2024年5月6日发(作者：)

水利水电技术第４２卷２０１１年第３期　

减压井淤堵机理及井效恢复新技术试验　

段祥宝，杨超，谢罗峰　

２１００２９）　（南京水利科学研究院，江苏南京

摘要：以长江大堤丁马段减压井更新工程为背景，分析了减压井的机械、化学淤堵机理，并提出一　

种井效恢复的新技术，即活塞式大降深洗井技术，最后通过室内外试验及在丁马段的应用成果论证了　

这种洗井新工艺的效果。　

关键词：长江大堤；减压井；机械淤堵；化学淤堵；活塞式大降深洗井技术　

中图分类号：ＴＶ８７１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００—０８６０（２０１１）０３—００４５—０４　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｒｅｌｉｅｆ－ｗｅｌｌ　ｃｌｏｇｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ａ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　

ＤＵＡＮ　Ｘｉａｎｇｂａｏ，ＹＡＮＧ　Ｃｈａｏ，ＸＩＥ　Ｌｕｏ￣ｎｇ　

（Ｎａｍｉｎｇ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｍｉｎｇ　２１００２９，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉｅｆ－ｗｅｌｌ　ｏｎ　Ｄｉｎｇｍａ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｌｅｖｅｅ，ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　

ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｈｅｒｅｉｎ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ａ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｌｏｇｇｅｄ　ｒｅｌｉｅｆ－ｗｅｌｌ，ｉ．ｅ．ａ　ｐｉｓｔｏｎ—ｌｉｋｅ　ｄｅｅｐ　

ｄｒｏｐ・ｄｏｗｎ　ｗｅｌｌ—ｆｌｕｓｈｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｗｅｌｌ—ｆｌｕｓｈｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　

ｔｈｅ　ｉｎｄｏｏｒ　ａｎｄ　ｏｕｔｄｏｏｒ　ｔｅｓｔｓ　ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｄｉｎｇｍａ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｌｅｖｅｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｌｅｖｅｅ；ｒｅｌｉｅｆ－ｗｅｌｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｌｏｇｇｉｎｇ；ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｌｏｇｇｉｎｇ；ｐｉｓｔｏｎ—ｌｉｋｅ　ｄｅｅｐ　ｄｒｏｐ—ｄｏｗｎ　ｗｅｌｌ—ｆｌｕｓｈｉｎｇ　

ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　

减压井作为一种排水减压措施，因其减压理论成　

熟、施工简单、效果明显等，在堤防工程中受到了广　

泛应用。而实践证明，随着运行时间的延长，减压井　

减压井更新工程为背景，分析了减压井的机械、化学　

淤堵机理，再借鉴水力学原理，提出一种井效恢复的　

新技术，最后经过室内外试验及现场推广应用成果论　

证了这种新技术的优越性，并认为此技术可供其他同　

类工程参考。　

的减压效果和使用寿命会受到不同程度的影响，除部　

分堤防及水利枢纽工程中减压井使用寿命长、减压效　

果明显外，丁马大堤、北江大堤以及荆江大堤等大多　

堤防工程中均出现过失效现象。造成减压井失效的主　

要原因是淤堵，淤堵的原因较多，以机械淤堵和化学　

淤堵较普遍。　

早期研究主要集中在减压井的化学淤堵，对其物　

１　减压井淤堵机理分析　

１．１机械淤堵机理分析　

机械淤堵一般指细颗粒在一定坡降驱动下，穿过　

粗颗粒向减压井移动，最后一部分细颗粒在由井壁、　

过滤层及井周含水层组成的过滤系统中沉积下来，造　

成淤堵。　

丁马大堤在汛期高水位时，减压井与江堤之间形　

质来源、组成及产生条件等都做了大量探讨，但却对　

淤堵本身的发生发展规律研究不深入，另外，认为机　

械淤堵可通过完善设计、保证施工质量、加强管理等　

手段予以避免，忽视了机械淤堵也是在运行过程中客　

观形成的这一规律，也正是由于对淤堵机理认识上的　

成的大坡降使江水向堤后快速渗透，一定程度清洗了　

减压井。但是这种清洗作用只能在历时很短的汛期高　

不足，使得早期的洗井技术往往达不到较好洗井效　

果。　

收稿日期：２０１０．０７—１２　

鉴于此，总结前人研究成果的同时，以丁马大堤　

Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｎｎｇ　Ｖｏｌ　４２　Ｎｏ．３　

作者简介：段祥宝（１９６４一），男，教授级高级工程师。　

段祥宝，等∥减压井淤堵机理及井效恢复新技术试验　

水位时出现，清洗历时短、作用小。　

属还原环境，减压井的施建不可避免地形成了这两　

汛期一般水位时，江水位依然高于堤后地下水　

位，江水向堤后渗透，这时形成的坡降较小，只能驱　

动含水层中的细颗粒物质向井周聚集，却不足以将全　

部细颗粒带出过滤系统，最后一部分细颗粒随流进入　

减压井落淤或随流被带出减压井，而另外很大一部分　

细颗粒滞留在减压井过滤系统里，长期的积累就造成　

了减压井的淤堵。　

枯水位时，堤后地下水挟带细颗粒向堤内反渗，　

个地下水环境，另外，随着江水位的消长，井水位　

也在相应的变化，使得整个过滤系统间歇性的暴露　

于空气中，交替于氧化环境和还原环境中，最终促　

进了化学反应的进行，促进了化学淤堵的形成。减　

压井本身的排渗减压原理及运行规律是淤堵的重要　

原因。　

２井效恢复新技术的基本思想　

常用的压缩空气法、离心泵法、抽水洗井法等　

渗透速度较缓，再加上减压井系统的线状分布形成了　

一

个线性的过滤屏障，截留了部分细颗粒，造成淤　

正向渗透或反向渗透都会不同程度地造成淤堵，　

洗井方法形成的降深都较小，一般在３　ｍ以内，而　

且单纯依靠抽水，不能有效促进淤堵物的流动甚至　

松动，所以很难彻底清除减压井过滤系统内的细颗　

堵。　

总之，江水位的间歇性及减压井自身的排渗减压原理　

大大加快了减压井的机械淤堵速度。　

１．２化学淤堵机理分析　

粒、Ｆｅ¨离子及胶结物等淤堵物质，最终降低了洗　

井功效。　

根据减压井的淤堵机理以及目前洗井方法的不　

足，认为要想比较彻底的清除减压井过滤系统的淤　

岩土中的部分化学物质在水环境作用下，发生　

溶解、水解、离子交换和吸附、水化、氧化还原等　

一

堵物，可以借鉴水力学方法，利用活塞式大降深抽　

注水洗井方法。这种方法主要借鉴了水力学方法及　

物理上的活塞原理，采用大降深，并采用循环式的　

抽注水进行洗井，其原理如图１所示。其优点在　

系列化学反应，造成一些化学物质在减压井过滤　

系统中沉淀、被吸附或者胶结等，造成了化学淤　

堵。化学淤堵物质主要来自含水层和上层岩土层，　

而最易造成化学淤堵的离子是Ｆｅ¨离子，这主要是　

由氧化还原反应及地下水的交替双向渗透性质有　

关。　

于：（１）根据水力学原理，大降深形成的大坡降对　

于淤堵物的起动有明显的作用。（２）活塞式可以实　

现对淤堵物的正反两个方向交替施力，利于淤堵物　

的松动，因为抽水可以抽出淤堵物，并实现正向的　

当丁马大堤处于枯水位时，堤后地下水位高于　

江水位，并向江堤方向反渗，减压井井口附近的铁　

锈水及其他胶结物受水流冲刷，向江堤渗透，途中　

大量滞留（沉积或被吸附）于过滤系统中，以及减压　

驱动淤堵物，而注水可以反向驱动淤堵物，使淤堵　

物向四周流散，抽注水循环进行有效促进了细颗　

粒、铁锈水及胶结物等淤堵物的松动乃至流动，增　

井和江堤之间的含水层中，最后降低了汛期减压井　

的出水量，共同造成减压井的淤堵；同时，由于长　

期的水岩作用，堤后地下水溶解了大量矿物质，水　

大了渗透性，利于淤堵物的有效清除。　

３新技术的室内外试验验证　

丁马大堤有减压井１０５眼，其结构、运行环境等　质较差，途径由于减压井的线性分布形成的线性屏　

障时，减压井过滤系统截留了　

大量矿物质，加重淤堵。　

江水位高于堤后地下水位　

时，水质较好的江水向堤后渗　

透，淤堵作用不及枯水位时。　

另外，汛期高水位形成的较大　

坡降对减压井有清洗的作用，　

但化学淤堵物质大多以沉淀物、　

胶结物和被吸附物质等形式存　

１生，很难清除，导致清洗作用　

也不明显。　

／　＼　

（ａ）注水　

／　＼　

（ｂ）抽水　

井周属弱氧化环境，含水层　

图１　活塞式大降深洗井技术原理　

水利水电技术第４２卷２０１１年第３期　

段祥宝，等∥减压井淤堵机理及井效恢复新技术试验　

都有一定的代表性。其中丁家村等堤段的减压井为　

塑料管井，管径２１．９　ｅｍ，壁厚１　ｃｍ，根据运行多　

年的观测资料分析已有严重的淤堵现象，除一般的　

内部机械淤堵外，还有铁锈水出露空气后的表面　

化学淤堵。针对减压井失效现象进行了室内模拟试　

验，最后选取典型井采用新技术进行了室外洗井　

试验。　

３．１　室内试验验证　

有向土工布移动的趋势，这就证明了机械淤堵机理的　

合理性，试验也证明，这种活塞式的大降深洗井方法　

具有良好的洗井效果。　

３．２现场试验验证　

经过井结构、水文地质条件以及淤堵情况等的考　

证，选择汪家墩６　井作为现场试验井。图３为汪家　

墩６　井抽水降落漏斗剖面图，井壁水头高出降深井　

水位８　ｍ以上，可见此井淤堵严重。　

为模拟减压井滤层结构，采用如图２所示装置。　

试验时，采用现场取回的铁锈水进行回灌，造成淤　

堵，然后注清水并逐级加压，历时３　ｄ达最高水头后　

再以正向、反向渗流交替冲洗砂层，以模拟活塞式的　

大降深洗井流程，同时记录测压管、渗透量及淤泥积　

聚量。试验结果如表１所列。　

图３汪家墩６　井降落漏斗剖面　

进行洗井试验时，选用了毛昶熙不完整单井稳　

定流公式…，并根据井结构和当地水文地质条件合　

理选取了各参数，然后进行了３个循环的抽注水试　

图２室内抽注水试验装置　

验，最后根据抽水试验的水位、流量过程等观测资　

料进行了综合渗透系数反演，试验结果如图４所　

示。　

由表１可知：（１）各组渗透系数　都有变大的　

趋势，特别是各组下层的Ｋ值增大显著，平均增加　

一

个数量级，而且观察到加大坡降和正反向交替循　

Ｉｌｌｓ　

环进行能取得更好的效果，可见这种方法效果明　

显；（２）第２、４组的上下层填砂坡降比值，由抽洗　

前Ｊ㈩／Ｊ　一下的０．０６７和０．００６　６上升到抽洗后的　

１１．８８和０．０３８，上升幅度很大，另外观察到盛泥　

瓶里淤泥逐渐增多，说明随着水头增加与历时，细　

颗粒和铁质逐渐向下移动，证明了井周淤堵物向井　

移动的过程。　

拈　

图４汪家墩６　井洗井过程中渗透性能变化　

从室内试验观察可知，随着水头的增大，淤堵物　

表１　抽洗井模拟试验结果　

组　砂样　

次　粒径　

／ｍｍ　，

由图４可知，洗井前后变化如　

下：（１）减压井的综合渗透性能发　

生了明显变化，洗井使得综合渗透　

系数提高了７０％以上；（２）随着抽　

一＿Ｆ　

０．Ｏ【ｘ】８　

０．０２１　６　

０．４３４　

０．Ｏ１７　

坡降　

抽洗前　

】＿２　一Ｆ　

４３．３　

５２．５６　

５．５６　

４５．２　

渗透系数／ｅｍ・ｓ　

抽洗后　抽洗前　

２　

０．０３８　

Ｏ．００７　６　

０．０３６　

Ｏ．】６６　６　

抽洗后　

一２　

０．１１２　

０．ｏｏｌ　８　

０．０７０　８　

Ｏ．Ｏ５６　５　

ｌ　２　

Ｏ．４　

４０．４　

３．８　

Ｏ．２　

一Ｆ　

５５．１　

３．４　

６．２　

５．３　

Ｋ２一Ｆ　

０．０００　８　

Ｏ．０ｏｏ　５　

０．０２２　

Ｏ．ｏｏ１　１　

注水次数的增加，综合渗透性能也　

逐渐增大，尤其在连续进行了２次　

注水后再抽水，增加幅度更大；　

１　

２　

３　

４　

２．８　

１．０　

１．０　

２．８　

Ｏ．８　

３．５４　

３．４　

Ｏ．３　

（３）试验观察认为，２～３个循环的　

抽注水就能起到明显的洗井效果，　

４７　

水利水电技术第４２卷２０１１年第３期　

段祥宝，等∥减压井淤堵机理及井效恢复新技术试验　

＿∞．Ⅲｕ　一＼黎　霎｝　

９　６　３　Ｏ　

部，最后影响了洗井效果，导　

＼　

致个别减压井综合渗透性能提　

高率不足３０％，因为井周含水　

料　

怛　

层自上而下的渗透性能逐渐增　

大，清洗下部对于提高出水率　

妇　

和增大渗透性能具有很大作　

用。　

减压井在堤防渗流控制中　

丁家村减压井编号　

是价廉物美的措施，在国内各　

图５丁家村洗井前后的渗透性能对比　

江河流域发挥了很大作用，虽　

然往往出现淤堵失效的现象，　

但是文章认为，采用合适的洗井方法之后，例如　

而且增加降深效果更好。综上所述，活塞式的大降深　

洗井方法具有明显的洗井效果。　

活塞式的大降深洗井方法，井效是可以恢复的。　

另外，淤堵的产生更多来自于非汛期地下水夹带　

铁质细粒淤堵滤层以及管壁，因此建议加强管理，　

４实际应用成果　

经过室内外的试验，认为活塞式的大降深洗井技　

术对于井效的恢复具有较好效果，遂于２００５年１２月　

至２００６年６月，在安庆丁马大堤的减压井更新工程　

适当添置深井泵，在汛前和汛后及时洗井，可以　

保证这道排水屏障的安全运用，避免废弃，且提　

高防洪安全性　

参考文献：　

［１］　毛昶熙，等．渗流计算分析与控制【Ｍ］．北京：水利电力出版　

社，１９９０．　

。　

中得到推广应用。其中丁家村段的洗井成果如图５所　

示。由图５可知，洗井前后，丁家村段减压井的综　

合渗透性能变化很大，经过洗井后，大部分减压井　

的渗透性能都提高了５０％以上，甚至有半数减压井　

的综合渗透性能提高了一倍以上；个别减压井提高　

不明显，低于５０％，跟降深不够大、未能清洗减压　

井下部等有关。综上所述，认为这种活塞式的大降　

深洗井技术在丁家村段洗井工程中的应用效果明　

显　

［２］　段祥宝，等．安庆江堤丁马段减压抽注水洗井复苏试验报告　

［Ｒ］．南京水利科学研究院，２００５．　

［３］　段祥宝，等．安庆城市防洪堤渗流控制研究［Ｊ］．岩土工程学　

报，１９９７（６）．　

［４］　孙厚才，伍碧秀，王幼麟．荆江大堤减压井物理化学淤堵试验　

研究［Ｊ］．水文地质工程地质，１９８８（５）．　

［５］　肖振舜，汪在芹．减压井灌淤机理的物理化学试验研究［Ｊ］．　

水利学报，１９９４（３）：１９．２５．　

５结论　

［６］　曹刚．安庆市长江干堤减压井灌淤成因及处理措施探讨［Ｊ］．　

文章深入分析了减压井的机械、化学淤堵机　

人民长江，１９９２（７）：２８—３２．　

理，并以此为基础，再借鉴水力学原理，提出一种　

井效恢复的新技术，即活塞式的大降深洗井方法。　

［７］　吴昌瑜，张伟，李思慎，等．减压井机械淤堵机制与防治方法　

试验研究［Ｊ］．岩土工程，２００９．　

并经过理论分析、室内外试验及实际应用成果验　

证，可以认为这种洗井方法具有较好的洗井效果，　

［８］　段祥宝，毛昶熙，等，安庆长江堤防渗流控制与防冲［Ｒ］．南　

京水利科学研究院，２００３．　

［９］　王幼麟，伍碧秀，孙厚才．荆江大堤减压井物理化学淤堵试验　

研究（阶段报告）［Ｒ］．武汉：长江科学院，１９８８．　

要比目前常用的单纯依靠抽水而且降深很小的洗井　

技术优越。　

［１０］　曹敦侣．荆江大堤观音寺减压井灌淤现场试验研究［Ｒ］．武汉：　

长江科学院，１９８９．　

同时，认为室外试验和实际应用过程中还存在一　

些不足。洗井降深还不够大，不能有效清洗减压井下　

（责任编辑陈小敏）　

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水利水电技术第４２卷２０１１年第３期