UPVC井管在云南抗旱供水井中的應(yīng)用

段會(huì)軍,趙大軍,黃晟輝,于 磊

(吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130026)

UPVC井管在云南抗旱供水井中的應(yīng)用

段會(huì)軍,趙大軍,黃晟輝,于 磊

(吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130026)

在水井工程中,國(guó)外現(xiàn)在應(yīng)用較多的是UPVC全塑料井管,而在我國(guó)卻不然。分析了UPVC全塑料井管在水井應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn),并通過(guò)其在云貴高原的應(yīng)用實(shí)例,介紹了 UPVC全塑井管在下井管、止水、洗井工藝中的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用表明,UPVC井管可以保證成井質(zhì)量,提高施工技術(shù),UPVC全塑井管在農(nóng)村及干旱地區(qū)的應(yīng)用前景巨大,有很好的推廣價(jià)值。

供水井;UPVC井管;止水;洗井;出水量

0 前言

從古至今,水井在人類(lèi)的生活中扮演著重要的角色,而中國(guó)是世界上開(kāi)發(fā)利用地下水最早的國(guó)家之一[1]。在水井工程中,根據(jù)材料的不同,井管可以分為鋼管、鑄鐵管、混凝土類(lèi)井管、塑料管[2]。塑料濾水管抗腐蝕、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng),在世界范圍內(nèi), 70%的水井及相關(guān)工程使用此材料,30%左右使用金屬濾管,而在中國(guó)情況卻恰恰相反,只有 30%的使用非金屬管材[3]?？梢?jiàn),塑料濾水管在中國(guó)有巨大的市場(chǎng)空間。

1 UPVC井管的特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的金屬類(lèi)井管,UPVC管有如下優(yōu)點(diǎn):(1)其材料為非金屬,解決了易腐蝕,易堵塞的問(wèn)題,延長(zhǎng)濾水管和水井的使用壽命;(2)透水性能良好,濾水可靠,降低進(jìn)水含砂量,從而也延長(zhǎng)了泵的壽命;(3)管材質(zhì)量輕,僅為同口徑鑄鐵井管的 1/ 8,運(yùn)輸、搬運(yùn)方便,各管之間采用絲扣連接,并在接口處涂膠水強(qiáng)化連接強(qiáng)度,從而提高了成井速度,大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí),也利于施工的安全[4];(4)成本比鋼管、鑄鐵管低,管材成本較無(wú)縫鋼管降低 22%左右,管材一次注射成型,節(jié)約了打眼、纏絲、焊筋等幾道工序,可以提高工作效率,降低加工費(fèi)用[5],因而在同等出水條件下,水井直徑和成井費(fèi)用大幅下降;(5)UPVC全塑井管具有抗鹽、抗酸、抗堿等特性,外壁無(wú)需做防腐處理[6],其材料是十分穩(wěn)定的高分子聚合物,可以應(yīng)用于各類(lèi)水井中,潛水泵在井下運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,UPVC管不會(huì)受到電化學(xué)腐蝕,使用壽命在 30年以上;(6)UP2 VC全塑井管內(nèi)壁光滑,比同一直徑金屬管的摩擦阻力損失小,流量均勻,可以減少抽水的功率消耗[7]。

同時(shí),UPVC管也有一定的不足,如強(qiáng)度沒(méi)有鐵管、鋼管高,在水井工程應(yīng)用中,需要進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算,驗(yàn)證其是否能滿足安全要求;其次,UPVC管管材質(zhì)量輕,下管難度大,倘若孔內(nèi)發(fā)生縮徑、掉塊現(xiàn)象,需要徹底透孔,而后快速下管,確保下管安全;另外,UPVC管熱脹系數(shù)大,溫度升高后,其強(qiáng)度直線下降,所以不宜在 60℃以上的環(huán)境中使用[8]。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.1 水文地質(zhì)條件

云南省楚雄彝族自治州位于云貴高原中部,屬東北亞熱帶冬干夏濕季風(fēng)氣候區(qū),冬春降水偏少,又發(fā)生 50年一遇的大旱,灌溉、人畜用水困難,而表層水又受到污染,不能作為飲用水。因此,吉林大學(xué)為當(dāng)?shù)刈游珂?zhèn)小學(xué)捐贈(zèng)一口“科技抗旱井”,解決當(dāng)?shù)貙W(xué)校用水難的問(wèn)題。

該地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,上部 0～26.6 m為全風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化的紅泥巖地層,26.6 m以深主要為泥質(zhì)砂巖、砂巖互層,砂巖地層盡管相對(duì)穩(wěn)定,但存在破碎帶夾層。靜止水位為 8.8 m。設(shè)計(jì)出水量為 50 m3d。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)地層資料和含水層狀況,井深設(shè)計(jì) 122 m,開(kāi)孔直徑 225 mm,硬質(zhì)合金鉆頭取心鉆進(jìn),“170 mm孔徑為 26.50～88.52 m,在 58～88.52 m深度內(nèi)采用氣動(dòng)潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn),以下孔徑為 150 mm,采用孕鑲金剛石鉆進(jìn)?？卓谙氯?“219 mm套管 26.5 m,從而隔離地表水。

2.3 UPVC管選擇與強(qiáng)度校核

采用佛山帝濾源塑料制品廠提供的UPVC塑料井管,外徑 125 mm,壁厚 4.8 mm,公稱(chēng)壓力 1.0 MPa,抗壓強(qiáng)度 65 MPa,抗拉強(qiáng)度≥45 MPa,使用溫度 -10℃～50℃[9],單位質(zhì)量為 2.95 kg/m,縱向回縮率≤5%。濾水管采用割縫全塑井管。

122 m井深的 UPVC全塑井管質(zhì)量為 359.9 kg,泥漿密度為 1.1×103kg/m3,所受浮力為 243.12 kg,提升井管所需的提拉力為 1.26 kN,遠(yuǎn)小于 UP2 VC管所能承受的最大抗拉力值。當(dāng)然,所受的綜合拉力需要考慮在下管過(guò)程中的非正常因素,安全系數(shù)取 2.5,所用螺栓為直徑 5 mm,根據(jù)剪應(yīng)力計(jì)算公式,取螺栓的個(gè)數(shù)為 4個(gè),滿足強(qiáng)度要求。在不考慮泥漿的作用下,井管底部壓強(qiáng)為 1.95 MPa,低于UPVC管軸向抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

2.4 下管前的準(zhǔn)備工作

將 “150 mm鉆具下入探井,檢查井壁是否圓滑、規(guī)整,有無(wú)“狗腿彎”,并嚴(yán)格校正鉆井深度(122.12 m)。逐步替換井內(nèi)稠泥漿,清除泥漿中的巖屑,沖孔換漿,保證下管順暢,防止割縫被堵,減少洗井的困難。將稀泥漿壓入,逐步替換井內(nèi)稠泥漿,清除泥漿中的巖屑,連續(xù)換漿 5 h后,泥漿粘度為 16 s,滿足要求。

檢查起重設(shè)備和井管,確保井管質(zhì)量合格,完好無(wú)損,將UPVC管編號(hào)按順序排列,保證濾水管和含水層對(duì)應(yīng)。

2.5 下井管

由于在上部下了 “219 mm的套管26.5 m,起到了隔水和導(dǎo)正作用,保證了下管的質(zhì)量,濾水管底部位于砂巖中,沒(méi)有底座,不封死,以增加出水量。井管部分由井壁管(白管)與濾水管組成,通過(guò)升降機(jī)向下升降井管,下井管時(shí)確保井管垂直,用干毛巾擦拭連接部位,然后涂膠 (見(jiàn)圖 1)。再快速將 UPVC管楔入管帽內(nèi) 10 cm左右,為提高速度,在管頂上放一塊橫木,人可站在鉆塔上用手錘錘擊,使UPVC管楔入管帽內(nèi)。同時(shí),用手電鉆快速鉆孔,安裝螺栓,連接圖見(jiàn)圖2。

圖1 UPVC管下井示意圖

圖2 UPVC管連接圖

濾水管從孔口連續(xù)下入 64 m再下入實(shí)管,下到孔底后,用鉆機(jī)提升井管,使井管懸空,利用井管自重保證井管垂直。

2.6 止水和填礫

供水井止水的主要目的是隔離地表水和有害含水層的水,此水井下入26.5 m套管隔離了上部含水層。由于UPVC管與孔壁之間距離小,不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的扭曲,且現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有優(yōu)質(zhì)的礫料,若投礫料,井內(nèi)紅泥顆?？赡軙?huì)和礫料混在一起,影響出水量,而當(dāng)?shù)卦谒┕r(shí),也不在井內(nèi)投礫料,所以在下管后沒(méi)有填礫,直接洗井及抽水,井內(nèi)安全,證明這種方案可行。

2.7 洗井及抽水

采用水泵分段抽水法,水泵為JQ型深井潛水泵(額定揚(yáng)程為 240 m,額定流量為 6 m3h,電機(jī)功率3.0 kW),井泵上接塑料揚(yáng)水管,內(nèi)徑 50 mm,壁厚 6 mm。通過(guò)提吊鋼絲繩將潛水泵分別下到 53、65、95 m深處,直至水清砂凈,洗井結(jié)束。確定潛水泵放置深度時(shí),需考量以下 2方面:首先,測(cè)得孔內(nèi)動(dòng)水位為 65 m,送水的地點(diǎn)比出水口高 60 m,考慮到高程損失,在泵的揚(yáng)程范圍內(nèi);其次,在滿足出水量的同時(shí),盡量減小對(duì)第四系含水層的抽吸作用[10]。所以,最終將潛水泵置于孔深 80 m處,出水量穩(wěn)定,為72 m3d,說(shuō)明UPVC井管能承受孔內(nèi)側(cè)壓和本身的重力,達(dá)到替換鋼管的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

該水井成井后出水量 72 m3d,解決了當(dāng)?shù)匦W(xué)用水難的問(wèn)題,施工取得了很好的社會(huì)效益,為在云南地區(qū)應(yīng)用和推廣全塑井管成井工藝積累了經(jīng)驗(yàn),為“以塑代鋼”展示了廣闊的推廣前景[11]。水井水質(zhì)、出水量等均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,可以預(yù)測(cè)其長(zhǎng)期的使用效果會(huì)好于其他類(lèi)井管。

UPVC全塑井管也可應(yīng)用于大直徑水井,在保證強(qiáng)度的要求下,同等孔徑和地層條件下,可保證出水量,大大節(jié)省成井成本,只是對(duì)成井質(zhì)量和施工人員的技術(shù)要求更高。倘若規(guī)范施工工藝,提高成井質(zhì)量,UPVC全塑井管將會(huì)有更好的推廣價(jià)值,在中國(guó)的應(yīng)用前景將是巨大的,是我國(guó)輕型、耐腐蝕井管材料研究和機(jī)井建設(shè)的發(fā)展方向[12]。

[1] 孟祥光.孫友宏.塑料供水井井管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].西部探礦工程,2009,(3):185-186.

[2] 王紀(jì)科,周建釗.塑料管水井是我國(guó)水井工程發(fā)展的方向[J].地下水,1994,16(1):15-16.

[3] 林文娜.一種濾水管[P].中國(guó)專(zhuān)利:200920264707.8,2010-09-15.

[4] 王策.有關(guān)U-PVC管的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和思考[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2007,(24):101,105.

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Application of UPVC W ell Pipe forDrought Relief in Yunnan

DUAN Hui-jun,ZHAO Da-jun,HUANG Sheng-hui,YU Lei(College of Construction Engineering,Jilin University,Changchun Jilin 130026,China)

In the wellproject,UPVC allplasticwellpipe ismore applicated overseas,but it is not the case in China.This paper describes the advantages and disadvantages ofUPVC all plastic well pipe in the well application;introduces the key technologies of the wellpipe putting,water sealing and well flushing process by the application cases in Yunnan-Guizhou plateau.Actual practice shows thatUPVC well pipe can guarantee the well completion quality and improve the construction technology,which has very good promotion value in China,especially in rural and arid areas.

waterwell;UPVC well2pipe;water sealing;well flushing;water yield

TU991.12

A

1672-7428(2011)05-0034-03

2011-01-08;

2011-03-03

段會(huì)軍(1986-),男(漢族),山西忻州人,吉林大學(xué)碩士研究生,地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè),研究方向?yàn)殂@掘工藝及機(jī)具,吉林省長(zhǎng)春市西民主大街 6號(hào),ypdhj@163.com。