灌區(qū)機井設計與分析

李娟

（彬縣農(nóng)村供水管理總站 陜西 彬縣 713500）

1 區(qū)域井灌情況介紹

陜西省地處西北干旱半干旱地區(qū)，總土地面積20.6萬km2，水利設施面積146萬hm2，有效灌溉面積137萬hm2，旱災是多發(fā)災害。20世紀70年代后，機井建設被納入國家計劃，機井建設取得了很大成就，80年代后農(nóng)民自籌資金建設機井又形成了一次高潮，據(jù)1995年統(tǒng)計，全省共有機井14.9萬眼，配套機井13.7萬眼，年提取地下水量206萬m3，發(fā)展井灌面積49萬hm2，井灌面積占全省有效灌溉面積的35.7%。機井的建設對于改善灌區(qū)農(nóng)民的生產(chǎn)生活條件，抵御干旱災害都發(fā)揮著重要作用。因此，機井的設計、施工將從根本上決定灌區(qū)井群的運行情況，所以本文就機井（管井）的設計、施工簡要做一些分析。

2 管井介紹

2.1 基本介紹

管井是一種直徑較小，深度較大，井壁用各種管材加固的管型，因其通常用水井鉆機施工，水泵抽水，習慣稱之為機井。它作為地下水利用的常見集水建筑物，被普遍運用于井灌地區(qū)。管井的直徑多為200mm～300mm，深度一般為 100m～300m。本文將主要介紹開采潛水含水層中的地下水的管井設計的一般方法。

2.2 管井的基本結構形式

由于各地區(qū)水文地質條件的不同，當?shù)毓芫男问娇赡芤灿兴煌浣Y構主要可分為以下4個部分：井頭、井身、進水部分、沉砂管。

（1）井頭。管井接近地表的一部分為井頭。它大多情況下與機電設備如水泵連接在一起，所以設計時因注意其的堅固和穩(wěn)定，以及與水泵連接的問題。并且，井頭還應該能夠防止雜物和污水進入，應該有相應的保護措施。

（2）井身。井頭以下至進水部分這一段為井身。因其不進水，一般需要采用比較的密實的井壁材料進行加固，以避開其他地層和繁殖坍塌；并且要求安裝豎直。

（3）進水部分。它是管井最重要的組成部分，主要用來集取含水層中的地下水。一般都需要安裝濾水管，而濾水管因含水層條件的不同而多種多樣，它的設計是井管設計的核心。

（4）沉砂管。主要是用來在管井運行中，使帶進的沙粒沉淀在管內。根據(jù)含水層顆粒條件的不同，深度有所不同。

3 管井的設計

3.1 井管的材質和連接

管材根據(jù)管材可分為金屬管材和非金屬管材。非金屬管材中，混凝土管和石棉水泥管是當前采用最多的非金屬管材，具有制作方便、造價低、耐腐蝕等特點，但是強度偏低，施工比較復雜，施工質量難以保證。鋼管和鑄鐵管也是比較常見的管材，具有更標準、重量輕、安裝方便等特點，但是造價較高。可根據(jù)具體條件和用途加以選擇。

各段井壁管（或進水管）是在施工過程中按照一定順序下到井孔中去的。其連接質量將直接影響成井的質量。因管材不同，其連接可分為幾種：管箍絲扣連接、焊接、粘結等幾種形式。管箍絲扣連接一般用多用于金屬管材，特別是鑄鐵管多采用此法，具有連接方法簡單的特點，但抗拉強度比較小。焊接也用于金屬管，也可用于混凝土管、石棉水泥管等。粘結一般是通過使用瀝青或者樹脂對非金屬管材進行連接，造價便宜，透水性能好?？筛鶕?jù)需要選擇材質和規(guī)格。

3.2 濾水管的設計

濾水管可分為填礫和不填礫兩類，因天然砂礫石具有良好的濾水性能，此次主要闡述砂礫濾水管的設計。設計的基本要求是：①能有效防止涌砂；②較大的進水面積和較小的進水阻力；③具有防堵、抗銹蝕、合理的強度和耐久性等等。

（1）先采取砂樣，再根據(jù)砂樣的顆粒組成和粒徑，來確定濾料粒徑。采取砂樣后，根據(jù)含水層顆粒大小和均勻系數(shù)來確定含水層的標準顆粒粒徑，然后再乘以倍比系數(shù)（濾含比，一般為5～7），得到相應于此含水層的濾料標準顆粒粒徑。

（2）由于對濾料圍填厚度的確定，需要考慮到井下的復雜情況和施工圍填的困難，所以不能夠過薄，否則會出現(xiàn)疏密不均、厚度不一，造成涌砂；當然也不能過厚，要不會造成不必要的浪費，使得洗井困難。一般厚度為100mm～150mm，為增大濾水量也可適當加厚。對于粉細砂的含水層，建議選取150mm～200mm；對于粗砂含水層，即按照一般情況選取100mm～150mm。

表1 石棉水泥井灌規(guī)格表

（3）因為球形濾料所形成的孔隙直徑較其他形狀的濾料大一些，孔隙率高，所以透水性能相對好一些。故在一般的生產(chǎn)中，應盡量選取磨圓度高的礫石和卵石，不宜采用碎石和石屑。這也是施工中需要注意的地方，應避免施工隊偷工減料，采用碎石代替砂礫石做濾料。

（4）穿孔式骨架管因其進水面積無法改變，而提高開孔率會降低強度，所以在生產(chǎn)中很少使用。目前多采用纏絲縫式濾水管的形式，其縫隙率一般可高達30%以上，透水性能較好，通常開孔率為15%就能滿足要求。

（5）最后，還應注意濾料圍填時的圍填高度。通常情況下，砂礫濾水管上端需要多填8m的濾料，下端需要多填2m的濾料，才能保證施工中濾料圍填的質量。

4 管井施工

井孔鉆進的常見方法主要有沖擊鉆進和回轉鉆進。沖擊鉆進是通過鉆頭在井孔上下往復運動，依靠自重使巖層破壞松動，并逐步加深的過程。回轉鉆進是使鉆頭在一定的鉆壓下在孔底回轉，切削、磨碎孔底巖層而形成井孔。在井孔鉆進施工中，其鉆進參數(shù)的選取應在通常的技術規(guī)程下，結合當?shù)氐膶嶋H情況做小幅度調整。

井孔鉆進完成后，需對井下含水層的位置作比較準確的判斷，通常是通過電法測井來判斷井孔內含水層的位置和厚度。通過視電阻率原理來進行測量，視電阻率越大，說明地層顆粒越粗，含水量越大，反之說明地層密實，含水量小。

井管安裝。這是施工中的關鍵工序。若選定的井壁管為混凝土管，為保證下管豎直，一般采用鉆桿托盤法下管；若采用的是金屬井管則一般選用懸吊下管法，該法具有速度快、施工安全、且能有效保證豎直的特點。

管外圍填時需要注意以下幾點：①保證圍填礫石的質量良好，要求磨圓度高、不含雜質；②在數(shù)量上一般要求有10%～15%的富余，以防施工中意外情況；③圍填高度應該在含水層以上5m～10m；④填礫時，應從四周均與填礫，并經(jīng)常測量，不能中途停歇等等。

在圍填完成后，應迅速洗井，在濾水管周圍形成良好的反濾層，以便增大出水量?；钊淳潜容^常用的洗井方法，因洗井時間短、費用低、能夠保證質量，所以應用廣泛。

最后進行成井驗收。在管井竣工后，要對其井斜、濾水管位置的偏差、出水量、含砂量等進行驗收，看是否符合標準要求，并完成竣工說明書的撰寫。

5 結語

管井是井灌地區(qū)非常常見的取水設施，具有取水方便靈活，水質較好等特點，它的合理設計、安全施工、正常運行對于灌區(qū)的糧食生產(chǎn)有著深遠的意義。在井灌與地面灌兼有的地區(qū)，它除了供灌區(qū)群眾生活生產(chǎn)以外，還能發(fā)揮調節(jié)地面來水，適當排水防止地面澇災和漬災的作用。因此管井的設計與施工應該嚴格的遵循相關標準和要求，才能夠保證灌區(qū)井群的良好運行。陜西水利