水源井设计课件.ppt

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1、井的知识要点,张亚培设计部2013.9.10,主要内容,1.机井类型 2. 管井的构造 3.过滤器 4.沉淀管 5.管井的结构设计,1.机井类型,（一）井型分类1.按井直径分类 井管直径小于0.5m的称为管井；井管直径在0.3-2.0m之间的称为筒井；井管直径大于2m称为大口井，机井上部为筒井下部为管井的称为筒管井。2.按井深度分类 井深度小于100m的称为浅井，井深度在100-200m之间的称为中深井，井深度大于200m的称为深井，井深度超过1000m的称为超深井。3.按抽水类型分类 1）不需要抽水机具提水可以自流出地表的水井称为自流井或自流泉。,1.机井类型,2）安装潜水泵机具提水的水井称

2、为深机井或管井；3）用离心泵下卧安装进行抽水的水井称为机泵下卧机井。4）水泵进水口直接对井口安装，以井管代替水泵进水管进行抽水的水井称为井泵对口抽或真空井。4.按井底坐落位置 1）打穿一个或几个含水层，井底坐在含水层中间的水井称为非完整井。 2）打井时不打穿整个含水层，将井底坐落在含水层中间的水井称为非完整井。这种井型多在下列情况下使用：在大厚度含水层中打井，估计出水量够用，不需要将整个含水层打穿，将井底坐在含水层中间；选用筒管井时，筒井深度可满足抽水降深要求，为节约施工规范费用，将井底坐在含水层中间。选用此种井型，井底应作反滤层进行处理，以防井管沉降。,1.机井类型,3）在基岩处打井，上部井

3、管坐落在基岩上，下部根据水文地质条件保留裸眼，也可安装井管的称为基岩井。5.按开采地下水工程。（1）垂直开采地下水工程。有管井、筒井、大口井、基岩井、筒管井、虹吸井。（2）水平开采地下水工程。坎儿井，泉组河，卧管井。（3）综合开采地下水工程。大口井水量不足，可在大口井中打数根辐射管，采集水平方向的地下水，以增大出水量的称为辐射井。6.按使用管材分类 有土井、石井、竹管井、木管井、钢管井、铸铁管井、水泥管井、多孔混凝土管井，大骨料管井、砖管井、塑料管井等。,1.机井类型,（二）各种井型的适用条件现就在生产中才常见的井型适用条件介绍如下：1.管井 适用各类含水地层和各种深度。其它井型难于施工的地区

4、，均可选用管井具体适用条件参照机井技术手册第八章管井设计。2.筒井 1）适于开采上层潜水或含水层埋藏较浅，井深不超过60m者。 2）冲积平原地区，土层松软，易于施工者。 3）无机械设备，可用人力大锅锥或冲抓锥以及其它简易工具钻凿者。 4）提水井具体体积较大，选用管井不便抽水者。,1.机井类型,3.大口井 井深一般不超过20m，井径在2m以上。适用于含水层埋藏浅，补源丰富的地区。具体适用条件参看第九章大口井设计。4.筒管井1）筒井及管井的联合运用形式。2）筒井供水量小不能满足灌溉需要，在筒井中加深钻凿，开采深层水增加出水量。旧井改造多采取这种井型。3）提水机具体积较大，或采取机泵下卧安装的水井。

5、 5.辐射井由集水井或辐射管组成。适用于含水层埋藏浅，厚度薄，透水性强，补源丰富的地区。,1.机井类型,6.真空井 1）适用于地下水位埋藏深度（包括地下水年变幅及多年变幅），不大于所选用水泵允许吸程的地区。2）适用于井管内井不大于500mm的机井，否则不仅排气费时，且不易密封。3）井管上部在选用水泵允许吸程范围内，井管接头处理及管外密封回填均达到技术要求，运行时不允许发生漏气现象。4）新建真空井，配套选用水泵，允许吸程愈大愈好。7.虹吸井是利用虹吸管把多眼水源井的水，汇入集水井，以供机械抽水，进行灌溉或排除涝水的井组。这种井型适用于：,1.机井类型,1）浅层淡水底界埋深小于20m，含水层厚度小

6、于10m，富水性差，单井出水量不能满足用抽水需要的地区。2）多年平均地下水埋深不大于4m的地区。3）井群布置允许抽水干扰不大于0.3.4）联接水源井虹吸管的最高点与水源井之最大高差，小于8m。5）虹吸管埋深应大于2m，以利加大水源井的水位降深。8.卧管井适用于浅层淡水层厚极薄，淡水底界埋深5m左右，地下水埋深在2m左右，补给来源充沛的含水层、弱透水层或粘土裂隙地区。,1.机井类型,9.泉组 在灌区上游，垂直地下水流向，布置多眼管井，承压水自流溢出，采用暗渠或明渠，汇集流量增大后，输水至下游农田，进行自流灌溉的一种利用地下水的形式。适用于： 1）山前冲积扇地带，地下水具有一定的承压性质，能自流溢

7、出地表或埋深小于5m的地区。 2）经过水文地质勘查，地下水补给来源充沛的地区。 3）泉组设闸控制流量，灌溉时放水，平时闭闸，避免水淹枯竭。,2.管井的构造,管井主要由井室、井壁管、过滤器及沉砂管构成，见图5-3。当有几个含水层且各层水头相差不大时，可用多层过滤器管井，见下图。管井一般由哪几部分组成：常用的管井构造由井室、井壁管、过滤器及沉淀管所组成。（1）井室是用以安装各种设备、保持井口免受污染和进行维护管理的场所。（2）设置井壁管的目的在于加固井壁、隔离水质不良的或水头较低的含水层。（3）过滤器安装于含水层中，用以集水和保持含水层的稳定。（4）沉淀管接在过滤器的下面，用以沉淀进入井内的细小砂

8、粒和自地下水中析出的沉淀物。以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。,2.管井的构造,管井的一般构造图,2.管井的构造,1.井室作用：安装水泵，并维护其正常运行。水泵类型：深井泵、潜水泵和卧式水泵。井室的形式：地上式、地下式。,2.管井的构造,1.井室: 井室通常是保护井口免受污染、安装各种设备（如水泵机组或其他技术设备）以及进行维护管理的场所，井口要用优质黏土或水泥等不透水材料封闭，一般不少于3m，并应高出井室地面0.30.5m，以防止井室积水流入井内。,井室外观,2.管井的构造,2 井管 井管也称井壁管，由于受到地层及人工填砾的侧压力，故要求它应有

9、足够的强度，并保持不弯曲，内壁平滑、圆整，以利于安装抽水设备和井的清洗、维修。井管的构造与施工方法、地层岩石稳定程度有关，通常有如下两种情况：,井管1,井管2,2.管井的构造,井管（井壁管）:材料：钢、铸铁、钢筋混凝土、石棉水泥、塑料等材料制成。要求：钢管一般不受井深限制，铸铁和钢筋混凝土管的应用深度一般不能大于150200m。直径：井管的应按水泵类型、吸水管外形尺寸等确定，其内径一般应大于水泵下部最大外径lOOmm。分类：异径井管和同径井管两类。,2.管井的构造,（1）分段钻进时的异径井管构造（2）不分段钻进时的同径井管构造,2.管井的构造,（a）,（b）,（c）,（d）,图 (a)(b)(

10、c)分段钻进时井壁管的构造 (d)不分段钻进时的同径井管构造,问题补充？,补充的问题：管井什么时候分段钻进，什么时候不分段钻进？管径相同的管井不用分段钻进，管径不同的管井需分段钻进。,3.过滤器,1. 过滤器的作用、组成 过滤器是管井的重要组成部分用以集水和保持填砾与含水层的稳定。它的构造、材质、施工安装质量对它连接于井管，安装在含水层中，管井的出水量、含砂量和工作年限有很大影响，所以是管井构造的核心。,3.过滤器,注：1d60、d50、d10分别指颗粒中按质量计算有60%、50%、10%粒径小于这一粒径；2较细砂层取小值，较粗砂层取大值。,过滤器的进水孔眼直径或宽度表,3.过滤器,2.过滤器

11、的分类 由不同骨架和不同过滤层可组成各种过滤器。骨架过滤器图（a），（b）、缠丝过滤器图（c），（d）、包网过滤器图（e）、填砾过滤器图（f）。,（a）圆孔,（b）缝隙,（c）缠丝,（d）钢筋骨架,（e）包网,（f）填砾,图 过滤器类型,3.过滤器,3.过滤器长度确定原则（1）供水管井过滤器长度确定原则目前，有关规定关于过滤器长度的确定原则，大多是以含水层的厚度为依据，但规定的含水层厚度界限值有所不同。供水管井技术规范GB5029699及供水管井设计、施工及验收规范cJJ1086关于松散含水层情况下过滤器长度的确定原则，以含水层厚度30m为界限值分别作出规定对于供水管井是合适的。含水层厚度小于

12、30m时，对于潜水含水层，过滤器长度宜取设计动水位以下的含水层厚度，对于承压含水层，可取含水层的厚度。含水层厚度大于30m时，应根据设计出水量和含水层的透水性确定，当含水层厚度很大，且需水量也很大时，宜考虑分段取水或分层取水。,3.过滤器,（2）降水管井过滤器长度确定原则对于降水管井，由于管井井深一般较浅，在工程实践中，可按下述原则确定过滤器的长度。含水层厚度小于10m时，对于潜水含水层，过滤器的长度宜等于设计动水位以下的含水层厚度；对于基坑底部的承压含水层，可等于承压含水层的厚度。含水层厚度大于10m时，宜根据含水层的透水性和设计降深确定过滤器的长度。,3.过滤器,4. 过滤器的直径、长度

13、过滤器的直径影响井的出水量，因此它是管井结构设计的关键。为保持含水层的稳定性，需要对过滤器的尺寸，尤其是过滤器的外径，进行入井流速的复核计算： DQ/Lvn (5-2) 式中：D过滤器外径（包括填砾厚度），m； Q设计出水量，m3 /s； L过滤器有效长度（工作部分长度），m； n过滤器进水表面有效孔隙度（一般按50考虑）； v允许入井流速，m/s。含水层的允许入井流速可用下式近似 计算： 其中k为含水层渗透系数，m/s。,3.过滤器,5.过滤器的安装部位 过滤器的安装部位影响管井的出水量及其他经济技术效益。因此，应安装在主要含水层的主要进水段；同时，还应考虑井内动水位深度。,4.沉淀管（沉砂

14、管）,沉淀管的作用是防止沉砂堵塞过滤器，其直径与过滤器一致，长度通常为210m，可按井深确定。,关于沉淀管的补充解释：抽水井中滤水管下部的无孔管段。一般长35米。它的用途是聚集经过滤层流入滤水管内的细小砂粒和岩屑，防止滤水管被沉淀物堵塞。,5.管井的结构设计,（管井是由井管组成的管状井，井管外是“孔”，因而将井管直径称之“井径”，而将井身横断面直径称之为“孔径”。） 第1条.管井结构设计，一般包括下列内容：一、井身结构；二、过滤器类型及井管配置；三、填砾的规格及位置；四、封闭的位置及所用材料；五、管井的附属设施如测水管、填砾管等。,5.管井的结构设计,第2条. 井身结构应尽量简化。井身设计应首

15、先根据成井要求，确定井的最终直径，然后考虑成井工艺、岩石可钻性等因素，确定每段井径大小与深度，最后，确定井的开口直径。第3条.松散层中管井的深度，应根据拟采含水层 （组）的顶板埋藏深度、过滤器的合理长度、过滤器的安装位置、沉淀管的长度来确定。基岩地区的管井，应尽量穿透拟采含水构造带 （岩溶发育带、断裂破碎带、裂隙发育带）。注：如有确切资料，部分揭露含水构造带，就能满足需水要求时，管井亦可不穿透含水构造带。,5.管井的结构设计,第4条. 设计井径时，应考虑管井的设计取水量和成井工艺等因素。并满足下列要求：一、井径应比设计过滤器的外径大50mm，基岩地区在不下过滤器的裸眼井段，上部安泵段的井径应比

16、抽水设备铭牌标定的井管公称内径大50mm。二、松散层中的管井井径，应用允许入井渗透流速 （vj）复核，并满足下式要求： （2.3.4）式中 D井径 （m）；设计取水量 （m3/s）；L过滤器工作部分长度 （m）；vj允许入井渗透流速 k 为渗透系数 （m/s）。,5.管井的结构设计,三、井的最终直径，应比沉淀管的外径大50mm。基岩地区下部不下井管的管井，井的最终直径，一般不小于150mm。 第5条. 井管一般包括井壁管、过滤管、沉淀管。井管直径，应满足下列要求：一、安泵段井管内径应比抽水设备铭牌标定的井管公称内径大50mm。二、过滤管的外径，应用允许入管流速复核，并满足下式要求：,式中 0过

17、滤管外径 （m）；注：缠丝过滤管算至缠丝外表面。 Q设计取水量 （m3/s）； L过滤管的工作部分长度 （m）； n过滤管表层进水面有效孔隙率 （一般按过滤管表层进水面孔隙率的50%考虑）； vg允许入管流速 （数值按表2.3.5确定）。,5.管井的结构设计,三、在基岩地区成井时，兼有护壁及止水作用的井管，其直径除满足上述要求外，尚应考虑成井工艺要求。 第6条. 管井过滤器类型，可根据含水层的性质，按下表确定。 允许入管流速,不同含水层适 （可）用过滤器类,填砾过滤器的骨架，可采用穿孔管、穿孔缠丝管或钢筋骨架缠丝管。,5.管井的结构设计,第7条. 松散层中的管井，应全部设置井管，设计动水位以上

18、设井壁管，设计动水位以下的取水含水层 （段）设足够长度的过滤管，其余井段设井壁管，底部设沉淀管。沉淀管的长度，应根据含水层的岩性和井深确定，一般为210m。基岩地区的管井，上部安泵井段应设井管，下部井段是否设置井管，应根据岩层稳定性确定。第8条. 过滤器的长度和位置，应根据设计出水量、含水层岩性及技术经济等因素确定：一、含水层厚度小于30m时，可在设计动水位以下的含水层部位，全部设过滤器；二、含水层厚度大于30m时，宜根据试验资料确定过滤器的合理长度。,5.管井的结构设计,第9条. 单层填砾过滤器的砾石规格，可按下列规定确定：一、10时，应除去筛分样中的部分粗颗粒后，重新筛分，直至10为止，然

19、后根据这时颗粒分布累积曲线确定d50，并按式2.3.9-1确定填砾规格。二、d202mm的碎石土类含水层：D50（68）d20 （9-2）,5.管井的结构设计,三、d202mm的碎石土类含水层，管井可填入1020mm的充填砾石或不填砾。式中，D50、d50、d20分别为填砾和含水层颗粒分布累积曲线上，过筛重量累计百分比为50%及20%时的颗粒粒径。为含水层的不均匀系数四、填砾应尽量用均匀砾石 （填砾的不均匀系数小于2）。第10条. 填砾过滤器骨架管的缠丝间距或不缠丝穿孔管的圆孔直径 （条孔宽度）t，一般按下式确定：tD10 （2.3.10）式中 D10为填砾的有效粒径 （mm）。,5.管井的结

20、构设计,第11条. 双层填砾过滤器的外层填砾规格，按2.3.9条的规定确定，内层填砾的粒径，一般为外层填砾粒径的46倍。第12条. 单层填砾过滤器的填砾厚度：粗砂以上地层为75mm；中、细、粉砂地层为100mm。双层填砾过滤器的填砾厚度：内层为3050mm。外层为100mm。第13条. 双层填砾过滤器的内层砾石网笼上下端，均应设弹簧钢板四块或其他保护网笼装置。,5.管井的结构设计,第14条. 填砾过滤器的填砾高度，一般按下列规定确定：一、填砾高度应根据过滤管的位置确定，底部宜低于过滤管下端2m以上，上部宜高出过滤管上端8m以上。但供生活饮用水的管井，第一含水层距地表过近时，不受此限。二、非均质

21、含水层或多层含水层中两层相近，且颗粒组成有差异，无法满足本条第一款规定时，可根据具体情况，按下列规定处理：1.含水层颗粒组成差异不大时，则可按本条一的规定，全部填入根据细颗粒含水层确定的砾石。2.含水层颗粒组成差异较大，需要分层填砾时，不论细颗粒含水层在上还是在下，均应尽量使细颗粒含水层的砾石位置，下部低于细颗粒含水层2m以上，上部高出细颗粒含水层8m以上。,5.管井的结构设计,第15条. 骨架过滤器的孔眼尺寸，一般根据孔的形状及含水层颗粒组成，按下列规定确定：圆孔直径t（34）d20 （2.3.15-1）条孔宽度t（1.52）d20 （2.3.15-2）条孔长度L（810）t （2.3.15

22、-3）注：如根据上式计算，所得t值较大时，可适当减小，一般圆孔直径不大于21mm，条孔宽度不大于10mm。,5.管井的结构设计,第16条. 管井的封闭，按下列规定设计：一、井管外上部的封闭，一般用优质粘土球或水泥浆封闭，厚度不得小于5m；二、水质不良的含水层，松散层用粘土球封闭，基岩用水泥浆封闭，封闭位置，一般超过拟封闭层上、下各5m；三、管井揭露多层含水层，需要分层开采时，对非开采含水层，可视其岩性及水头，选用粘土球或水泥浆封闭。,5.管井的结构设计,第17条. 松散层中管井的测水管，可按下列规定设计：一、测水管的内径一般为3850mm；二、下部的进水部分长度为23m；三、测水管宜紧靠井壁。

23、,测水管问题补充？,测水管含义：水文地质钻探中，为了在抽水试验的同时能够观测井内水位的升降情况，必须在井管内或井管外设置一套小直径水管。这种水管称测水管 。,测水管,测水管图片,潜水的含义,潜水的含义：埋藏在地表以下，饱水带中的第一个稳定分布的隔水层之上，具有自由水面的重力水。,承压水的含义,承压水的含义：是充满在两个隔水层之间的含水层中具有静水压力的重力水。,地下水分类：,埋藏在地面下第一个隔水层上的地下水叫潜水；两个不透水层间的地下水叫层间水；具有自由水面的层间水称无压地下水；承受有压力的层间水称承压地下水； 在自身压力作用下从某一出口涌出的地下水叫泉水。,地下水取水构筑物分类：,管井井管

24、从地面打到含水层，抽取地下水的井； 大口井由人工开挖或沉井法施工，设置井筒，以截取浅层地下水的构筑物； 渗渠壁上开孔，以集取浅层地下水的水平管渠； 泉室集取泉水的构筑物,地下水取水构筑物的适用条件：,管井适用于含水层厚度大于5米，其底板埋藏深度大于15米；大口井适用于含水层厚度在5米左右，其底板埋藏深度小于15米；渗渠仅适用于含水层厚度小于5米，渠底埋藏深度小于6米；泉室适用于有泉水露头，且覆盖层厚度小于5米。,管井构造和施工管理,管井直径一般在501000mm，深度一般在200米以内，通常由井室、井壁管、过滤器、沉淀管组成。 井室：用以安装各种设备，采光、采暖、通风，防水； 井壁管：加固井壁

25、，隔离水质不良或水头较低的含水层； 过滤器：集水，保持填砾与含水层的稳定，防止漏砂及堵塞； 沉淀管：沉淀进入管井的砂粒,井室结构,深井泵房泵体和扬水管安装在管井内，泵座和电动机安装在井室内； 深井潜水泵房水泵和电动机安装在管井内，控制设备安装在井室内； 卧式泵房水泵和电动机安装在井室内； 地面式便于维护管理，防水、防潮、通风、采光条件好； 地下式便于总体规划，噪声小，防冻条件好。,井壁管,井壁管应有足够的强度，内壁平整光滑，轴线不弯曲，便于设备安装和管井清洗；可采用钢管、铸铁管、钢筋混凝土管。钢管可用于任意井深的管井；铸铁管适用于井深小于250m的管井；钢筋混凝土管适用于井深小于150m的管井

26、。 井壁管内径应比水泵设备的外径大100mm。 分段钻进法与不分段钻进法的井壁管构造有所不同。,过滤器的种类,过滤器应有足够的强度和良好的透水性。 钢筋骨架过滤器：由短管、竖向钢筋、支撑环构成；适用于裂隙岩、砂岩或砾石含水层，或用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。 圆孔或条孔过滤器：在管壁上钻圆孔或条孔加工而成；适用于砾石、卵石、砂岩或裂隙含水层，亦可用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。,过滤器的种类,填砾过滤器：在各类过滤器的外围填符合一定级配的砾石构成。 填砾粒径与含水层粒径比：,填砾层厚度可采用75150mm；高度应超过过滤器顶部810m。,过滤器,过滤器进水孔眼数量多，进水性能良好，但强度减小。 过滤器的孔隙率取决于管材的强度，各种管材允许孔隙率为： 钢管3035； 铸铁管1825； 钢筋混凝土管1015； 塑料管10。,谢谢大家！,