張俊學

(山西省新絳縣水利水保局，山西新絳043100)

隨著城市和新農村建設步伐的進一步加快，解決城市集中供水水源和邊遠貧困山區(qū)安全飲水是近幾年來水利工作的中心任務之一。在我國北方邊山丘陵區(qū)，山前洪積扇砂卵石地層中地下水源都較為豐富，但因埋藏深，施工難度大，成井率較低，浪費了大量的人力和物力，水源工程建設達不到預期的目的，現(xiàn)結合石門峪井灌區(qū)的建設經驗對砂卵石地層的成井工藝進行初步探討。

1 石門峪井灌區(qū)的地質地貌條件及地下水貯存特點

石門峪井灌區(qū)地處呂梁山前洪積扇之上，區(qū)內沖溝發(fā)育，地形破碎，地勢西北高、東南低，由西北向東南傾斜，海拔高程620～470 m之間，自然坡度上陡下緩，一般上部約30‰，下部約23.3‰，地下水貯存公布于第四系上部的中更新統(tǒng)和下更新統(tǒng)砂卵石地層中，在200 m深度內含水層共有8～3層，厚約80～55 m，單井涌水量為140～80 m3/h，沿洪積扇中軸方向由上往下厚度逐漸變薄，顆粒由粗大砂卵石向小砂礫石變化，出水量也相對減小，地下水補給以呂梁山區(qū)的降雨入滲為主，動態(tài)變化受降雨頻率影響變化較大，水位埋深介于140～60 m之間。

2 鉆機類型選擇

選擇鉆機主要依據(jù)以下幾個原則:鉆孔目的、含水層巖性、硬度、鉆孔口徑、深度要求、水位埋深、出水量、施工條件等。

前已述及，洪積扇地區(qū)含水層巖性以石灰?guī)r組成的砂礫石、砂卵石為主，屬六類地層，按設計要求，開孔直徑650 mm，終孔直徑不小于600 mm，孔深160～200 m，單井出水量為80～180 m3/h。根據(jù)目前通常使用的鉆井設備，比較沖擊鉆CZ22型、CZ30型、回轉鉆機水—300的性能后，用CZ30型沖擊鉆施工，其優(yōu)點是結構簡單操作靈活、鉆井深度可達250 m以上，在卵石層中鉆進效果十分明顯，尤其是粗大卵石和漂石地層。

3 成井工藝要求

3.1 鉆井技術要求

由于砂卵石地層變化較大，在施工中給井孔垂直、圓滑度、塌孔等帶來許多問題，為保證工程質量，應采取以下措施。

1)鉆頭勤補焊、保持兩邊一樣長。

2)沖擊鉆頭大小角比例適中、大角比小角長30～40 mm，同時可加快鉆進速度。

3)用十字交會法經常檢查是否孔斜。其

方法如圖1所示，O為井孔中心，A—A1、B－B1是通過井孔中心的四個基本點，用AA1、BB1兩根繩子的交點是否與綱絲繩緊挨，判斷是否孔斜及方向，兩點重合則孔直，若偏離O點至O1時，說明井孔偏向B點一方，同樣方法可檢查其它方向的孔斜。若孔斜超出3°/100 m的技術要求，要進行校正，其方法是及時回填磚塊、小礫石至孔斜段上部3～5 m后，放緩鉆進速度可校正孔斜。

圖1

4)清水鉆進，泥漿輔助

為了防止塌孔順利鉆進，在鉆進過程中采用“清水鉆進，泥漿輔助的辦法，取得了較好的效果。石門峪洪積扇地層以粗大砂卵石、砂礫石為主、結構疏松易坍塌，并夾有薄層粘土，但粘土質量較差，單靠自造泥漿鉆進確有困難，所以在粘土類地層中鉆進時，采用清水鉆進，而在砂卵石、砂礫石地層中鉆進時，要把攪拌好的泥漿送到予定位置，稠度用野外測試法控制在17～18s(用手指醮少許泥漿，以顯見指紋為宜)，該段地層過后，用抽泥筒抽泥并補充清水，最大限度地減少泥漿對含水層滲透能力的影響，保證井的出水量。

3.2 井管、濾料技術要求

井管和濾料是成井中的關鍵部分。根據(jù)井灌區(qū)設計要求，施工中開孔直徑650 mm，終孔直徑不小于600 mm，采用井管直徑為402 mm，井管力學性質:見附表1。從表看出，井管和孔壁之間環(huán)狀間隙介于99～124 mm，滿足濾水層70～120 mm的技術要求，這樣，即可增加井的過水斷面，加大出水量，又可使水流影響范圍內含水層中的小顆粒向井內運動時在濾料層被阻擋，不致造成涌砂現(xiàn)象。

目前，由于井管的材料和過濾器的結構不同，其類型較多。從管材分:有水泥管、鑄鐵管、鋼管、鋼筋砼管等;從濾水管的結構分，有纏絲過濾器、填礫過濾器、包網(wǎng)過濾品等。盡管類型多，但各有優(yōu)缺點和適用條件，根據(jù)石門峪井灌區(qū)的成井情況分析，普通水泥管抗壓、抗拉強度低，孔隙率小使得成井深度受限制或出水量不足。

表1 鋼筋砼管基本情況一覽表單位:m、mm、%

而鑄鐵管、鋼管雖然抗拉、抗壓強度、孔隙率都較好，但成本太高，不具有普遍性。鋼筋砼井管、纏絲過濾器具有以下特點:

1)投資省，壽命長。目前市場上鋼筋砼井管價格60元/m，纏絲過濾器80～100元/m，同325 mm鋼管(220～240元/m)相比，可節(jié)省投資50%以上，從使用壽命分析，鋼筋砼管耐腐蝕、而且進水孔周圍不易生成銹垢、影響出水量。

2)鋼筋砼管進水孔采用條狀結構，并增設導水槽，可降低對水的阻力，提高了滲透效率，增加出水量。

3)砂卵石地層中，細顆粒的成份較少，采用纏絲過濾器既可增加井管的抗壓強度、同時可增大井的出水量，纏絲間隙為1.5～2.0 mm。

井管全部下入孔內后，井管和井壁之間的環(huán)狀間隙中要填上濾料，在井管周圍形成一個良好的人工反濾層，起到擋砂濾水的作用，應選用磨園度較好的天然濾料，其規(guī)格根據(jù)含水層顆粒大小來決定。表2是4、5、9、15四個井的含水層篩分結果。從表2和附表3比較，所取土樣分析結果與含水層一致，可做為填濾料的依據(jù)。篩分結果表明，含水層均以卵石、礫石為主、占到85%以上，砂類含水層中以粗砂為主，考慮到取材方便經濟，選用當?shù)?～15 mm的天然混合料做為濾料。

3.3 下管、填濾料、洗井及抽水試驗

鉆孔終止后，為防止塌孔和井壁上泥皮牢固，在短時間內下入井管后進行洗井、抽水試驗等工作。

1)下管前用驗孔器進行驗孔，測量井孔的垂直和園滑情況，以保證順利下入井管。同時由于鉆井過程中部分含水層使用了泥漿，為減少洗井工作，要進行破壁處理，方法是用近似口徑的放射狀鋼絲劃破之后壓入清水，排出稠泥漿。

井管的自重量大，為防井管斷裂，我們采用托盤法和懸吊法結合一次性下入井管，并在井管外每隔30～40 m安裝一套扶正器，使井管中心不偏，環(huán)狀間隙均勻。

表2 石門峪井灌區(qū)深井地層篩分結果 單位:m、mm、g、%

表3 石門峪井灌區(qū)成井基本情況一覽表 單位:m、mm、m3/h

2)準備好足量混合均勻的濾料后開始填料，因井管周圍的環(huán)狀間隙較大，所以采用人工連續(xù)、快速、均勻的投礫方法，速度控制在15～30 m3/h之間，避免了因礫料大小不同，在下落過程中由于速度差異而造成的分選，保證了濾料在地面的混合比。為防止濾料在環(huán)狀間隙中產生“懸棚”現(xiàn)象，可用測繩不斷測量填料高度，同時用提筒在井內上下活動，在水流沖擊波作用下使濾料密實，高度填至水位以上30～40 m，剩余部分用粘土層進行封閉。

3)洗井的目的是清除井內泥漿，破壞井壁上的泥皮，抽出含水層中的細粒物質，疏通含水層、增加透水能力和出水量。洗井依次用常規(guī)的提筒、空壓機洗井洗井，時間不少于8 h。

4)抽水試驗是檢查洗井效果和成井質量好壞的唯一方式，其抽水強度大，延續(xù)時間長、能反映含水層和成井的真實性，所以，當空壓機洗到水清砂凈時，下入潛水泵做抽水試驗。連續(xù)抽水12～24 h后，水位上下波動小于0.03 m，動水位基本穩(wěn)定后，測量水位和涌水量，結果見附表3。試驗結果表明，實際出水量均大于設計出水量，成井質量良好，達到了預期目的。

4 結論與建議

1)首先摸清邊山丘陵洪積扇地區(qū)地下水的儲存分布特征，通過物探測井選好井位，完成開鉆前的單井設計。

2)砂卵石地區(qū)含水層以粗大砂礫石、礫卵石為主，選擇適宜該地層的沖擊式鉆機，減少了施工難度，效果更好。

3)鉆進中以清水鉆進為主，一般情況下少用泥漿，稠度要小，同時應保持井孔垂直，圓滑，對主要含水層取樣篩分，以指導下管和填料工作。

4)根據(jù)含水層的顆粒大小、厚度、富水程度、經濟、合理地選擇井管和濾料，以最大限度的滿足水量要求。

5)及時洗井以免造成井內沉淀和泥皮牢固，影響出水量。

6)通過抽水試驗，確定最大降深和最大出水量，為配套和水資源調配提供依據(jù)。