CN101285303B - 一种减压井施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及江河堤坝防护工程技术。提出一种减压井的施工方法，其中包括造孔、清孔、井管制备及吊装、反滤料配备及充填、洗井、抽水试验、井口处理等工序，其特征在于：在造孔工序中采用直接取土式钻机造孔并用高聚物复合浆液护孔，在清孔工序中直接利用高聚物复合浆液进行清孔并包括浆液回收、净化、储存和再利用循环过程。高聚物复合浆液以水1000、膨润土70-130、聚丙烯酰胺5-25、纤维素醚2-15、加重剂0-9、工业碱0-5、降失水剂0-3的重量比例调配，用漩流式制浆机拌和成浆。本发明施工操作简捷、生产效率高，产品质量好、运行寿命长，施工过程节能、节水、低成本、低噪音、无污染。

Description

一种减压井施工方法

技术领域

本发明涉及江河堤坝防护工程中减压井的施工方法。

背景技术

减压井是一种常用而有效的江河堤坝防护加固设施，其主要功能是疏导汛期堤内的地下渗流量。当外江水位升高时，减压井起排水减压作用，从而降低作用于堤基砂层或坝内覆盖层中的承压水头及渗透压力，防止发生基堤渗透变形和渗透破坏现象，保护堤坝安全。减压井的结构如图1所示，井管通常采用PVC管制成，上部分为升水管，下部分为滤水管。滤水管部分在管壁上开凿利于进水的条形槽或小孔(开孔率13～20％)，井管与井孔之间的环形空间分层充填符合粒径级配要求的砾石反滤料。

运行一定年限后，部分减压井会出现出水量减少、井损甚至失效等情况，其主要原因是由于微颗粒穿过反滤层随着渗透水带出，使滤水管及井管外反滤层发生淤堵，从而使减压井的排水减压效果不同程度地降低。研究表明，影响减压井运行效能和使用寿命的主要因素是施工方法和反滤方式，反滤方式可通过优化过滤系统结构和优选材料等手段加以改善；施工方法中最为关键的是减压井孔的造孔环节。因此，为了保证建成的减压井能持续、长时间地发挥导渗减压功能，最重要、最根本的措施是改进造孔方法。本发明的重点就在于减压井的造孔方法。

传统的减压井造孔方法大多采用泥浆护壁或振锤法沉管护壁、回旋钻或冲击钻造孔法。这些方法只是护壁方式不同，其共同特点是造孔时依靠泥浆介质的循环流动输送、带出钻渣。由于造孔方法本身的局限性，导致其施工效率低、洗井耗时长、产品质量差，井造成后常发生出水量不足或根本不出水等情况，从而导致减压井失效的后果，严重制约了减压井这一成熟的堤坝防护设施正常功能的发挥。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种减压井的施工方法，其可克服传统施工方法存在的种种弊端。具有操作简捷、成孔耗时少、高效安全、作业条件好，节能减排、环保等特点。

本发明可通过如下技术方案来实现：

一种减压井的施工方法，包括有造孔、清孔、井管制备及吊装、反滤料配备及充填、洗井、抽水试验、井口处理、上部结构构筑等工序，其特征在于：

在造孔工序中采用直接取土式钻机造孔并用高聚物复合浆液护孔，在清孔工序中直接利用高聚物复合浆液进行清孔。

在造孔工序中包括高聚物复合浆液制备和储存过程。

在清孔工序中还包括浆液回收、净化和储存的浆液再利用循环过程，浆液再利用循环过程循环系统包括采用泥浆泵、离心分离机、震动筛沙机、浆液储存器等机具。

高聚物复合浆液的配制方法，其成分组成重量比是：

水                  1000；

膨润土              70～130；

聚丙烯酰胺          5～25；

纤维素醚            2～15；

加重剂              0～9；

工业碱              0～5；

降失水剂            0～3。

其中：

水为高聚物复合浆液的主体成分；

膨润土：高聚物复合浆液的主要成分之一，是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土岩，比重2.4～2.8，无臭无味、颗粒细微、易于制浆，膨润土泥浆性能稳定，在造孔时形成的泥皮较薄(护壁12h泥皮厚约2mm)；

聚丙烯酰胺(PAM)：高聚物复合浆液的主要成分之一，为高分子聚合物，无毒、无腐蚀性，易溶于水，比重与水相近，其分子量大，分子中具有阳性基团，能与分散于溶液中的悬浮粒子吸附和架桥，絮凝作用强，可显著增强浆液的护壁性能；

纤维素醚：主要有聚阴离子纤维素(PAC)及羧甲基纤维素钠盐(CMC)，其中：

PAC：半天然的水溶性聚合物添加剂，能迅速溶解于水成为透明的胶体水溶液。黏性好、抑制性强、流变性好，取代度高、取代均匀性好，能抑制膨润土和盐分的分散和膨胀，使井壁污染得到控制，稳定软土结构，防止井璧崩塌，减缓泥浆中固体的堆积，在复合浆液中PAC主要起提高黏度和稳定性、增强悬浮性能、降低滤失量等作用；

CMC：一种具有高分子结构的阴离子纤维素醚，无味、无毒，易溶于水形成透明胶体水溶液。具有良好的乳状、打散、悬浮、成膜和黏结作用，能增加浆液黏度，提高泥皮性能，防止泥皮脱落，还能包裹住膨润土颗粒，对胶体起保护作用，既有助于浆液中的钻渣悬浮，又能使井壁得到保护，还可防止浆液受到污染，是膨润土泥浆很好的外加助剂。

加重剂：用于增加浆液比重，在难以保证槽壁稳定的特殊情况下，添加适量加重剂可增大复合浆液的黏度和凝胶强度。加重剂的比重和细度要符合要求才能在浆液中均匀分散而不致发生沉降，保持泥浆稳定。主要加重剂有：硫铁矿微粉(FeS含量不低于46％，比重大于4.2，细度200目以上)，硫化铁微粉(比重大于4.3，细度大于200目)，重晶石粉(BaSO4含量高于95％，比重4.3以上，细度325目)等；

工业碱：主要有碳酸钠和小苏打，用作分散剂，能改善浆液性质，控制浆液质量。浆液中如混入钙离子、钠离子等杂质，就会发生泥水分离、泥皮性能降低等现象，降低和丧失浆液的护壁性能，使用分散剂可排除这些障碍；

其它降失水剂：主要有废纸浆、锯末等纤维素，起防止渗水作用。

以上成分配比根据地层特性作适应调整，各种组分按比例配备，并投入漩流式制浆机拌和成浆，调制而成的新浆液密度控制在1.13～1.16之间，黏度控制在20～25s之间，造孔时孔内浆液胶体率98％以上。

高聚物复合浆液综合发挥了各组成物的优良特性，其护壁原理与传统泥浆类似，但比普通泥浆具有更为优越的性能：泥皮薄而护壁能力强、易清除易洗井、性能稳定可靠、易于制作控制、无污染无腐蚀。复合浆液的性能指标选取非常关键，实际施工中，要根据工程具体地质情况合理控制。实践表明，高聚物复合浆液是减压井造孔理想的护壁泥浆。

当造孔深度达到设计要求后，运用反循环原理，通过“浆液回收、净化、储存和再利用循环系统”，抽出井孔中含有残留钻渣的旧浆液、并同步注入合格新浆液补充，直至完全清除孔中残渣，达到护孔和清孔双重目的。

清孔达到要求后及时进行井管吊装，随后充填反滤料及其他填料，再进行井口处理、上部结构构筑等后续工序，直至验收合格。

综上所述，本发明有如下实质性特点和显著进步：

1.应用带纠偏装置的直接取土式钻机造孔，其特点是：(1)钻渣不依靠浆液循环排出而由筒式钻具直接、快速取出，成孔耗时少(对于砂土、粘性土、粉质土等土层，孔深25m只需3～4h，而用传统方法需时3～5d)，大大减少发生塌孔或涌砂等事故的可能性，高效安全。(2)高精度纠偏装置有效避免了孔斜、偏孔现象的发生，保证成孔质量；钻头的往复进出运动间接起到擦刮泥皮、修复孔壁的作用，从而使孔壁平整、孔径规矩、尺寸精准。(3)由于成孔快速，不仅泥皮厚度显著减少，而且明显减少浆液流失量以及浆液对减压井滤水段透水地层的渗入和污染，减轻了后续洗井工序的工作量，既节能节水省时，又提高减压井性能。

施工实践表明，采用本方法造孔时洗井一般只需6～12h，而采用传统施工方法造孔时洗井耗时通常要5～7d，本方法提高洗井工效十倍以上。

2、采用漩流式制浆机拌制高聚物复合浆液，由于拌和均匀、反应充分，因而浆液性能稳定可靠，有利于提高造孔质量。此外，由于漩流式制浆机不同于传统的机械叶片式搅拌机，因而更具有安全、高效、环保等特点。

3、复合浆液只用于护壁和清孔，不需要负担钻渣的输送，因而用量少，加上出渣时钻渣与浆液有效分离，浆液含渣量少，便于回收和净化，钻渣也易于弃置，工程完成以后废弃浆液量很少，减少了污染，降低了成本。

4、通过“浆液回收、净化、储存和再利用循环系统”，充分回收旧浆液，并进行高效的去渣、除沙和净化处理，保证浆液质量，减少浪费和污染。

5、整个施工过程操作简捷、振动小、噪音低，作业条件好、劳动强度低，节能减排、环保文明。

附图说明

图1减压井造孔原理示意图；

图2减压井结构示意图；

图3减压井施工方法流程图。

图中，1-钻机，2-井口护筒，3-地面平台，4-护壁浆液，5-井壁、泥皮，6-筒式钻具，7-未钻土层，10-回填砂土，11-排水管，12-钢盖板，13-混凝土井筒，14-钢三通，15-回填混凝土，16-回填泥砂，17-PVC升水管，18-回填粗砂，19-砾石反滤料，20-PVC过滤管，21-进水槽孔，22-井管塞和定位器。

具体实施方式

实施例一

参考图1、图2和图3，图1为本发明的减压井造孔原理示意图，图2本发明的减压井结构示意图；图3为本发明的减压井施工方法流程图。本发明提出一种减压井的施工方法，包括有测量放线、造孔、清孔、井管吊装、反滤料充填、洗井、抽水试验、井口处理、上部结构构筑等工序，其特征在于：

在造孔工序中采用直接取土式钻机造孔并用高聚物复合浆液护孔，在清孔工序中直接利用高聚物复合浆液进行清孔。

在造孔工序中包括高聚物复合浆液制备和储存过程，在浆液制备过程中采用漩流式制浆机制浆，拌制好的高聚物复合浆液用储存器储存备用。

在清孔工序中还包括浆液回收净化和储存的浆液再利用循环过程，浆液再利用循环过程循环系统包括采用泥浆泵、离心分离机、震动筛沙机、浆液储存器等机具。

在本实施例中所用的高聚物复合浆液的成分组成重量比是：

水          1000；

膨润土      120；

PAM         6；

CMC+PAC     5；

工业碱      4；

加重剂      0；

降失水剂    3；

以上各种组分按比例配备，并先后投入漩流式制浆机拌和成浆，调制而成的新浆液比重控制在1.14～1.15，黏度控制在20s左右。本实施例的高聚物复合浆液用于地质特点是以可塑性淤泥质土层为主，粉砂层、卵石层较薄的减压井施工。结果是：

泥皮厚度测试(静置12h)1.6mm。造孔24m深耗费时间2.5h，清孔耗费时间0.8h，洗井耗费时间6h，出水效果达到设计要求，减压井质量优良。

实施例二

操作方法与实施例一相同，所不同的是本实施例中所用的高聚物复合浆液，其成分组成重量比是：

水            1000；

膨润土        100；

PAM           10；

CMC+PAC       10；

工业碱        1.5

加重剂        3；

降失水剂      1；

以上各种组分按比例配备，并先后投入漩流式制浆机拌和成浆，调制而成的新浆液比重控制在1.14～1.15，黏度控制在23s左右，本实施例的高聚物复合浆液用于地质特点是以粉砂层为主，可塑性淤泥质土层次之，卵石层较薄的减压井施工。结果是：

泥皮厚度测试(静置12h)1.8mm。造孔24m深耗费时间3.1h，清孔耗费时间1h，洗井耗费时间7.5h，出水效果达到设计要求，减压井质量优良。

实施例三

操作方法与实施例一相同，所不同的是本实施例中所用的高聚物复合浆液，其成分组成重量比是：

水            1000；

膨润土        80；

PAM           22；

CMC           13；

工业碱        0；

加重剂        8；

降失水剂      0；

以上各种组分按比例配备，并先后投入漩流式制浆机拌和成浆，调制而成的新浆液密度控制在1.13～1.14，黏度控制在25s左右，本实施例的高聚物复合浆液用于地质特点是卵石层较厚，粉砂层次之，其余为可塑性淤泥质土层的减压井施工。结果是：

泥皮厚度测试(静置12h)1.9mm。造孔24m深耗费时间4.5h，清孔耗费时间1.5h，洗井耗费时间9h，出水效果达到设计要求，减压井质量优良。

Claims (2)

1.一种减压井施工方法，包括有造孔、清孔、井管制备及吊装、反滤料配备及充填、洗井、抽水试验、井口处理工序，在造孔工序中采用直接取土式钻机造孔并用高聚物复合浆液护孔，在清孔工序中直接利用高聚物复合浆液进行清孔，其特征在于所述的高聚物复合浆液的配制方法，其成分组成重量比是：

水              1000；

膨润土          70～130；

聚丙烯酰胺      5～25；

纤维素醚        2～15；

加重剂          0～9；

工业碱          0～5；

降失水剂        0～3；

其中，纤维素醚主要有聚阴离子纤维素(PAC)和羧甲基纤维素钠盐(CMC)；加重剂主要有硫铁矿微粉、硫化铁微粉及重晶石粉；工业碱主要有碳酸钠和小苏打；降失水剂主要有废纸浆、锯末；

以上成分配比根据地层特性作适应调整，各种组分按比例配备，并先后投入漩流式制浆机拌和成浆，并控制好浆液密度和黏度。

2.如权利要求1所述的减压井施工方法，其特征在于：在清孔工序中还包括浆液回收、净化和储存的再利用循环过程。

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