淮濱縣農(nóng)村飲水安全工程機(jī)井施工關(guān)鍵技術(shù)探討

劉啟翔

(河南天地工程咨詢有限公司，河南 信陽(yáng) 464000)

1 工程概況

2019年淮濱縣農(nóng)村飲水安全工程位于淮濱縣境內(nèi)，淮濱縣濱臨淮河，河流渠道縱橫交錯(cuò)，全縣水域面積共5840.93hm2?；春痈闪鲝奈髦翓|穿越淮濱縣，縣境內(nèi)洪河、白露河、閭河、烏龍港、幸福河統(tǒng)統(tǒng)交匯入淮，縣境內(nèi)河流總面積達(dá)2400hm2。地表水多年平均徑流深183m3/s，年徑流量14.9億m3；閭河、白露河也都有一定流量。過(guò)境水總流量估算有80億m3左右。地下水多年平均可采量為1.56億m3。該工程實(shí)施后能有效解決淮濱縣欄桿鎮(zhèn)、期思鎮(zhèn)、張莊鄉(xiāng)、趙集鎮(zhèn)、新里鎮(zhèn)、固城鄉(xiāng)、鄧灣鄉(xiāng)、順河辦事處等鄉(xiāng)鎮(zhèn)(辦事處)人民群眾安全飲水問(wèn)題。

2 機(jī)井施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 設(shè)備選型及鉆前準(zhǔn)備

根據(jù)機(jī)井孔深、孔徑等設(shè)計(jì)值，工程區(qū)水文地質(zhì)條件以及鉆井施工難易程度、水電等能源供應(yīng)的可獲得性和及時(shí)性等，決定使用150型回旋鉆機(jī)和3PN泥漿泵的配合進(jìn)行鉆進(jìn)施工。在進(jìn)行安裝鉆機(jī)之前必須進(jìn)行場(chǎng)地的平整，徹底清理場(chǎng)內(nèi)雜物，并將地基內(nèi)軟土徹底挖除后，用打夯機(jī)夯實(shí)。在確保地基平整、密實(shí)、堅(jiān)硬的基礎(chǔ)上完成鉆機(jī)安裝。

按照大出樁徑2-4cm的尺寸進(jìn)行埋設(shè)護(hù)筒直徑的確定，并確保護(hù)筒中心的豎直線重合于成樁中心線，并根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范將樁徑平面誤差控制在5cm范圍，豎直線的傾斜角度控制在規(guī)范1%以內(nèi)。填充夯實(shí)護(hù)筒周?chē)ね?，并確保護(hù)筒比地平面高出30cm。在進(jìn)行豎井架的安裝之前應(yīng)全面檢查各部件，待達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后再行安裝，卷?yè)P(yáng)機(jī)、絞車(chē)等操作員必須具備專業(yè)技術(shù)技能。為預(yù)防支撐桿脫離滑道而引發(fā)現(xiàn)場(chǎng)施工安全責(zé)任事故，支撐桿兩側(cè)的負(fù)責(zé)人員必須與主機(jī)手充分配合進(jìn)行鉆機(jī)的緩慢、平穩(wěn)、準(zhǔn)確安裝，并保證鉆機(jī)安裝結(jié)束后，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)始終保持水平狀態(tài)，天車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)和所鉆井孔孔心應(yīng)當(dāng)位于同一直線。根據(jù)淮濱縣農(nóng)村飲水安全工程機(jī)井施工實(shí)際，用水主要采用就近溝渠水源，沉淀池、泥漿池和輸漿溝分別按1×1×1m3、3×3×1.5m3和0.3×0.4m2規(guī)格設(shè)置，溝坡坡比1/100-1/80。

2.2 鉆進(jìn)施工

2.2.1 松散層鉆進(jìn)施工

對(duì)于松散層在開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，按照小泵量規(guī)格進(jìn)行沖孔處理，再開(kāi)動(dòng)鉆具進(jìn)尺，逐漸增大沖孔泵量，能有效防止由于超徑而引發(fā)孔斜的產(chǎn)生。鉆進(jìn)施工過(guò)程中必須加強(qiáng)控制鉆頭所承受阻力、施工工效等性能參數(shù)，如遇鉆孔內(nèi)發(fā)出異常聲響、孔口外泛異常泥漿、泥漿所攜泥砂粒徑及巖性異常等現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)與檢驗(yàn)人員配合進(jìn)行地層泥漿及巖性取樣試驗(yàn)。

2.2.2 基巖鉆進(jìn)施工

按照全面鉆進(jìn)鉆具及相關(guān)要求進(jìn)行基巖風(fēng)化殼及軟巖層的鉆進(jìn)施工，基巖鉆進(jìn)施工的相關(guān)技術(shù)要求和松散層大致相同。在開(kāi)始鉆進(jìn)施工時(shí)，必須進(jìn)行鉆進(jìn)施工機(jī)械負(fù)荷能力、施工強(qiáng)度、能耗情況、最大功率等的全面檢測(cè)，只有達(dá)安全荷載的基礎(chǔ)上，按照中鉆壓、高轉(zhuǎn)速、大泵量的施工要求鉆進(jìn)施工，過(guò)程中，結(jié)合地層巖性及地質(zhì)、進(jìn)尺等情況，進(jìn)行鉆進(jìn)參數(shù)和泥漿指標(biāo)的實(shí)時(shí)調(diào)整，以取得最佳的鉆進(jìn)施工效果[1]。

2.3 泥漿護(hù)壁

以優(yōu)質(zhì)黏土進(jìn)行護(hù)壁泥漿造漿能將巖屑徹底帶出，并且能起到保護(hù)孔壁、預(yù)防塌孔等作用，還能在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行液柱壓力等的有效調(diào)節(jié)，并將其與地層壓力保持平衡。在農(nóng)村飲水安全工程機(jī)井井位附近水循環(huán)處設(shè)置泥漿池。在進(jìn)行初始鉆進(jìn)時(shí)加強(qiáng)鉆速控制，按照設(shè)計(jì)要求確定泥漿比重，持續(xù)鉆進(jìn)，并保持護(hù)筒內(nèi)泥漿漿液頂比護(hù)筒外水位高出1.0m及以上。鉆進(jìn)施工時(shí)必須在護(hù)筒內(nèi)定時(shí)取樣進(jìn)行泥漿比重是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范的測(cè)定，以保證鉆孔施工質(zhì)量。

2.4 成孔和洗井

按照設(shè)計(jì)孔深進(jìn)行井孔終孔并達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)范后，還必須完成以下環(huán)節(jié)后才能下管：終孔后，將鉆桿緩慢勻速拔出鉆孔，并按照設(shè)計(jì)規(guī)范丈量孔洞尺寸，孔徑、孔深、直徑等參數(shù)誤差控制在0.15%以內(nèi)；通過(guò)疏井破壁以徹底去除孔壁泥漿護(hù)壁施工過(guò)程中所形成的泥皮，去除后還應(yīng)將井孔進(jìn)一步調(diào)直。將三個(gè)導(dǎo)正圈焊接于1根鉆桿后構(gòu)成疏孔器，如果在使用過(guò)程中遇阻，必須及時(shí)進(jìn)行孔尺寸修正，必須達(dá)到順利下降的技術(shù)要求。待達(dá)設(shè)計(jì)孔深，通過(guò)直徑較大的鉆頭進(jìn)行滿轉(zhuǎn)、上下提動(dòng)進(jìn)行掃孔處理，便于徹底刮除井壁已經(jīng)形成的泥皮。

通過(guò)換漿以徹底清除孔洞內(nèi)黏稠泥漿漿液、沉淀物及附著物，以確保下管操作的順暢和成井施工質(zhì)量?；礊I縣農(nóng)村飲水安全工程機(jī)井施工換漿分為以下3個(gè)階段：①初期階段，通過(guò)原漿循環(huán)徹底沖出孔洞內(nèi)大粒徑顆粒巖屑，直至孔口不會(huì)撈取到大粒徑顆粒時(shí)停止；②中期階段，將少量清水注入泥漿循環(huán)溝，不斷稀釋從孔口流出的泥漿，并通過(guò)分層排漿將其排出孔內(nèi)，③后期階段，持續(xù)分層排漿并不斷注入清水在泥漿池，直到徹底不出現(xiàn)粉砂沉淀。出入孔換漿泥漿相對(duì)密度均應(yīng)控制在1.1以內(nèi)。

在完成以上沖孔、排渣、換漿等操作后，還必須采用直徑比孔徑小2cm的5-10m長(zhǎng)鋼管探孔器進(jìn)行探孔，待成孔直徑形狀完全達(dá)標(biāo)且探孔過(guò)程暢通無(wú)阻后，開(kāi)始下管操作。

2.5 安裝井管、填礫與管外封閉

2.5.1 安裝井管的具體要求

成井后的管柱通常由閉水管、過(guò)濾管和沉淀管構(gòu)成，以管徑3.25cm的球墨鑄鐵管作為上部閉水管，再通過(guò)玻璃纖維增強(qiáng)聚乙烯絲多層纏繞外徑36cm的下部濾水管。閉水管、過(guò)濾管和沉淀管成品均從與我公司長(zhǎng)期合作、質(zhì)量信譽(yù)良好的井管材料定點(diǎn)供貨商處直接采購(gòu)。

安裝井管之前必須全面檢查閉水管球墨鑄鐵管井管是否存在殘缺、斷裂、彎曲等外觀問(wèn)題；再通過(guò)測(cè)量?jī)x器徹底檢查井管彎曲度、井管外徑偏差、管厚度偏差等技術(shù)參數(shù)，達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)范后才能進(jìn)行井管安裝。在井管全部技術(shù)參數(shù)中，濾水管的孔隙率誤差應(yīng)當(dāng)控制在設(shè)計(jì)值的10%以內(nèi)，聚乙烯絲纏繞的間距誤差控制在設(shè)計(jì)值的20%以內(nèi)[2]。

2.5.2 井管的排列與連接

井管的所有部分都必須根據(jù)井孔巖層柱狀圖和井管安裝設(shè)計(jì)圖嚴(yán)格進(jìn)行排列、測(cè)量和編號(hào)處理。在測(cè)量時(shí)主要通過(guò)鋼尺丈量出各節(jié)井管與濾水管長(zhǎng)度，加總后得出井管與濾水管總長(zhǎng)度。根據(jù)事先的編號(hào)次序從底部向頂部下管，并詳細(xì)記錄下管及所需時(shí)間等參數(shù)，全部下管完畢后判斷實(shí)際丈量的井管總長(zhǎng)度是否與所加總計(jì)算的井管長(zhǎng)以及安裝設(shè)計(jì)圖相符。在下管和井管排列的過(guò)程中根據(jù)井管安裝設(shè)計(jì)圖把找中器(扶正器)放置于相應(yīng)井管位置并合理排列。

按照焊接的方式連接井管，并保證對(duì)口焊接管口的順直性，井管鐵夾板必須緊鄰井管外壁的拉板放置，并確保管口始終處于水平狀態(tài)。吊起前節(jié)井管并使之處于垂直狀態(tài)后對(duì)準(zhǔn)相鄰管口，再進(jìn)行四個(gè)方向的點(diǎn)焊處理，杜絕集中焊接可能燒壞管口引致井管歪斜。

2.5.3 下管

通過(guò)連有心繩的銷(xiāo)釘將鋼絲繩與托盤(pán)連接，下管的過(guò)程中井管自然位于托盤(pán)之上，在緩慢下放托盤(pán)過(guò)程中，井管按照次序下入井孔內(nèi)，完畢后逐步放松鋼絲繩，起拔心繩并進(jìn)一步拔除銷(xiāo)釘，順次抽出鋼絲繩。

2.5.4 濾料的回填

在進(jìn)行濾料回填之前應(yīng)徹底檢查填料規(guī)格、質(zhì)量、數(shù)量等是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。檢查無(wú)誤后根據(jù)地層巖性、孔壁穩(wěn)定程度以及沖孔換漿具體要求和實(shí)際質(zhì)量等確定填料方式，本工程采用循環(huán)水輔助填料。

本工程以硬質(zhì)、密度大、無(wú)明顯棱角的石英礫作為主要礫料，并應(yīng)防止粒料中摻加進(jìn)可溶解于鹽酸、富含鐵錳、片狀、多棱角等的材料，上述不達(dá)標(biāo)材料的摻量應(yīng)控制在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的15%以內(nèi)。在填料時(shí)，應(yīng)沿井管內(nèi)壁均勻緩慢注入回填濾料，如果上述填料過(guò)程受阻，不能晃動(dòng)或強(qiáng)行拔拉井管，應(yīng)在井管內(nèi)下入小掏筒并緩慢勻速上下提動(dòng)，確?；靥盍享樌鲁?。

2.5.5 管外封閉

淮濱縣農(nóng)村飲水安全工程以事先預(yù)制晾干的直徑0.25-0.30cm優(yōu)質(zhì)黏土球?yàn)橹顾牧?，用前制好涼干，黏土球含水量?yīng)控制在20%左右?？紤]到管外封閉施工可能的廢料率，應(yīng)按照比計(jì)算數(shù)量多出25%-35%進(jìn)行黏土球?qū)嶋H用量的準(zhǔn)備。采用與填濾料相同的方法進(jìn)行封閉填料的填筑。在開(kāi)始前，先按照試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行孔內(nèi)泥漿取樣同時(shí)送至工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行崩解時(shí)間試驗(yàn)，對(duì)于本工程分段隔離止水的情況，各段止水物厚度都應(yīng)控制在10m及以上。

3 結(jié) 論

淮濱縣農(nóng)村飲水安全工程于2020年5月竣工并投入運(yùn)行，就目前情況來(lái)看，機(jī)井運(yùn)行效果良好，基本上達(dá)到了解決淮濱縣欄桿鎮(zhèn)、期思鎮(zhèn)、張莊鄉(xiāng)、趙集鎮(zhèn)、新里鎮(zhèn)、固城鄉(xiāng)、鄧灣鄉(xiāng)、順河辦事處等鄉(xiāng)鎮(zhèn)(辦事處)人民群眾安全飲水問(wèn)題的項(xiàng)目目標(biāo)，在保證區(qū)域民生和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面的社會(huì)效益顯著發(fā)揮。