吳炳富 吳國(guó)義

一 、引言

近年來(lái)，在水利工程建設(shè)中凡涉及到深井降水、減壓井施工項(xiàng)目均廣泛地采用水泥預(yù)制管。水泥預(yù)制管有造價(jià)低廉、施工后處理方便且無(wú)安全隱患的優(yōu)點(diǎn)。早期在預(yù)制管管井施工中，管井的成功率不太高，主要原因在于無(wú)砂管的有效孔隙率無(wú)法測(cè)定。內(nèi)、外連通的隙率稱為有效孔隙；內(nèi)、外不連通的隙率稱為盲隙，盲隙對(duì)透水性無(wú)意義。無(wú)砂管的有效孔隙率選擇是管井施工前必要的準(zhǔn)備工作，也是決定管井成敗關(guān)鍵的一步。筆者在十多年的管井施工中，曾數(shù)次對(duì)無(wú)砂管有效孔隙率的測(cè)定進(jìn)行專題研究，并將測(cè)定的方法拿到實(shí)踐中去驗(yàn)證，驗(yàn)證的結(jié)果均能達(dá)到預(yù)期的目的，使管井的成井率達(dá)到95%以上。

二、無(wú)砂管有效孔隙率的測(cè)定

1.測(cè)定方法

由于無(wú)砂管孔隙不規(guī)則，無(wú)法直接測(cè)定其有效孔隙率。無(wú)砂管有效孔隙率通過(guò)兩種管材滲透比較法進(jìn)行測(cè)定。具體方法是：在邊界條件相同的情況下，取同徑同長(zhǎng)兩種濾水管進(jìn)行滲透對(duì)比試驗(yàn)。一種管材為已知孔隙率的鋼骨架過(guò)濾器，另一種管材為待測(cè)的無(wú)砂管。向兩種管中注入等體積的水，抬高相同高度的水頭，保持常水頭一段時(shí)間使兩管滲透穩(wěn)定。停止向兩管中注水，并同時(shí)分別計(jì)算兩種管內(nèi)漏盡水所經(jīng)歷的時(shí)間。調(diào)節(jié)鋼骨架過(guò)濾器孔隙率，使已知孔隙率的鋼骨架過(guò)濾器漏盡時(shí)間等于待測(cè)無(wú)砂管漏盡水的時(shí)間。此時(shí)鋼骨架過(guò)濾器的孔隙率就近似于待測(cè)無(wú)砂管的有效孔隙率。

2.測(cè)定步驟

（1）根據(jù)無(wú)砂管管徑加工1根2m長(zhǎng)等徑（內(nèi)徑）鋼管，在鋼管一端截1m長(zhǎng)度（預(yù)制無(wú)砂管和護(hù)壁管的長(zhǎng)度均是每節(jié)1m）加工成過(guò)濾器。過(guò)濾器孔眼直徑一般在3～6mm，孔眼在鋼管的表面呈梅花形均勻分布。加工過(guò)濾器的孔隙率應(yīng)大于待測(cè)無(wú)砂管的孔隙率，一般加工成50%～70%，以60%為最佳。

（2）用薄鋼板加工成一只長(zhǎng)方體敞口水箱。 箱高2m，底部 2r×4r（r為無(wú)砂管的外半徑），水箱中央橫向用薄鋼板隔成等體積兩室，鋼板延伸到水箱口。水箱底面除在兩室中央保留一塊半徑為r0（無(wú)砂管的內(nèi)半徑）的圓面積不透水外，其余加工成濾水孔眼，以確保透水迅速。

（3）將待測(cè)無(wú)砂管豎置于水箱一端，并使管底面與水箱底面圓面積重合。無(wú)砂管上端對(duì)接一節(jié)一根護(hù)壁管，兩管同心；將已知孔隙率的鋼管過(guò)濾器豎置于水箱另一端，管底面也與水箱底面圓面積重合，所有接頭部位都要確保絕對(duì)止水。

（4）同時(shí)用大流量向兩管內(nèi)注水，直到水流從管口溢出，再調(diào)整注水流量，使液面穩(wěn)定于管口，并持續(xù)15min。在此期間應(yīng)觀察兩管側(cè)面滲透是否穩(wěn)定，經(jīng)確認(rèn)穩(wěn)定后停止注水。

（5）停止注水與開(kāi)始計(jì)時(shí)同步。分別將兩管內(nèi)水流滲透過(guò)程的水深和經(jīng)歷的時(shí)間計(jì)入附表中。

（6）分析兩管滲透水流所經(jīng)歷的時(shí)間，調(diào)整鋼管過(guò)濾器的已知孔隙率。重復(fù)（ 4）（ 5） 試驗(yàn)步驟，直到兩管漏盡水流所需的時(shí)間相等為止。此時(shí)鋼管過(guò)濾器的孔隙率，近似于待測(cè)無(wú)砂管的有效孔隙率。

（7）若試驗(yàn)步驟（6）不能“ 調(diào)整到兩管漏盡水流所需的時(shí)間相等”，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)將無(wú)砂管的有效孔隙率上、下限值逼近到一個(gè)很小范圍內(nèi)的區(qū)間值，再用插值法求出無(wú)砂管有效孔隙率的近似值。

3、試驗(yàn)成果應(yīng)用

施工時(shí)所采購(gòu)的水泥預(yù)制管應(yīng)固定一個(gè)生產(chǎn)廠家，無(wú)砂管應(yīng)選擇在同一生產(chǎn)批次最佳。若施工需要數(shù)量過(guò)大，同一生產(chǎn)批次不能滿足，下一生產(chǎn)批次的灰石比、石子的品質(zhì)和顆分曲線以及管密度等制管技術(shù)參數(shù)應(yīng)與上一生產(chǎn)批次相同，以免在無(wú)砂管生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)有效孔隙率產(chǎn)生較大的偏差。從施工用管中隨機(jī)抽取5%無(wú)砂管做試驗(yàn)樣品，進(jìn)行滲透性能對(duì)比試驗(yàn)，施工用管數(shù)量再少，抽取樣品試件不得低于5件。對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)求無(wú)砂管有效孔隙率的平均值，并將其作為無(wú)砂管孔隙率應(yīng)用到管井的設(shè)計(jì)或施工中。

三、結(jié)語(yǔ)

無(wú)砂管的制造過(guò)程中有效孔隙率與預(yù)制無(wú)砂管的水泥和石子配合比以及沖擊次數(shù)（制管密度）有密切的關(guān)系。在施工實(shí)踐中，通過(guò)多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累和分析，建立無(wú)砂管的有效孔隙率與制管的水泥和石子配合比以及制管密度相關(guān)關(guān)系，為后期類似工程項(xiàng)目施工起著重要的指導(dǎo)作用。根據(jù)所需無(wú)砂管孔隙率，并通過(guò)上述相關(guān)關(guān)系求得水泥和石子配合比以及制管密度，并將此制管技術(shù)參數(shù)作為定單下到制管廠家。不需要在項(xiàng)目施工前做無(wú)砂管滲透性能對(duì)比試驗(yàn)工作，這樣既節(jié)省了時(shí)間，又節(jié)省了資源。

無(wú)砂管作為管井濾水管以其成本低廉被廣泛采用，在基坑排水或是抽取地下水進(jìn)行農(nóng)作物灌溉的“農(nóng)灌井”項(xiàng)目，采用本方法測(cè)試無(wú)砂管的有效孔隙率，對(duì)管井的使用效果和壽命延長(zhǎng)有著非常重要的作用