出水量不得低于該井生產出水量的75%。

因為鉆井施工和洗井都使用空壓機，所以大都在洗井完畢后，利用空壓機進行抽水試驗。

抽水時間的確定。一般在抽水過程中，井的影響半徑逐漸擴大，必須在水的補給來源與井的出水量大致平衡的情況下，水位才能穩定，因此，抽水時間以見清水為止，一般在12～24h。抽水試驗先慢抽，5h以后再快抽。而且，因含水層巖性不同有所不同，一般都是在連續測定3次以上，水位誤差不超過±10c m的情況下，試驗計算出井的出水量。并經過水質理化分析，在結果基本相同時，才可以認為水質已經穩定。

5 基巖的管井結構

基巖中取水管井的結構設計，因基巖層的穩定情況以及上部覆蓋層的情況而不同，一般上部覆蓋層和基巖的風化帶必須安裝戶口井管，井管外面用粘土或水泥獎封閉，下部的基巖雖有溶洞，但破碎不嚴重，抽水時無坍塌現象，可以不安井壁管和過濾器。反之如果大量抽水有坍塌現象或在強度大的地震地區建井，則應安裝牢固的井壁管或過濾器。

如圖2所示為一般基巖中取水管井的結構，上部為覆蓋層，這個覆蓋層中可取水也可不取水，下部為基巖層，一般為取水層。施工中，先將上部的覆蓋層鉆透至完整的基巖，然后安裝井管。如在覆蓋層中取水，則在管外填礫后上部用粘土封閉。井管底部與基巖交接處用水泥封閉，然后在井管內用較小口徑的巖心鉆具鉆進基巖至溶洞或裂隙含水層。再根據具體情況考慮是否安裝過濾器，下部基巖如安裝過濾器，則上部大口徑井管與下部小口徑井管必須重合2～3m，并用水泥封閉。

如果基巖鉆進發現裂隙中的水與上部污水相連通，則應下入第二套戶口井管，外側亦用水泥或粘土封閉，再用較小鉆具繼續鉆進至深層基巖裂隙。如果水未被污染且井壁牢固，則可不用安裝井管，即可投產使用。

圖2 基巖取水管井結構圖

6 結束語

管井完工后，評價管井質量的標準是：深度、出水量、水質、管井材料等。各級工程管理人員應重視每一項指標，把好管井建設質量關，讓每個管井都能發揮其應有的作用。

［1］郭連科，張育薌，劉瑞琪.供水管井設計與施工修訂版［M］.北京：中國建筑工業出版社，1974.

［2］中華人民共和國水利部農村水利司.機井技術手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，1995.

圖5 保護樹臺典型設計圖

2.3 庫底清理工程

石佛寺水庫建成以后，成為河道上的一個節點，限制了河道主槽的自由擺動，水庫低水位運行后，水位壅高，流速減緩，水流挾沙力下降，河道將淤積抬高，淤積庫區，減少有效庫容，影響水庫的調節性能和建筑物的正常運行。所以有必要首先對庫區進行清淤。清理方案如下：

①主副壩前保護帶：為保證主副壩的安全，壩前300m范圍內維持現狀；

②庫底整理控制高程：庫區種植水草主要以蘆葦為主，而蘆葦生長的最佳水深為30 c m左右。設計庫底清理45.9 m高程為控制高程，地面高處清挖至45.9 m，以利于蘆葦生長；地面低于45.9 m高程維持現狀；

③明沈公路綠化帶：明沈公路兩側各預留寬150m綠化帶，并進行整理、平順；

④林草綠化區庫區開挖整治邊線距明沈公路450m。

⑤局部河道部位清挖：為維持土方平衡，在3處靠近遼河主河道的料場結合河道整理、清淤，清挖至施工期河道水面以上，為42.5m高程。

⑥當地料場根據需要清挖至地下水位以上。

3 結語

因為平原水庫自身的特點和外部環境的影響，水體污染成為平原水庫面臨的主要問題。石佛寺水庫通過建立以人工濕地建設為中心的生態治理工程，凈化庫區水質，改善庫區周邊生態環境，保護生物多樣性，為各種動、植物提供良好的生存空間。人工濕地核心區是發揮人工濕地生態功能的主要載體，通過栽植蘆葦等適宜的濕地植物，結合水庫的整體規劃和原有資源，充分發揮其生態功能和景觀效果。

參考文獻

［1］張國棟.利用鰱鳙魚及水生植物控制平原水庫富營養化的研究［D］.青島理工大學，2011.

［2］劉楚文.松華壩水庫水源區面源污染的防治［J］.水利規劃與設計，2006（06）：12-14.

［3］方云英，楊肖娥，濮培民，等.寧波力洋水庫富營養化現狀及生態治理對策［J］.水土保持學報，2004（06）：183-186.

［4］徐建平.關于水生態環境保護與修復工作的思考［J］.水利技術監督，2007（05）：34-36.

［5］曲興輝.基于平原水庫的水資源調控模式研究［D］.河海大學，2005.

［6］張清.人工濕地的構建與應用［J］.濕地科學，2001（04）：373-379.

［7］鄒錦.人工濕地生態景觀設計［D］.重慶大學，2005.

［8］趙麗娜.人工濕地植物去除生活污水中污染物效果的研究［D］.南京農業大學，2007.

［9］陳永華，吳曉芙，郝君，等.人工濕地植物應用現狀與問題分析［J］.中國農學通報，2011（31）：88-92.

［10］暴麗媛.東北地區幾種水生植物對氮磷吸收性能的研究［D］.吉林農業大學，2011.

［11］劉芳.蘆葦濕地對污水中氮磷的凈化能力研究［D］.河北農業大學，2004.

［12］趙衛國，胡榮花，李蘭貴.平原水庫水質凈化的最佳生物配比探析［J］.地下水，2005（03）：147-148.

文獻標識碼： 文章編號：1672-2469（2015）05-0118-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.036

陳高平（1985年—），男，助理工程師。