基于堤防中減壓井設計與施工

周 龍

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

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基于堤防中減壓井設計與施工

周 龍

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

堤防中的排水減壓井通常都是由多個減壓井平行堤線布置而成，并盡可能靠近堤腳，以便有效地控制堤基滲流。減壓井可單獨使用，也可同蓋重等其他控制措施共同使用。排水井流出的水通常由排水溝輸送至附近的渠道或湖塘，因此減壓井在設計和施工方面有一定的技術要求。

排水減壓井；過濾器；升水管；出口裝置；造孔；洗井和抽水

堤防除險加固中，當弱透水層覆蓋土層較厚，但不均勻，堤后仍發生管涌，可考慮采用減壓井列排滲措施。堤防中的排水減壓井通常都是由多個減壓井平行堤線布置而成，并盡可能靠近堤腳，以便有效地控制堤基滲流。減壓井可單獨使用，也可同蓋重等其他控制措施共同使用。排水井流出的水通常由排水溝輸送至附近的渠道或湖塘。受地形地貌、湖塘渠道水位的制約，減壓井井口(出口)高程沒用太大的選擇余地，可視具體情況確定。

1 排水減壓井設計

排水減壓井的設計包括井系統滲流計算及井的結構設計兩項內容。

1.1 井系滲流計算

排水減壓井井系滲流計算的任務，在于正確決定井系的井徑、井距及井深，以保證井系有足夠的排水減壓作用，并求得經濟合理的井系布置。

進行減壓井的滲流計算時，設定的井管直徑不宜太小，按排水減壓效果也不用太大，太小不能滿足排水減壓要求，太大則無必要。常用的井管直徑為15-40cm。近年來的研究表明，井管附近的滲流集中，導致井的淤堵。因此，宜用較大的井管，緩解滲流集中現象，從這一角度出發，井徑可根據經驗選用[1]。

根據國內資料，貫入度<25%時，排水減壓效果不大；>75%時，效果也不再顯著增加。因此貫入度多控制在50%-75%，計算時在這一范圍內比較易于得到最佳井深。

1.2 井的結構設計

排水減壓井一般由過濾器、升水管及出口三部分組成。過濾器位于透水層中，包括過濾管及其周圍的反濾層；升水管位于不透水層或弱透水層中，為一垂直排水通道；出口包括管帽、排水口、量水堰、井墩及保護裝置。

井的結構設計首先是選定管材。曾經采用過的井管有鋼管、石棉水泥管、鋼筋混凝土管、無砂混凝土管、木管、缸瓦管等。實踐證明，上述管材都存在諸多缺點，目前已較少使用或根本不用。隨著塑料工業的進步，改性PVC、PVC-U、PE、PP等硬質塑料管以被廣泛應用。這些塑料管不僅造價低、重量輕、易于施工，更因其化學惰性，利于防止化學淤堵而受到青睞[2]。

1)過濾器。滲流的進水口，是減壓井的核心部分，其結構性能的好壞對于井的排水減壓效能、工作壽命影響很大，應特別注意。透水花管是在選購的塑料管材上鉆孔而成。鉆孔直徑一般為8-12mm，呈梅花形布置，開孔率10%-20%。塑料筋條是焊在塑料管上的，以增大花管的進流量，尼龍濾網通常選用40-60目即可。

對過濾器與鉆孔孔壁間的孔隙，除少數情況經論證可不填濾料外，均應填入合格的濾料。濾料的選擇可按下式確定：

D15/d85≤4-5,
D15/d15≥4-5

(1)

式中：D15、d15分別為濾料、被保護土的特征粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d85被保護土的特征粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的85%。

2)升水管。將滲入過濾器中的滲透水流引排至井口以外。要求管壁光滑、無破損，防止漏砂。升水管外面的填料基本同原地層，對弱透水的黏性土層部位應特別注意拋填風干黏土球并搗實，以防井壁出水冒砂。

3)出口裝置。井墩是磚砌建筑，其內空尺寸不宜過大、也不應過小，便于施工檢修即可。井墩一方面保護井口免遭自然或人為的破壞，所以設有井蓋要加鎖，另一方面也是將由減壓井管排出的滲水再轉排至排水溝或其他部位的一個轉換站。排水管得材料沒有特殊要求，長短也視現場情況而定。對每口減壓井的出水在直接排至排水溝、渠道、湖塘前均應量測流量，可通過體積法或建簡易三角堰測得[1]。

2 減壓井的施工

減壓井的施工主要有井管的采購與加工、造孔、安裝、質量檢測及孔口裝置等幾部分。

2.1 井管采購與加工

目前設計常用硬質塑料管作為減壓井管材、常用的有改性PVC管、PE管、PP管等，直徑15-40cm、壁厚6-12mm，每節管長約6m，也可根據井深情況另定。具體工程可按設計選購。管材進場后應按要求進行抽檢，抽檢合格后方可加工制作。

管材加工主要是過濾段加工。首先是在管材上開孔制作透水花管，開孔孔徑大小、孔距、布置及開孔率均應按設計要求進行。

開孔完畢后，即在井管外壁沿軸線方向焊上6-8根塑料筋條，再按設計要求選用的尼龍濾網將井管包纏3-4層，并用尼龍繩綁扎牢固。這一工序要注意不可損破尼龍濾網，以防漏砂，造成質量隱患。對最下部的一節過濾器還應將透水花管底部采用悶頭封死。

為了使得井管能位于鉆孔中央，在最下一節花管底部還應安上對中器。為保證整個井管均勻處于鉆孔中心，視井深不同，每10m井管需安裝一扶正器。扶正器與對中器的作用完全一樣，但不能做成完整的環，因為安裝井管就位后，還要在井管間回填濾料或黏土球，有4個支點即可。

2.2 造孔

減壓井采用沖擊式鉆孔清水固壁鉆進，井位誤差控制在±20cm以內，孔深要求比設計井底高程略低0.3-0.5m。先采用較小鉆頭鉆進至井底設計高程以下，再分別改用不同直徑的較大花鉆依次進行擴孔。為預防塌孔，還可采用清水護壁。對成井條件差的孔，采用邊鉆進、邊下套管的方法預防塌孔。

2.3 井管安裝

1)井管下置。鉆孔經檢驗合格后，先將井底填砂至設計井底高程，接著下井管。井管應分段下置，先下裝帶有對中器的最下一節過濾管，再下其他過濾管。過濾管下完后接著下升水管直到管口。井管與井管之間采用外套管、螺釘連接，確保井管連接牢固，且要保證連接各管軸心一致。在下井管時還要保證井管處于鉆孔中心，以免井管靠近孔壁，損壞濾網，同時也影響井管外的濾料回填。

2)回填濾料及黏土球封孔。井管安裝完成后，應及時回填濾料。為防止雜物進入井內，阻塞井管，可用編制袋將井口包扎嚴實，保護井口。濾料粒徑及填充的高度應由設計人員在鉆孔快結束時，根據新的地質資料核定。一般情況下，濾料可為0.5-2mm的中粗砂，填滿花管段所在的透水層即可。

由于井管與鉆孔孔壁間的間隙不大，一般僅為8-15cm，因此回填濾料一定要仔細、認真，保證質量。

回填濾料的方法，有直接在孔口傾倒、拋撒和用導管法兩種。直接在孔口傾倒或拋撒濾料，屬粗放施工，除對很淺的井且濾料均勻外一般不應使用。導管法是將導管伸入孔底，然后向其中倒入濾料，倒滿后慢慢向上拔出，濾料即從管底流出，填在孔內。拔導管時仍應不斷向管內補充濾料。采用套管固壁法造孔時，下濾料的導管應與套管交替上拔。可控制每回填濾料高約0.6m，即應上拔套管一次。

濾料回填至預定高程進入黏性土層且濾料填入量達到計算量的95%-98%后，即回填風干黏土球。此段井管屬升水管段，可分段拋填黏土球，并用鋼桿搗實，直至孔口[2]。

2.4 洗井和抽水試驗

回填封孔后應及時洗井，其目的是破碎孔壁泥皮，洗出濾料中的泥沙，促進透水層中的較細顆粒進入井內并排出井外。對于清水固壁造孔的井，洗井時間應不遲于2h，對泥漿固壁造孔的井，時間應更短，否則時間越長泥皮越牢固，難以洗凈。

洗井有鉆桿式活塞法、壓縮空氣法，、離心泵法、抽水洗井法、抽注水雙向洗井法等。以鉆桿式活塞法工效最高，推薦使用。抽水洗井可配合抽水試驗進行。

鉆桿式活塞法是將活塞放入井內升水管中，以1.5m/s的速度，上提下沖鼓水，沖出濾層及其外圍含水層中的泥沙。經過往復鼓水后，泥沙沉于井底，再用淘沙筒掏出。如此交替循環，每次進入井內的泥沙將逐漸減少。循環幾次后，即可將井沖凈，需時約1h。一般要求最后一次沉入井底的泥沙，不超過5-6cm即可認為沖凈。此后抽水洗井約2h，即可將井沖凈。鉆桿式活塞的構造是用兩塊鐵餅，中間夾一塊硬橡皮，用螺栓連成。鐵餅的直徑應小于橡皮2.5cm，硬橡皮的直徑又應小于井管內徑2.5cm。當活塞在井內迅速上提下下沖時，活塞以下產生很大的負壓和正壓，迫使水流急劇竄入和射出，使反濾層及其外圍含水量中形成渦流，以致能迅速地將泥沙洗入井內。此外為了加強鼓水作用，有時在同一個鉆桿上裝兩個活塞。

抽水試驗可結合抽水洗井進行，也可單獨進行。抽水過程中應仔細測定流量、降深及排出的泥沙。不同的地層及不同的作用水頭，這些要求均不同，目前尚無規程、規范確定，因此設計應提出評定標準。根據國內數據：荊南長江干堤西流灣段抽水降深1m、出水量大于7m3/h，含沙率為0.1%；安慶江堤用流量3m3/h的水泵抽水4h，降深2cm。

2.5 井口裝置

減壓井井口裝置包括井墩、排水管及量水堰。當減壓井井管安置完成且經抽水試驗合格后，即可進行井墩施工。首先在井口處開挖土方至設計高程，夯實整平后澆筑C15或C20混凝土底板。井墩周圍邊墻可立模繼續澆筑C15或C20混凝土，也可用M7.5或M10砂漿砌墻抹面。井蓋可為鋼筋混凝土板，亦可為鋼板，一定加鎖。

在砌筑周圍邊墻時，應在設計位置埋設出水管，注意管壁周邊砂漿充填飽滿，以免漏水。

量水堰一般均做成三角薄壁堰，注意堰前穩定水流段一定要達到設計長度。若無條件做量水堰，亦可用體積法直接測流，此時應有可操作的測流位置。

[1]李繼業，劉經強，葛兆生.河道堤防防滲加固實用技術[M].化學工業出版社，2013：21-67.

[2]水利部水利水電規劃設計總院.GB50286—2013堤防工程設計規范[S].北京：中國計劃出版社出版，2013.

1007-7596(2017)03-0098-03

2017-02-18

周龍(1975-)，男，黑龍江牡丹江人，高級工程師。

TV871.1

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