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減壓井在堤壩排滲減壓工程的應(yīng)用
減壓井在堤壩排滲減壓工程的應(yīng)用
【摘 要】 本文介紹了減壓井的工作原理，減壓效果，以及設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。
【關(guān)鍵詞】 堤壩 減壓井 設(shè)計(jì)參數(shù) 正交試驗(yàn)
減壓井及其工作原理對(duì)下游設(shè)置鋪蓋的大壩或者有天然弱透水覆蓋層堤防，常由于鋪蓋和覆蓋層的透水性較下層土為小，使位于堤壩下游下臥砂層壓力水頭過(guò)大，以致地基覆蓋層滲透坡降超標(biāo)，發(fā)生嚴(yán)重滲透變形，影響堤壩安全，同時(shí)導(dǎo)致堤壩下游沼澤化，惡化居住條件和作物生長(zhǎng)條件。
(1)減壓井導(dǎo)滲原理是：通過(guò)濾水管將來(lái)自上游滲透水流直接導(dǎo)入井內(nèi)，阻止水流往下游流動(dòng)，在地下迅速降低壓力水頭，以達(dá)到保護(hù)大壩的穩(wěn)定和降低下游地下水位的目的。
因此，大壩或堤防下游設(shè)置排滲減壓井可達(dá)到以下三個(gè)目的：1)避免壩址下游發(fā)生滲透破壞;2)避免壩址下游沼澤化;3)降低壩體浸潤(rùn)線，增加壩體穩(wěn)定性。
(2)減壓井的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)堤壩運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)、壩基地質(zhì)和土層結(jié)構(gòu)特性等，確定減壓井的類型、井深、井徑、井距、井口高程、井系軸線位置以及反濾層，充分發(fā)揮減壓井的作用，降低工程造價(jià)。
1)減壓井類型的選擇可分為淺井、深井兩類。
淺井是挖穿不透水或相對(duì)隔水的覆蓋土層，把井底置于透水層上部的減壓井。
這種透水層厚度不大、埋深較淺的地基能起良好的減壓排滲作用，井距一般較小，雖占地較多但仍較經(jīng)濟(jì)。
深井是井孔深入大部或全部透水層的減壓井。
當(dāng)井孔部分深入透水層，稱不完整井。
當(dāng)井孔深入全部透水層，稱完整井。
對(duì)于深厚透水層的地基，采用深井效果最明顯。
對(duì)于不均勻透水地基，井孔應(yīng)貫穿不透水夾層或相對(duì)隔水層，采用完整井或深孔不完整井。
2)減壓井井深、井距、井徑及井口高程一般應(yīng)通過(guò)水力分析試算確定，有時(shí)也可根據(jù)現(xiàn)有的施工器具、地質(zhì)條件來(lái)選定井徑和井深，通過(guò)計(jì)算確定井距。
①減壓井的深度主要取決于壩基的地質(zhì)條件，井的有效貫入度一般選在(25～75)%，小于25%，排水降壓效果急劇降低;大于75%排水降壓效果提高不明顯。
�、跍p壓井的井距應(yīng)與貫入度一起考慮，在達(dá)到排水降壓標(biāo)準(zhǔn)的前提下，還須滿足施工方便和經(jīng)濟(jì)的原則。
井距一般15～30m為宜，過(guò)大會(huì)使大量的滲透水流將越過(guò)井系，影響減壓效果。
③減壓井的井管的直徑通常采用15～30cm。
直徑太小，井內(nèi)將產(chǎn)生較大的摩阻水頭損失，影響減壓效能;太大，將造成成本過(guò)高。
�、芫诟叱虘�(yīng)高于井不排水狀態(tài)下，排水溝中可能出現(xiàn)的最高徑流水位，以防溝內(nèi)污水倒灌。
但也要滿足防浸降壓，控制地下水位的要求。
井口絕對(duì)高程俞低，降壓效果俞好，但開(kāi)挖排水溝的工程量也相應(yīng)地增加。
因此，經(jīng)濟(jì)合理的井口高程，應(yīng)通過(guò)方案比較擇優(yōu)而定。
3)減壓井的井系軸線靠近堤腳(滲透坡降最大) 的減壓效果較好;離堤腳過(guò)遠(yuǎn)，則在井系軸線與堤腳之間仍存在較大的滲透壓力。
4)減壓井反濾層的設(shè)計(jì)為了保證反濾層的均勻性及使反濾層在施工洗井時(shí)能夠隨著細(xì)粒的進(jìn)入井內(nèi)而自由沉降，不至發(fā)生架空脫節(jié)現(xiàn)象，減壓井主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)排滲減壓效果的顯著性影響水平分析減壓井的間距L、貫入強(qiáng)透水層的深度W及井徑R是決定井的排水降壓效果和工程費(fèi)用的幾個(gè)主要參數(shù)。
通常是結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)用試算法對(duì)減壓井進(jìn)行設(shè)計(jì)。
通過(guò)正交試驗(yàn)法分析減壓井主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)防滲減壓效果的顯著性影響水平，確定各設(shè)計(jì)因素的主次之分，以便尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是一種科學(xué)地安排和分析多因素多水平試驗(yàn)的方法。
它的主要優(yōu)點(diǎn)是能在很多方案中選出代表性強(qiáng)的少數(shù)方案，通過(guò)對(duì)這些方案計(jì)算結(jié)果的分析，從中找出最優(yōu)的方案，并可得到比試驗(yàn)本身給出的還要多的相關(guān)各因素信息。
在減壓井的設(shè)計(jì)中，一方面保證減壓井能達(dá)到滲流控制的目的，另一方面應(yīng)追求良好的經(jīng)濟(jì)效益。
減壓井主要設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算滲流控制效果包括三個(gè)方面：滲出點(diǎn)高度h1、背水側(cè)地基剩余水頭h2是否滿足設(shè)計(jì)要求以及打井工作量(涉及工程造價(jià))是否最優(yōu)。
影響上述效果的因素主要包括井深(W)、井徑(R)、井距(L)、井口高程、反濾層材料及厚度等。
減壓井的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，采用試算法確定井距、貫入度及井徑等主要設(shè)計(jì)參數(shù)，，不能定量地反映出這些參數(shù)對(duì)減壓效果的影響水平，很難得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
正交試驗(yàn)分析減壓井的井距、貫入度及井徑對(duì)減壓井效果分析的影響，得出的結(jié)論是：①減壓井的貫入度對(duì)排水降壓效果影響最顯著，其次是井距，井徑的無(wú)顯著影響;②合理的減壓井布置方案應(yīng)盡量取較大的貫入度及較小的井距，在便于施工、防淤及洗井的條件下，宜取較小的井徑。
當(dāng)然，在實(shí)際工作中，工程要求、地質(zhì)情況、機(jī)械設(shè)備、工程造價(jià)等都隨工程、地點(diǎn)、時(shí)間有很大不同。
因此，減壓井設(shè)計(jì)時(shí)要因地制宜，具體情況具體分析。
結(jié)合本文分析得出的結(jié)論，并根據(jù)工程特點(diǎn)、工程經(jīng)驗(yàn)與滲流分析，經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較選取各主要設(shè)計(jì)參數(shù)，使設(shè)計(jì)方案達(dá)到最優(yōu)。
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