施澤龍，孫 健

(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林長春 130012)

1 概況

柳樹嶺西溝附近村民，原來生活用水主要取自柳樹嶺西溝溝口處的溝溪，由于附近采石場的超量開采、盲目爆破，致使溝溪水下泄干枯。給附近的村民生活用水帶來了嚴(yán)重的困難。為了解決柳樹嶺西溝附近村民生活用水問題，依據(jù)對西溝附近的水文地質(zhì)條件的詳細(xì)勘察及飲用水標(biāo)準(zhǔn)、用水量等特定條件，對該處供水管井進(jìn)行了有針對性的參數(shù)確定、管井結(jié)構(gòu)設(shè)計、成井工藝選擇。

2 管井成井條件

2．1 地質(zhì)條件

地質(zhì)勘探資料顯示，西溝一帶地下0．00～7．00 m為黏土夾塊石砂礫石，灰—灰褐色，其中黏土占45．9%，塊石占 28．5%，砂礫石占 25．6%;7．00 ～12．90為塊石含粘土灰—黃褐色，其中塊石占55．7%，黏土占 29．5%，粉粒占 14．8%;12．90 ～120．60 m 砂巖，其中12．90～24．60 m巖石破碎，滲透系數(shù) k=16．0 m/d;24．60 ～64．00 m 巖石致密堅硬、裂隙較發(fā)育，滲透系數(shù) k=25．6 m/d;64．00 ～87．5 m 砂巖構(gòu)造破碎帶滲透系數(shù) k=18．3 m/d;87．50 ～92．00 m 砂巖斷層破碎帶，滲透系數(shù) k=15．4 m/d;92．00 ～120．60 m砂巖構(gòu)造破破碎帶。

2．2 水文條件［1］

勘探孔附近地下水有三種類型:黏土夾塊石砂礫石層及塊石含粘層含松散層孔隙潛水，水量比較貧乏，水化學(xué)類型以重碳酸鈉、重碳酸氯化鈉型為主，pH值在7．5～8．2之間，為中性—弱堿性水。砂巖層64 m以上及砂巖構(gòu)造破碎帶基巖裂隙水(其中砂巖64 m以上地層為孔隙水、潛水下泄區(qū)段)，水化學(xué)類型比較簡單，以重碳酸鈉型、鈉鈣型、鈉鎂鈣型為主，礦化度＜1．0 g/L，水量較少。第三系孔隙承壓水，埋深為64．0～92．0 m，層位穩(wěn)定，成巖作用差，膠結(jié)微弱，極有利于地下水賦存及運移。松散層孔隙潛水位于第四系的黏土夾塊石砂礫石土層及塊石含粘土灰層，受大氣降水補(bǔ)給，向溝坡下游排泄;第三系孔隙承壓水受巖性構(gòu)造控制，接受側(cè)向徑流補(bǔ)給同時受大氣降水及潛水越流補(bǔ)給。

勘察孔抽水試驗結(jié)果為:出水量29 m3/d;初見水位1．20 m;動水位70 m。

2．3 取水要求

該區(qū)生產(chǎn)、生活用水量:20 m3/d。水質(zhì)符合國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

井的使用壽命保證在50年左右。

3 管井主要參數(shù)設(shè)計［2］

3．1 管井井徑確定

井管直徑取決兩個條件:根據(jù)井的生產(chǎn)能力及揚(yáng)程要求選取的水泵外壁尺寸;過水?dāng)嗝鏉M足一定的出水要求。

最低動水位按降深為含水層厚度50%控制，得出最低動水位埋深為78 m左右。開采井要求的出水能力為不小于20 m3/d，可選用150 QJ6．5-88．5/9 型潛水泵，機(jī)組最大外徑145 mm，放入最小井徑150 mm，揚(yáng)程88．5 m，故管井井內(nèi)徑滿足水泵使用要求應(yīng)不小于150 mm。

基于取水孔段埋藏較深、成巖條件差孔壁不穩(wěn)定;及井的使用壽命要求，對井管的同心度、強(qiáng)度、耐久性要求較高，以及合理經(jīng)濟(jì)要求選擇:172 mm鑄鐵井管，內(nèi)徑152 mm壁厚10 mm，

人工填礫徑向單面厚度一般按50～100 mm控制;為更有效的過濾含水層的地下水，防止井淤，保證管井的使用壽命;填礫厚度取經(jīng)驗值的100 mm，因此填礫井段的井徑為272 mm。

依據(jù)非承壓含水層出水量與井徑的關(guān)系經(jīng)驗曲線、承壓含水層出水量與井徑的關(guān)系經(jīng)驗曲線，及合理的鉆探孔徑級配;確定管井的井徑為300 mm。

3．2 管井井深確定

管井井深的確定主要依據(jù)含水層位置、地層結(jié)構(gòu)情況;該供水井地下水埋藏較深，且地下水補(bǔ)給條件較差，屬相對貧水地層。勘察資料揭示該水井取水位置最深層底深92．00 m，供水井總深度按最深層可開采水底版深度增加2～10 m沉砂管長度計;管井總深度確定為 96．00 m。

3．3 過濾器確定及設(shè)置

該區(qū)取水含水層為砂巖破碎、砂巖斷層破碎帶地層，故過濾器類型采用單層填礫過濾器，過濾管孔隙率按30%考慮，過濾管每節(jié)長4 m或6 m，兩端各留出15～20 cm不開孔，過濾管下部接4 m同直徑的封底沉淀管。濾水管的有效長度按下式計算:

式中:L為濾水管的有效長度(m);A為濾水管的外表面積(m2/s);V為進(jìn)水滲透速度(m/d)。

過濾器應(yīng)分段安置，分別在砂巖破碎層孔深12．9～24．60 m和砂巖斷層破碎帶地層孔深64．00～92．00 m處，累計長度約為39．70 m。

3．4 反濾結(jié)構(gòu)

礫料尺寸與規(guī)格與含水層顆粒直徑相匹配，本區(qū)地層砂巖質(zhì)軟，裂隙發(fā)育，不均勻系數(shù)η=8．3＜10，礫石規(guī)格由下式確定:

顆分成果表明:砂巖中顆粒多為0．075～0．25 mm的細(xì)粒占54．7%，d50為0．088 mm，按上式可確定出濾料規(guī)格 D50為0．5 ～0．7 mm。

濾料數(shù)量按下式計算:

式中:V為濾料填入量(m3);D2為鉆孔直徑(m);d2為濾水管外徑(m);L為填入礫料的高度(m);a為鉆孔超徑系數(shù)(1．2 ～1．5)。

單層填礫過濾器的填礫厚度為100 mm，填礫高度底部低于過濾管下端2 m以上，上部高出過濾管上端8 m以上。

4 供水井成井工藝［3－5］

依據(jù)管井設(shè)計要求，充分考慮水井的使用要求、經(jīng)濟(jì)成本的合理性，結(jié)合該單位的實際情況。確定成井程序如下:水井成孔→井管安裝→填礫與止水→洗井→抽水試驗→井泵安裝。

4．1 水井成孔

采用貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝成孔。保證了含水層裂隙的暢通;利用空氣作為排巖渣屑介質(zhì)，保證了缺水地區(qū)的鉆孔正常的進(jìn)行;提高了工作效率，簡化了成孔工序，使成孔、下管前洗井一次完成。

4．2 井管安裝

井管下管之前清除孔內(nèi)殘留巖粉(屑)和大量濃泥漿，校正孔深和孔徑;保正孔內(nèi)不含有巖粉或砂粒為止，下管深度滿足設(shè)計要求。

安裝井管包括井壁管、濾水管和沉砂管。井管連接采用螺紋連接，牢固可靠。井管安裝位置滿足設(shè)計要求。

4．3 填礫與止水

井管安裝后要進(jìn)行圍巖填礫工序，在含水層和井壁管間，形成一層人工濾水層，增加進(jìn)水面積、擋砂和延長井管使用壽命。填礫高度:96．00～14．00 m(82 m)為礫料密實后厚度，實際操作按10%的下沉高度控制，控制和記錄好填礫的情況，確保填礫的質(zhì)量。填礫方法:動水填礫法(邊沖邊填，用鉆桿從井管內(nèi)送水、井口封閉，使清水從井管外上返、井口人工填入礫料)。

粘土封閉止水，將粘土搓成直徑2～5 cm粘土球，邊填邊人工搗實。使粘土球成半干狀態(tài)，慢慢填入防止架空現(xiàn)象;人工搗實用力均勻，防止用力過大，保證井管同心度。

4．4 洗井

洗井方法:采用活塞和空氣聯(lián)合洗井方法。

洗井質(zhì)量控制:執(zhí)行《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296—99。

4．5 抽水試驗

抽水方法:采用深井潛水泵抽水。

抽水試驗要求:執(zhí)行《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50027—2001。

4．6 井泵安裝

根據(jù)抽水試驗確定井泵規(guī)格并進(jìn)行安裝。

5 結(jié)束語

供水管井的設(shè)計、成井，要全面的考慮到供水井的所在的水文地質(zhì)條件、取水要求、成井技術(shù)的選擇、環(huán)境保護(hù)的要求、及可接受的工程造價、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等。

［1］ 萬力，馬志靖，等．水文地質(zhì)手冊．［M］．北京:地質(zhì)出版社，1978．

［2］ 山西省勘察院．供水管井設(shè)計施工指南［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1984．

［3］ 張租培，等．碎巖工程學(xué)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2004．

［4］ 張租培，殷琨，等．巖土鉆掘工程新技術(shù)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2003．

［5］ 孫友宏，等．水井鉆井和成井新技術(shù)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2004．