洞庭湖區(qū)減壓井井管排水結(jié)構(gòu)試驗研究

洞庭湖區(qū)減壓井井管排水結(jié)構(gòu)試驗研究

1上下覆蓋砂卵層體系減壓井是洞庭湖區(qū)常見的大壩滲透控制措施。適用于上部天然弱水覆蓋層，下部為深層粘土砂卵石層的二次過濾層。與其他滲控措施相比,減壓井具有造價低、靈活性大、占用場地少、對環(huán)境影響較小等特點2排水管的型式對于減壓井,從總體性能方面應(yīng)當確保長期有效、可靠、耐用,這就是“3R”原則(resolation,relialitity,ruggedness),根據(jù)該原則選用4種型式的排水管進行排水反濾對比試驗,即土工織物包扎塑料花管型式、鋼管式、砂濾體式及無砂混凝土式排水管,各種型式的排水管測頭如圖1~4示。2.1土體的充填料室內(nèi)試驗裝置由主體試驗池、供水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)組成,主體試驗池如圖5所示。試驗池的中間部分充填3m×0.6m×3.5m的一塊土體,用于模擬堤基;土體的中間部分模擬測管現(xiàn)場埋設(shè):先造孔、后埋管、再填砂填土。在土體兩側(cè)填有兩塊3m×0.2m×3.5m的砂體。砂體中埋有水位測定管,在一塊砂體里注水(假設(shè)上游部分),使水位壅高并通過中間土體流入另一塊砂體并排出,這樣,使土體內(nèi)產(chǎn)生類似于堤基內(nèi)的滲流現(xiàn)象。兩塊砂體的底部埋有排水管,用來控制上下游水位,砂子與土體之間隔了一層土工織物用來保護土體。2.2測頭沉淀物的常規(guī)指標和周圍土體的混合體的特征室內(nèi)試驗主要考察各測管中流量變化與上、下游水位的關(guān)系和試驗運行后測頭內(nèi)沉淀物。主要測試指標:各種類型測頭內(nèi)的沉淀物,反濾層滯留物的常規(guī)指標和測頭周圍土體在試驗前后的物理性質(zhì)的變化。室內(nèi)試驗主要包括各種土體和砂體的物理性能的測定(滲透系數(shù)、砂粒相對密度、液限、塑限指標),擊實試驗,泥漿指標測定,沉淀物的物理成分測定,對無砂混凝土測頭還進行了大滲透試驗。2.3室內(nèi)模型材料測頭參數(shù)Q為測管排出流量,W為濾層淤積物重量,V為測管內(nèi)沉淀物重量。假定下標“1”代表塑料花管測頭,“2”代表鋼管測頭,“3”代表砂濾體測頭,“4”代表無砂混凝土測頭。各測管的排流量比較:Q從試驗結(jié)果可以看出:鋼管式測頭的排流量最大,無砂混凝土式測頭最小;鋼管式測頭的淤積物重量最大,塑料花管式測頭最小;無砂混凝土式測頭的沉淀物重量最大,塑料花管式測頭最小。由此可見,塑料花管型式和砂濾體型式各方面性能相對來說要好一些,但塑料花管型式具有體積小、造價低、結(jié)構(gòu)簡單合理、施工方便等特點。因此,塑料花管式測頭是一種比較適合洞庭湖堤防具體情況的減壓井井管結(jié)構(gòu)型式。3現(xiàn)場試驗研究現(xiàn)場試驗位于三合垸何家堤段,于2003年12月20日開工,2004年4月20日竣工,并開始觀測。3.1地質(zhì)分層圖3三合垸何家堤減壓井試驗工程位于沅水南岸(樁號:k9+413~k9+690),該區(qū)域地質(zhì)分層如下:(1)素填土,黃褐色粉土,結(jié)構(gòu)松散,層厚2.1~2.9m;(2)粉質(zhì)黏土、黏土,灰色,軟塑~流塑,層厚2.2~3.5m,滲透系數(shù)為8.1×103.2砂卵層井壓井施工減壓試驗井孔徑采用φ150mm套管全孔跟管護壁。孔深18~20m,鉆孔進入砂卵石層5.5~6.0m,布設(shè)鉆孔51個,其中減壓井試驗孔42個,壓力觀測井9個。減壓試驗井平行于大堤布設(shè)在距公路7m的地段。觀測井垂直于大堤布設(shè),首孔距大堤5m,孔距為40~45m,分2排布設(shè)。3.3井管及井管制備本次試驗設(shè)計了花管、塑料盲溝及毛細板3種類型的減壓井進行對比試驗,其中花管減壓井22個,塑料盲溝減壓井10個,毛細板減壓井10個。花管減壓井:井管材料為PP–RIII型聚炳烯管材,規(guī)格φ90mm×8.2mm,允許壓力為1.2MPa。管材連接采用相同材質(zhì)的直接熱熔焊接。安裝在砂卵石層中的透水段為花管,單個透水孔孔徑為20mm,孔距及排距(凈距)為20mm,呈梅花形分布,孔隙率為38.9%,透水段為3.5m。為有效地防止粉細砂涌入井管內(nèi)堵塞導水通道,在花管外包不銹鋼濾網(wǎng)2層(網(wǎng)孔0.5~1mm),并在井管底部用相同材質(zhì)的堵頭封口。塑料盲溝減壓井:井管材料為MY80K塑料盲溝管材,規(guī)格φ80mm×15mm,井管表面孔隙率為82%,允許抗壓強度為280kPa。管材之間采用專用釘鉤加鐵絲連接。MY80K塑料盲溝管通體透水,為防止細砂涌入管內(nèi),在井管底用相同材質(zhì)的“U”型套封閉,熱熔焊接,并沿管材表面包2層無紡布。毛細板減壓井:毛細板減壓井是在井管外包裝垂直導滲極佳的毛細板。毛細板為臺灣產(chǎn)垂直導滲塑料板,寬度為20cm,斷面空隙率達65%以上。井管為PE塑料管,規(guī)格φ63mm×6mm,導水段5m,為了縮短毛細水傳遞距離,提高導水能力,每節(jié)毛細板導水段設(shè)為1m。導水段井管直接用螺釘連接,盲管段采用PE直接熱熔焊接,井管底部采用相同材質(zhì)的堵頭封口。3.4年汛期壓力觀測井效果(1)涌水量觀測。試驗井的涌水量采用標準三角堰觀測。根據(jù)不同部位及不同的排水減壓方式設(shè)置了7塊三角量水堰,編號為L1~L7。其中,L1、L3、L5、L7為花管減壓井,L2、L6為毛細板減壓井,L4為塑料盲溝減壓井。2004年汛期,涌水量觀測數(shù)據(jù)如圖6所示。由圖可見,在堤外水位變化的過程中,L1、L3、L5、L7的涌水量變化很大,而L2、L4、L6的涌水量變化很小,說明塑料盲溝減壓井和毛細板減壓井的減壓效果很好,均能使得堤內(nèi)滲流達到比較穩(wěn)定的狀態(tài)。(2)測壓管水頭觀測。為了檢查減壓效果,布設(shè)2排9個壓力觀測井,編號為G1~G9。其中,G1~G4后設(shè)置了減壓井,G5~G9后未設(shè)減壓井。測壓管垂直于大堤布置,井距為40~45m。2004年汛期壓力觀測井觀測成果如圖7所示。從圖可以看出,測壓管水頭G1>G5、G6>G2、G7>G3、G8>G4,尤其G7>G3、G8>G4非常明顯,說明減壓井的減壓效果非常明顯。(3)沉淀物觀測。L1、L3量水堰排水渠內(nèi)有局部泥沙淤積,淤積厚度為1~2cm;L7量水堰排水渠泥沙淤積比較明顯,局部淤積厚度達到5cm。說明花管減壓井反濾措施過于簡單,反濾性能較差,不宜推廣使用。4合枝層段即埋未除