基本信息
减压井作为一种排水减压措施,因其减压理论成熟、施工简单、效果明显等,在堤防工程中受到了广泛应用。减压井主要用于降低大坝、堤防、水工建筑物等透水地基中的地下水压。减压井系统对于
渗流控制、防止砂沸或
管涌具有显著的效果。在中国,自从20世纪50年代以来,它就被用作一种处理透水堤基渗流问题的渗控措施。然而,减压井的淤堵是导致其排水能力降低的一个严重问题。
淤堵成因
机械淤堵
机械淤堵的成因和机理包括:
(1)井口浑水
倒灌会造成减压井井壁的淤堵, 并可能经过
滤网向
滤层内扩展;
(2)减压井施工过程中产生的泥浆会直接淤堵滤层,甚至在滤层与地层界面上形成泥皮,降低减压井的减压效果;
(3)反滤料级配或滤网设计不合理时,使从含水层中随水流运动的细颗粒在反滤层及其附近过度集中,形成机械淤堵。
化学淤堵
化学淤堵的成因和机理包括:
(1)地层中的
针铁矿、
硫铁矿等矿物是造成减压井化学淤堵的物质来源;
(2)从地层向井内运动的水流是造成含铁矿物的溶解(还原)和运移的水力学条件;
(3)井水表面及井壁与大气的接触为 和 等化学淤堵物质的形成提供了氧化条件;
(4)减压井停止出水的间歇运行期,氧化作用形成的化学淤堵物质吸附沉积在井壁,甚至进入滤层,造成减压井的淤堵,所以化学淤堵有溯源特性,即在
井壁发生,并向井结构、乃至地层中扩展。
生物淤堵
生物淤堵的成因和机理包括:
(1)在减压井水位变动带容易形成
藻类,从而淤堵减压井;
(2)减压井井壁上形成的铁细菌和硫细菌也会造成减压井淤堵;
(3)生物活动通过黏附堵塞作用、吸附作用及垢化作用促进减压井机械和化学淤堵。
减少淤堵措施
(1)合理设计减压井的滤层和滤网,做好井口保护,防止污水倒灌,钻进施工中避免采用泥浆固壁,井结构材料均采用惰性材料,尽量保证井花管段在常年地下水位以下有足够长度,将减压井兼用作供水井以避免长时间间歇运行等,这些措施都能够有效减少减压井淤堵的发生;
(2)大降深洗井和活塞洗井,对已淤堵减压井减压效果具有一定的恢复作用;
(3)
冰醋酸+
络合物和
双氧水洗井,在一定程度上可以消除减压井的化学淤堵;
(4)定期杀菌处理可以减少生物活动对减压井淤堵的影响;
(5)化学淤堵具有溯源性,生物淤堵、由灌淤引起的机械淤堵也是从井壁开始的,即使是颗粒源自含水层的机械淤堵,也可以通过合理设计使淤堵集中在可拆换过滤器中,所以可拆换过滤器的减压井适用于大多数情况。其首次建设成本虽比常规减压井增加约50%,但由于它可以通过拆换过滤器而恢复减压井的功能,所以长期运行中的性能价格比常规减压井高得多。试验研究和实际运行已经证明它能有效阻碍淤堵向井外发展,并在自身被淤堵后可以通过更换而恢复减压井的功能。
效果影响因素
影响减压井运行效果的因素有很多,其中较主要的有减压井贯入深度、井管直径、井间距、出水口高程以及滤层透水性等,现分述如下:
(1)减压井贯人深度指的是减压井井管深入到强透水层内的长度。它与强透水层厚度的比值称为贯入度,是减压井在设计时的一个重要指标。而贯入深度大小,决定了减压井进水段进水条件,将直接影响减压井效果。
(2)井管直径、井间距、出水口高程分别指减压井井管的直径尺寸、同一列井中井与井的距离以及减压井排水通道安设位置的高程。在减压井运行过程中,这些因素都将一定程度上影响其出水效果。
(3)滤层透水性指的是包围在减压井井管周围滤层的渗透系数大小。在设计时,滤层的渗透系数一般比较大,但随着减压井运行时间延长,滤层往往会发生淤堵,又或者是在施工时由于技术与操作的原因,造成泥浆等杂质混入滤层,引起滤层渗透系数下降。由于滤层是减压井进水口之前的一道屏障,滤层渗透系数下降,透水性降低,对减压井的排水性能会造成很大影响。
井效恢复新技术
常用的压缩空气法、离心泵法、抽水洗井法等洗井方法形成的降深都较小,一般在3m以内,而且单纯依靠抽水,不能有效促进淤堵物的流动甚至松动,所以很难彻底清除减压井过滤系统内的细颗粒、Fe离子及胶结物等淤堵物质,最终降低了洗井功效。根据减压井的淤堵机理以及洗井方法的不足,认为要想比较彻底的清除减压井过滤系统的淤堵物,可以借鉴水力学方法,利用活塞式大降深抽注水洗井方法。
这种方法主要借鉴了水力学方法及物理上的活塞原理,采用大降深,并采用循环式的抽注水进行洗井。其优点在于:
(1)根据水力学原理,大降深形成的大坡降对于淤堵物的起动有明显的作用。
(2)活塞式可以实现对淤堵物的正反两个方向交替施力,利于淤堵物的松动,因为抽水可以抽出淤堵物,并实现正向的驱动淤堵物,而注水可以反向驱动淤堵物,使淤堵物向四周流散,抽注水循环进行有效促进了细颗粒、铁锈水及
胶结物等淤堵物的松动乃至流动,增大了渗透性,利于淤堵物的有效清除。