羅 定

（寶雞市鳳翔區(qū)水利工程建設(shè)工作隊(duì),陜西 寶雞 721400）

1 基本概況

鳳翔區(qū)位于關(guān)中西部的渭北平原上,東鄰岐山,北接麟游,西北與千陽(yáng)接壤,西面與南面與陳倉(cāng)毗鄰,總面積1179 mm,屬暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū),多年平均降雨量610 mm。鳳翔區(qū)也是一個(gè)資源型缺水地區(qū)。近年來(lái),隨著鳳翔經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,區(qū)域水資源的承載力越來(lái)越捉襟見(jiàn)肘。在滿足居民生活用水,工業(yè)用水的情況下,農(nóng)業(yè)用水已嚴(yán)重不足。為了保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不受或少受影響,發(fā)展高效節(jié)水型灌溉已成為大勢(shì)所趨。發(fā)展高效節(jié)水的水源一般首選地下水,利用機(jī)井來(lái)進(jìn)行灌溉。利用機(jī)井作為水源進(jìn)行高效節(jié)水灌溉機(jī)動(dòng)靈活,綜合成本較低,也便于管理。機(jī)井是利用動(dòng)力抽取地下水資源的取水工程。在干旱及半干旱地區(qū)的渭北平原,農(nóng)用機(jī)井已經(jīng)成為農(nóng)田節(jié)水灌溉和農(nóng)村飲水安全的主要水源工程。鳳翔區(qū)地下水儲(chǔ)藏量約為0.9 億m3,含水層多為泥沙砂礫石層,區(qū)域地下水埋深80 m~130 m,單井出水量一般約為30 m3/h,抽水降深10 m左右。目前鳳翔區(qū)域配套完整正在發(fā)揮效益的機(jī)井共有3780 眼。這些機(jī)井目前為鳳翔區(qū)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民生活用水發(fā)揮著不可替代的作用。

2 機(jī)井建設(shè)中存在的問(wèn)題

從寶雞市鳳翔區(qū)機(jī)井灌區(qū)的調(diào)研情況來(lái)看,有80% 左右的農(nóng)用機(jī)井經(jīng)過(guò)數(shù)年的運(yùn)行,機(jī)井出砂、井底淤積、出水量銳減現(xiàn)象比較嚴(yán)重,導(dǎo)致灌溉成本增大、耗能提高、效益變差,機(jī)井的使用壽命大大縮減,有些農(nóng)用機(jī)井甚至瀕臨報(bào)廢,嚴(yán)重影響著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾生產(chǎn)生活的安全。

通過(guò)筆者近年來(lái)對(duì)鳳翔區(qū)農(nóng)用機(jī)井的調(diào)研,機(jī)井存在的主要問(wèn)題是機(jī)井出沙造成井底淤積嚴(yán)重,導(dǎo)致機(jī)井出水量嚴(yán)重下降,使機(jī)井的使用壽命大打折扣。通過(guò)對(duì)調(diào)研情況分析發(fā)現(xiàn),筆者認(rèn)為造成農(nóng)用機(jī)井出砂嚴(yán)重的原因有以下幾個(gè)方面。

2.1 施工中沒(méi)有嚴(yán)格按照機(jī)井技術(shù)規(guī)范操作要求施工

農(nóng)用機(jī)井的施工程序主要為：選址——立架——鉆孔——取樣分析——電測(cè)含水層——疏孔——換漿——安裝井壁管——填筑濾料及管外封閉——洗井——抽水試驗(yàn)——水質(zhì)分析——成井。只有各個(gè)工序做到一環(huán)扣一環(huán),嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程操作到位,才能保證機(jī)井質(zhì)量要求。但是,相當(dāng)?shù)你@井施工單位施工粗放,不嚴(yán)格按機(jī)井技術(shù)規(guī)程操作,施工不精細(xì),司鉆工技藝不精,直接影響到機(jī)井的成井質(zhì)量。譬如機(jī)井在鉆孔過(guò)程中,因泥漿比重調(diào)配不準(zhǔn)確,沒(méi)有根據(jù)地層的松散程度隨時(shí)調(diào)節(jié)泥漿的粘稠度。遇到松散地層,沒(méi)有及時(shí)調(diào)整泥漿比重,泥漿比重偏小,就會(huì)造成塌孔,甚至發(fā)生坍埋鉆頭事故,影響施工進(jìn)度,處理不當(dāng)?shù)脑?會(huì)發(fā)生井孔的垂直度超出孔斜要求的偏差范圍,導(dǎo)致井壁管下管后外圍濾料填筑厚度很不均勻。另外就是濾料填筑不規(guī)范。有的工隊(duì)在填筑濾料時(shí),不按技術(shù)規(guī)程辦事,回填濾料時(shí)過(guò)急過(guò)猛,造成濾料填筑下沉不均勻不密實(shí);有的采用單側(cè)回填將井壁管擠偏,甚至錯(cuò)位,引起后來(lái)機(jī)井出砂;有的采用的濾料粒徑不符合要求,起不到濾水?dāng)r砂的作用。

2.2 新打井配泵比較隨意

按規(guī)范要求,一眼機(jī)井在成井前,要電測(cè)每個(gè)含水層出水量,如果含水層出水量符合設(shè)計(jì)要求,具備開(kāi)采價(jià)值,然后再進(jìn)行下管,箍井,填筑濾料,緊接著進(jìn)行洗井,然后進(jìn)行抽水試驗(yàn),確定動(dòng)水位后再進(jìn)行配泵?？墒?目前有不少施工隊(duì)為了降低打井費(fèi)用,根本就不嚴(yán)格洗井,有的甚至省略洗井這個(gè)重要工序。憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配泵,連抽水試驗(yàn)也不徹底搞,動(dòng)水位都沒(méi)弄清楚是多少,盲目配的泵不是揚(yáng)程過(guò)大,就是揚(yáng)程不足,下泵位置也不夠準(zhǔn)確。如果配泵揚(yáng)程過(guò)大,勢(shì)必造成吸水口流速過(guò)大,造成機(jī)井出砂現(xiàn)象。

2.3 所選用的混凝土井壁管存在質(zhì)量問(wèn)題

目前,市場(chǎng)上的混凝土井壁管質(zhì)量良莠不齊,質(zhì)量合格的井壁管價(jià)格比較貴,質(zhì)量低劣耐久性差的井壁管價(jià)格相對(duì)便宜許多,施工企業(yè)為了追求利潤(rùn)往往選用價(jià)格便宜的井壁管。這些低劣的砼井壁管都是小作坊在生產(chǎn),工藝落后,質(zhì)量不過(guò)關(guān),強(qiáng)度達(dá)不到要求,耐久性差,施工過(guò)程中會(huì)因?yàn)榉N種因素造成井壁管破損,這樣一來(lái)就會(huì)有出砂隱患。

3 機(jī)井涌砂的危害

1）機(jī)井出砂可導(dǎo)致地下含水層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化,嚴(yán)重的會(huì)引起含水層部位地層出現(xiàn)塌方,導(dǎo)致淤堵含水層出水口,影響機(jī)井的出水量,進(jìn)而縮短機(jī)井的使用壽命,運(yùn)行過(guò)程中部分泥砂淤積井底,使機(jī)井的有效深度大打折扣,直至導(dǎo)致機(jī)井的報(bào)廢。

2）機(jī)井出砂還會(huì)造成水泵葉輪、泵軸、軸承的磨損,以至于使水泵的壽命縮短。如果用于節(jié)水灌溉或農(nóng)村供水系統(tǒng),會(huì)引起閘閥嚴(yán)重磨損,開(kāi)啟不靈活,關(guān)閉不嚴(yán)密,水中的泥砂會(huì)在流速小的管段中沉積,造成輸水能力的減弱,甚至造成輸配水系統(tǒng)不能正常工作。

4 機(jī)井出砂的解決措施

1）嚴(yán)格按機(jī)井技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工

機(jī)井建設(shè)要選擇具備鑿井資質(zhì)的施工企業(yè),嚴(yán)格遵照鑿井施工工藝規(guī)范。在施工過(guò)程中,先要觀察摸清地層,根據(jù)地層情況采取不同的泥漿比重,一般比較穩(wěn)定的粘土層及礫石地層可采取清水鉆進(jìn)。相對(duì)松散的地層可采取1.1 g/cm3~1.2 g/cm3泥漿比重鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中盡量把出砂地層查清,如果出現(xiàn)大的流沙地層,就要立即采取稠泥漿進(jìn)行封閉。對(duì)于松散型地層,盡量采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn),不宜用反循環(huán)沖擊鉆機(jī)一次鉆進(jìn)。

2）安裝抽水設(shè)備時(shí),建議將水泵的吸水口避開(kāi)濾水花管部位安裝在含水層以下的不透水層井壁管中間,這樣做的原因是避免引起含水層的流速過(guò)大,導(dǎo)致機(jī)井的出砂加劇和淤塞。在水泵選型時(shí),水泵的出水量選擇要小于機(jī)井的出水量,這樣就不會(huì)引起出沙。

3）對(duì)濾料直徑及回填厚度有效控制

濾料是用不同粒徑的石英砂或砂礫石填筑在濾水管周圍起著濾水?dāng)r砂的作用。濾料顆粒之間存在著一定的空隙,空隙的大小大約為濾料粒徑的1/7~1/10,含水層砂粒粒徑小于濾料的空隙就可能從濾料中穿過(guò)進(jìn)入井內(nèi)。如果含水層砂子顆粒徑等于或稍小于濾料空隙,就會(huì)在濾料空隙形成拱橋狀,同濾料共同形成濾水層,增強(qiáng)了攔砂的能力。如果含水層的砂粒徑大于濾料間空隙,那么砂粒就會(huì)被濾料攔住,在濾料外圍形成濾水層,構(gòu)成濾水?dāng)r砂體系,起到很好的過(guò)濾作用。濾料粒徑越大,滲透系數(shù)越大。濾料的滲透系數(shù)必須大于含水層的滲透系數(shù),機(jī)井才不會(huì)出砂。一般選取含水層滲透系數(shù)的2~2.5 倍作為濾料的滲透系數(shù)。根據(jù)含水層砂粘粘徑來(lái)選擇濾料粒徑是一個(gè)可靠的辦法。濾料一般根據(jù)含水層分段選取,濾料要有足夠的強(qiáng)度和一定的化學(xué)穩(wěn)定性及良好的滾圓度。鳳翔區(qū)域地下水的含水層一般多為泥沙砂礫石層或亞黏土砂礫石,所以本區(qū)域的濾料粒徑一般控制在10 mm以內(nèi)為宜。濾料要進(jìn)行嚴(yán)格篩選,沖洗掉泥砂和強(qiáng)度差的不合格部分,以免影響成井質(zhì)量。對(duì)于滾圓度不好強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的濾料堅(jiān)決禁止使用。

填擲濾料的方法不當(dāng)也會(huì)影響預(yù)期的效果。濾料應(yīng)盡量選用均質(zhì)濾料,滾圓度要好。如果采用非均質(zhì)濾料,濾料粒徑懸殊,填筑過(guò)程中,導(dǎo)致大小顆粒沉降速度不均,會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象,會(huì)降低濾水?dāng)r砂的作用。填筑濾料時(shí)要均勻連續(xù),速度不能太快,太快容易造成堵塞棚架現(xiàn)象,濾料填筑不密實(shí)。嚴(yán)禁自卸農(nóng)用車或裝載機(jī)直接將濾料倒入井內(nèi),這樣不僅填筑的濾料不均勻,同時(shí)容易撞擊井壁管,容易導(dǎo)致井壁管發(fā)生偏心位移或傾斜,也會(huì)使井壁管與井壁之間的間隙不均勻,導(dǎo)致濾料填筑厚度不均勻,從而直接影響濾水?dāng)r砂的能力。濾料的填筑厚度,一般掌握在10 cm~15 cm。對(duì)于含沙量大的地層,濾料的填筑厚度可適當(dāng)加厚至20 cm,能夠起到有效的攔沙作用。濾料的填筑高度下部應(yīng)低于含水層下端2 m為宜,上部應(yīng)高于濾水管上端8 m為宜,主要是為防止洗井或抽水時(shí)濾料的不均勻、不密實(shí)或井管外圍料石下沉,導(dǎo)致濾水段外圍無(wú)濾料產(chǎn)生出砂使水變渾。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)井出砂是一個(gè)十分棘手的鑿井技術(shù)問(wèn)題,要因地制宜,根據(jù)不同地層采取不同的切實(shí)可行的措施。鑿井過(guò)程必須嚴(yán)格按機(jī)井技術(shù)規(guī)范規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行施工,才能使機(jī)井不出砂或把出砂的危害程度降低到最低限度,從而使機(jī)井為區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和居民生活用水更好地發(fā)揮效益。