PVC-U管材在滨海地区取水井中的应用

2011-04-14高印辉孙立宏

陕西水利 2011年3期

高印辉孙立宏

（河北省昌黎县水务局河北昌黎 066600）

1 滨海地区水质特点

滨海地区地下水多为咸水，水中主要成分(大量、常量元素，水中浓度大于1×10-6mg/kg的成分)与海水相似。昌黎县滨海地区地下水中的阳离子主要有Na+，K+，Ca2+，Mg2+和 Sr2+五种，阴离子有 Cl－，五种，还有以分子形式存在的H3BO3，其总和占水盐分的99.9%。

咸水中的各种盐类对铁管、钢筋砼井管具有强烈的联合腐蚀作用。当取水井管材质不均匀时形成电极电位差，造成电偶腐蚀，腐蚀速度快；若井管有表面泥沙、水垢等屏蔽时，会发生缝隙腐蚀，虽然腐蚀速度较慢，但危害较大；当水中的等离子偏高时，溶解氧的存在加大了对管道的腐蚀作用，易发生孔蚀，腐蚀速度快，危害很大。

2 PVC-U管材的性能特点

PVC-U管材是高强度聚氯乙烯管，由PVC树脂、稳定剂及各类添加剂等，经捏合挤出成型而制成。与目前常用的金属管、砼管等井管管材相比较，其具有以下特点。

（1）重量轻。由于其相对密度仅约1400kg/m3，可直接降低管材运输费用及施工劳动强度。一般钻孔内泥浆密度约1070kg/m3，依次下管时靠塑料井管自重即可使其顺利下降，不需很大的提吊力，使钻机设备及施工人员劳动强度小、易为轻型钻机和有少数钻工组成的机组所操控和把握，安全可靠。

（2）抗腐蚀能力强，耐久性好。塑料是一种十分稳定的高分子聚合物，几乎不与酸碱盐等化学物质反应，在太阳紫外线照射不到的水中，使用寿命至少50年以上，适用于各种水质的水井，尤其近年来潜水电泵的广泛应用，在水中产生的感应电流加速了传统井管的腐蚀，而PVC-U管材却不受此影响。

（3）水质好。PVC-U管材卫生、无毒、不受土壤和地下水的化学影响、不滋生细菌，不污染水质。另外，管长一般6m/根，单根长度大，井管接头少，减少了因接头不佳出现的错口、漏沙而废井的机会，也避免了井管内水的二次污染。

（4）内壁光滑，摩阻系数小。相同条件下，塑料井管内流体流动动量较砼管高30%以上，可显著提高潜水泵效能。

（5）热涨系数大。其线膨胀系数约5.9×10-5/℃，在低温时耐冲击强度明显降低，因此须避免受强外力作用。

（6）力学性能较差。对钻孔质量要求高，必须保证钻孔铅直，金属管、砼管等在下管过程中如遇钻孔偏斜或轻微受阻，可自重加压通过，而PVC-U管不可受阻加压，否则造成质量事故。回填滤料、粘土时对管壁造成的侧压力必须保持均匀，不得突变。由于其力学性能较差，在填料及抽水过程中易发生井管爆裂挤毁事故，所以在选择管材时可适当选择公称压力值较大的管材。

3 工程实例

3.1 工程基本情况

秦皇岛黄金海岸假日公寓位于昌黎县黄金海岸旅游区，为了节能减排，该公寓采用地温中央空调设备进行采暖、制冷，机组热源采用海水，水温14℃～18℃，地下取水构筑物为管井。经计算机组负荷，需凿六眼井，单井出水量50m3/h。

经地质勘察，地层以细砂、粉质粘土为主，属第四系松散地层：0～13m为黄色细砂，13m～16m为粉质粘土，16m～22m为灰色中砂，22m～25.5m为灰色粉质粘土，25.5m～34.5m为灰色中砂，34.5m～40.5m为灰黑色粉质粘土，40.5m～44.5m为黄色细砂，含贝壳,卵石，44.5m～47.5m为黄色粉质粘土，47.5m～50.5m为黄色细砂，50.5m～51m为浅灰色粉质粘土，未揭穿。确定井深50m/眼，静水位5.2m，动水位8m。

由于取水井均位于海滩，抽取的井水为海水，含有丰富的盐分，对金属类井管具有腐蚀作用，所以决定采用PVC-U管材作为井管材料。

3.2 取水井结构

成孔深度51m，孔径Ф800mm，埋设井管深度51m，材质PVC-U，规格Ф355×8.7mm，公称压力0.63MPa，长度6m/根。

井管分为三部分：井壁管21m，滤水管29m，沉淀管1m。

沉淀管底部安装2.5mm厚钢板预制的底堵。

滤水管管身开孔Ф12mm，孔洞间距6cm，呈梅花形布置。管之间采用无胶圈承插连接，承插口自带螺丝固定，外裹塑料胶带封闭。

沉淀管、滤水管外侧滤水材料由内向外依次为：树棕、尼龙网、竹片、粗砂混合滤料。树棕缠裹PVC管二层，尼龙网规格90目，缠裹树棕二层，竹片缠裹一层。树棕、尼龙网用22#镀锌铁丝与井管捆绑固定，竹片用8#铁丝捆绑固定。混合滤料由粗砂、中砂搅拌而成，粒径变化范围0.2cm～0.4cm，体积比 0.7：0.3。

井壁管段填料由内向外依次为竹片、粘性土。竹片缠裹一层。竹片、井壁管用22#镀锌铁丝与井管捆绑固定。粘性土的作用主要为封闭淡水层，施工时填至地面为止。

3.3 施工工艺及过程

（1）进场准备及泥浆制备：接通临时用电、用水，就近布置滤料、黏土、管材加工场地，挖坑埋设护筒，修简易泥浆池。

SPJ-300回转式汽车钻机开赴就位，井架中心与护筒中心对正，用水平尺检查钻机平台是否水平，人工打入地下锚栓完成井架稳定加固工作。

（2）钻机成孔：钻至井深后进行冲孔换浆，换浆要使孔内泥浆逐渐由稠变稀，不得突变。钻进泥浆密度1200 kg/m3～1400kg/m3，粘度 20s～25s，失水量 15ml/30min～20ml/30min；下管前泥浆密度1050kg/m3，粘度18s。

在钻孔结束后，为防止下入井管时遇阻，须用探孔器下入孔底，证实井壁圆滑、规整，垂直度也较好。探孔器直径较井孔直径小20mm，试孔时如中途遇阻则必须用扩孔器修孔直至探孔器上下通畅。

采用电测井仪进行探测，测量每米井深位置其电阻值，含水量丰富的砂层其电阻值较大。据测井曲线图可以判断含水量丰富的砂层埋深位置，从而决定滤水管埋深及滤料封填深度。

（3）井管加工：用直尺、铅笔在管身划出纵线后用手电钻钻孔，孔径Ф12mm，孔洞间距6cm，呈梅花形布置。完成钻孔后，管身缠裹树棕2层，22#铁丝捆绑固定；再缠裹90目尼龙网2层，22#铁丝捆绑固定。

最底部沉淀管端口安装2.5mm厚钢板预制的封底塞，底堵呈圆桶状，内径Ф355，管端插入底堵后用螺丝固定，接口外裹塑料胶带封闭。

（4）安装井管：首先用铁管搭设井字架（60cm×60cm），8#铁丝绑扎牢固，井字架水平放置于护筒上，中心对齐。首先吊起安装有封底塞的沉淀管，大致对正井字架后悬空停止，两侧人工将8#铁丝一端分别与底堵下预先焊接的铁件固定，8#铁丝绕过井字架铁管后，两侧的工人拉紧铁丝配合起重机将沉淀管徐徐放入井孔。同时，其他工人迅速用8#铁丝将竹片纵向捆绑在管壁上，竹片共四片，均匀布置在滤水管外围。

第一根管下放至适宜深度，解开管端绳套，继续吊起滤水管，指挥人员指挥管口对齐，工人迅速在母口内壁及子口外壁刷给水管材专用胶后，指挥起重机进行管道承插连接，接口段用手电钻沿管周长均布钻孔5个，自攻螺丝拧紧，螺丝长度17mm（管壁厚8.7mm,如果螺丝过长，随之伸入井内过长，以后将影响水泵安放），最后在接口处缠裹塑料胶带3层，以防止从承插口向井内进细砂。随之工人继续绑扎竹片。

以后井管安装工序同上述。埋设井管过程中，2名指挥人员从两个垂直的角度观察指挥，使井管垂直放入钻孔内。在放入井壁管时，继续连续绑扎竹片，目的是增强管体整体性、刚性。最后，用无齿锯切割掉井口外露部分井壁管，留外露管高度40cm。

（5）封井填料：埋设井管完成后立即实施，填料由四个方位均匀填入井壁外围。过程中，2名指挥人员从两个垂直的角度观察指挥，避免井管受到挤压偏斜，并随时测量填料深度，核对数量。

（6）抽水洗井：最初用小流量喷灌机抽水洗井，由于泥浆作用地层未完全打开，井内水位会急剧下降，管内产生负压，将引起塑料管道爆裂，因此需及时观察水位变化。当水位降落过大时，立即向井内回灌清水，以避免负压过大。约5h后水质渐清，水位降落无大的变化，改用潜水泵（8NQ50—25）进行抽水。

（7）水质检测：采取清水样500ml，送昌黎县卫生防疫站对浑浊度、含盐量等指标进行检测。