选择适合的滤水管-《岩土工程施工技术与实践》

滤水管是安装在不稳定的但要求出水的含水层段，如砂卵砾石层、岩石碎裂的断层带。滤水管的作用：保护不稳固含水层井壁的工具，防止井壁坍塌；具有一定的渗透孔隙，使水自由而通畅地流入水井内，并同时阻止砂或碎岩随水流进入井内，起到滤水挡砂效果。大多数含水层的井壁是不稳定的，因此多数水井需要安装滤水管。

选择滤水管时，应满足以下几点基本要求。

（1）具有最大的进水面积，以减少地下水经过它时的阻力。滤水管阻力越小，井的出水量越大，地下水在滤水管处的流速变化越小，发生结垢的可能性越小，从而可以延长滤水管使用的年限。

（2）具有足够大的机械强度，能满足安装井管时的负荷和抵抗地层的压力。

（3）具有较强的耐腐蚀能力，不因滤水管被腐蚀而影响水质。

（4）具有良好的滤水挡砂能力，滤水孔不易被地层中的泥沙或结垢物质堵塞。

（5）安装方便、成本低廉、使用寿命长。

目前常用滤水管的材质有钢管、玻璃钢管、塑料管、石棉水泥管等。常用滤水管有骨架式滤水管、缠丝滤水管、网状滤水管、砾石滤水管等。正确选择滤水管的类型和结构是保证水质、水量的重要问题。

1.滤水管的类型和结构

1）骨架式滤水管

骨架式滤水管是结构最简单的滤水管。它是直接在各种材料的井管上采用钻孔、模压、焊割、铣切等方法，加工出圆孔或条缝来作为进水通道的滤水管。骨架式滤水管除可以在含水层砂砾、岩屑粒径较大时独立用作滤水管外，还常作为其他类型的滤水管的支撑骨架。根据所开的滤水孔的形状，骨架式滤水管有如下四种类型。

（1）圆孔滤水管。圆孔滤水管是在井管上利用钻床打眼加工制成。圆孔滤水管的圆孔直径取决于滤水管的用途。若独立作为滤水管使用，因滤水管直接与含水层颗粒接触，则圆孔直径取决于含水层颗粒的大小及其均匀度。滤水管的圆孔直径过大，影响过滤性；滤水管的圆孔直径过小，加工成本高。一般圆孔直径常为10～20 mm。若作为其他类型滤水管的骨架，则圆孔直径可取大些。圆孔间距取决于圆孔直径和滤水管材质。孔间距过大，滤水管孔隙率小，影响出水量；孔间距过小，虽孔隙率大，但影响滤水管强度。一般取孔间距为（2.5～3.0）倍圆孔直径，金属管孔间距取小值，非金属管孔间距适当取大值。

（2）条缝滤水管。条缝滤水管又称为百叶窗滤水管，是在井管的管坯上采用模压、冲压、铣割等方法加工而成。条缝滤水管的条缝形式很多。条缝的宽度取决于含水层的粒度，其标准宽度为2.0 mm、2.5 mm、3.0 mm、4.0 mm，长度一般制成150 mm。各排条缝之间距离为10～20 mm。

条缝滤水管与圆孔滤水管比较，条缝滤水管有较大的孔隙率，且条缝宽度尺寸比圆孔滤水管孔径小。因此，条缝滤水管的出水量与过滤性均优于圆孔滤水管，但加工成本相对较高，滤水管强度较低。

（3）筋条滤水管。筋条滤水管是在两节短管之间焊以直径为10～16 mm的钢筋，围成圆柱形，其内每隔1 m左右焊一支撑圈，以增大其刚度。筋条滤水管实质上是条缝滤水管的简化。它的优点是孔隙率大（可达60%左右）、过水能力强、节省材料、制造方便、成本低，适合含水层薄而涌水量大的浅井孔。它还常用作缠丝滤水管的骨架。

（4）桥式缺口滤水管。桥式缺口滤水管是将管壁进水通道加工成拱桥形缺口，故称为桥式缺口滤水管。桥式缺口滤水管是目前世界公认的一种较好的优质滤水管。桥式缺口滤水管具有机械强度大（钢质、拱形抗挤压）、孔隙率大，成井后出水量比同直径平缺口大30%（平缺口降低孔隙率40%，桥式缺口降低孔隙率10%）。另外，桥式缺口滤水管还可用来作为砾石滤水管的骨架。但因桥式缺口滤水管的制造工艺较复杂，所以成本也较高。

2）缠丝滤水管

缠丝滤水管是在圆孔滤水管或筋条滤水管上缠绕金属丝或非金属丝制成。在圆孔滤水管上缠丝时，应先在管子的外表面焊上直径为6～10 mm的垫条，垫条的圆周间距为40～50 mm。焊垫条的目的是使缠丝和管子之间有一定的间隙，以保证较大的滤水面积。若以筋条滤水管做骨架，则可直接缠绕在钢筋上。

通常采用的缠丝丝径为2～4 mm，缠丝间距为0.5～5 mm，缠丝应保证质量，力求丝距准确、均匀，缠绕牢固，以机械缠绕为佳。缠丝滤水管的缠丝间距取决于含水层中的砂砾粒度。在不含砂的大卵砾石地层中，缠丝间距可达3～5 mm。

在侵蚀性地下水中，铅丝易被腐蚀，可采用不锈钢丝。近年来，多用抗腐蚀性强的尼龙丝和增强玻璃纤维丝，既延长了滤水管和水井的使用寿命，又节约了大量的金属，降低了成本，效果较好。

缠丝滤水管加工方便，透水性能良好，适用于粗砂、中砂和卵砾石含水层，在我国供水井中经常采用这种滤水管。

3）网状滤水管

网状滤水管是在圆孔或条缝滤水管的外表面大间距（30～60 mm）缠丝或沿母线加垫条，然后覆盖过滤网，即成为网状滤水管。缠丝或垫条的作用在于增大过滤网的过滤面积，使水能比较畅通地流入井内。

通常使用的过滤网分为金属丝网和非金属丝网两类。

在有侵蚀性的地下水中，特别是在供水井中长期使用时，最好采用耐腐蚀性好的塑料网和玻璃纤维网。塑料网用聚氯乙烯树脂制成，有用模压成的圆孔网和由塑料丝编织的方格网，网眼直径的规格较多，可在0.5～5 mm之间选择。玻璃纤维网多为玻璃布状，网眼直径在0.1～1 mm之间，孔隙率一般可达20%～35%。

网状滤水管加工方便，安装也较简便，同时网眼规格较多，可根据砂粒的不同粒度来合理选用。但网状滤水管的进水阻力较大，降低了供水井的出水量。网状滤水管不适用于极细的流砂层，因为网眼会迅速被堵塞。

4）玻璃钢滤水管

玻璃钢滤水管是采用热固性树脂浸渍玻璃纤维机械缠绕一次成型的。滤水孔是玻璃纤维架桥式结构。滤孔直径为1.0～2.0 mm，孔隙率为16.8%～18.0%。玻璃钢滤水管具有耐腐蚀性强、机械强度高、重量轻，以及使用寿命长、成本低和适应面广等特点，是我国推荐的优质滤水管之一。

5）塑料滤水管

近年来，国外采用塑料制作滤水管，并发展很快。塑料滤水管形式很多，可以适应不同地层条件。塑料滤水管的进水通道多为平缺口，也可压制成桥式缺口。进水通道尺寸在0.5～4.0 mm之间，有多种规格供选择，塑料滤水管具有耐酸碱腐蚀性强、成本低、成型快和适应面广等特点。但塑料滤水管抗高温性差，不适用于热水井。

6）砾石滤水管

砾石滤水管是人们根据含水层颗粒情况，选取适合的砾石并充填于骨架管之间或者粘贴于骨架管外表面，使其形成一个人工砾石过滤层，以增大水井的过滤半径。其骨架管常是骨架滤水管、缠丝滤水管或特制的框架。砾石滤水管可方便地实现双层过滤，进而保证了井的水质、水量。但砾石滤水管要求的井径较大，也增加了钻井成本。

双层骨架管、砾石滤水管结构复杂，安装不便，只在特殊井中使用，一般皆被贴砾滤水管所代替。

贴砾滤水管是在骨架管外将砾料、黏合剂等物质，按一定比例在模具里加压、固化而成。贴砾滤水管具有透水性能好、挡砂可靠、使用方便、成本低、可缩小井径和简化成井工艺等特点。由于贴砾规格可以根据含水层的粒径选择，因而应用范围广泛，特别是对于细颗粒含水层和难以投砾的深井更显示其优越性。因此，贴砾滤水管也是我国推荐的滤水管之一。

除上述的滤水管以外，我国还使用着很多种其他类型的滤水管，如石棉水泥滤水管、水泥砾石滤水管、炉渣水泥滤水管等。这些滤水管的特点是加工制造较容易、成本低廉，但重量大，故多用于农田灌溉或深度较小的浅井。

2.滤水管的选择(www.zuozong.com)

选择滤水管的主要依据是含水层的结构特征和地下水的性质，当然也应考虑材料来源和成本因素。通常是根据含水层构造的结构特征来确定滤水管的类型，依据地下水性质来选择滤水管的材料。

1）滤水管类型的选择

滤水管的工作性质是滤水挡砂作用，在不稳定的含水砂层中起稳定井壁的作用。因此，应根据地层的结构特征，选择与地层匹配的滤水管。例如，砂层主要选缠丝滤水管、贴砾滤水管，裂隙基岩层以骨架滤水管为主，对稳定的溶洞或裂隙地层就不必安装滤水管了。

2）滤水管材料选择

选择滤水管材料时，主要考虑地下水所含有害离子的性质、水温和井深。根据不同的地下水性质，选择具有相应功能材质的滤水管，从而延长水井的使用寿命。当前在我国常用的滤水管材料及其应用范围如下。

（1）钢质滤水管。钢质滤水管机械强度大，可用于深井，但钢材耐腐蚀性较差，故常用于硬度小的软水或含氯离子在1000 mg/L以下的地下水中。二氧化硫对钢有较强的腐蚀作用，当地下水含有二氧化硫时应采取预防措施。

（2）铸铁质滤水管。铸铁比钢抗腐蚀能力强，但抗冲击强度低，制成的滤水管重量大，它可用于一般浅孔到中深孔。

（3）水泥质滤水管。有强的抗碱腐蚀能力，但不耐酸、抗冲击强度低，可供地下水pH值大于7的浅井和中深井使用。

（4）塑料滤水管。有强的抗腐蚀能力，重量轻，强度较钢稍差，可用于各种水质的深井，但塑料滤水管抗高温性差，不适于热水井使用。

（5）玻璃钢滤水管。耐腐蚀性强、机械强度高、重量轻，适用于各种井深和不同地下水性质的供水井。

3.滤水管主要尺寸的确定

1）滤水管的长度

滤水管的长度对涌水量有影响。在较大厚度的含水层中做抽水试验，其结果表明，当在一定水位降深的条件下，水井的涌水量随滤水管的长度增大而增加，但当滤水管达到某一长度时，其涌水量增长率趋近于零。相应这个滤水管长度的数值，可以被认为在该条件下的滤水管的有效长度，在这个长度以外的滤水管，对水井的涌水量的增加没有实际意义。

当含水层很薄或涌水量要求相当大时，滤水管的长度应尽可能长一些。当含水层非常厚时，为了充分利用含水层的有效厚度，也可以将滤水管分成相等的段落，并用井管将它们分开安装在含水层中间。

除此之外，滤水管的长度与含水层的性质有关。为了防止滤水管被腐蚀和结垢，无论在何种情况下，井内最大水位降落时的动水位（抽水时的降落水位），都不能降至滤水管的顶端。在潜水含水层中，滤水管的长度应使滤水管顶端埋入动水位的2 m以上。在承压含水层中，滤水管长度应等于或略小于含水层厚度。

2）滤水管的滤水孔尺寸

滤水管的挡砂作用主要是由滤水孔或滤水间隙来完成的。滤水孔的尺寸，取决于地层砂砾的有效粒度。实践证明，当滤水孔的大小与含水层颗粒的粒度相适应时，在开始抽水的一个短暂的时间内会有较小的砂粒进入滤水管，但当滤水管附近孔壁中逐渐形成由粗颗粒聚集组成的“圆形拱”时，小砂粒即停止进入井内，抽出的水由浑变清，这是因为“圆形拱”具有过滤堵砂的作用。由此可见，“圆形拱”的形成使滤水孔的尺寸可以大于含水层中部分颗粒的粒径。

确定滤水管的滤水孔尺寸分以下几种情况。

（1）若滤水管外面填砾，滤水孔的大小应当保留住90%填料或更多的填砾。大于砾料的滤水孔会造成漏砾的严重后果，而过小的滤水孔对水井洗井清砂不利，也会增大水流阻力和堵塞，影响井的出水量。

（2）若滤水管外不填砾，滤水管直接接触天然层，滤水孔的尺寸取决于含水层的砂样平均粒径。

①对于由均匀细砂组成的含水层，滤水孔能挡住40%～50%的砂粒即可，即让50%～60%的砂通过洗孔、抽水而进入井内被清除出去，这样形成的管外天然滤水层有较好的空隙。当地下水腐蚀性相当强或砂样的资料可靠性较差时，可按能过滤50%砂粒的直径尺寸选用滤水孔。

②对于由均匀粒度的粗砂和砾石组成的含水层，可以有较大的选择范围。粗砂和砾石的粒度曲线比细砂平缓，滤水孔增加百分之几毫米时，只能允许少量的砂粒在水井抽水时通过滤水管进入井内。因此，滤水孔的尺寸可按挡砂的30%～50%来选取。

③粒度粗细互层的含水层，应按照不同地层的粒度等级，选定不同段落的滤水孔尺寸。为了防止在洗井抽水过程中滤水管外围上部地层砂下陷，而使细砂流入下层滤水管的大滤水孔内，应将上层的小滤水孔段的滤水管适当加长。

3）孔隙率

滤水管的滤水孔总面积与滤水管外表面积之比称为滤水管的孔隙率。滤水管的孔隙率是衡量滤水管滤水性能优劣的指标，孔隙率大，则进水面积相对也大，水经滤水管的阻力就小，井的出水量大。但是，过大的孔隙率必然影响滤水管的强度。

滤水管的孔隙率的计算随滤水管的类型不同而异。骨架滤水管因滤水孔直接穿透，故滤水管的孔隙率为进水面积与滤水管外表面积之比。砾石滤水管的孔隙率，则以滤水管所吸收水的体积与滤水管体积之比表示。

通常，圆孔、条缝和桥式缺口滤水管的孔隙率可达20%～40%，带缠丝的筋条骨架滤水管的孔隙率可达40%～60%。选择时，要尽可能选用强度高、孔隙率大的滤水管，并且滤水管孔隙率不应低于10%。

4）进水速度

地下水在滤水管周围以大的进水速度流动时，会使压力降低，使溶解在地下水中的二氧化碳逸出，于是出现不溶于水的碳酸盐类沉淀在滤水管周围，使滤水管的滤水孔和周围的天然过滤层的孔隙被堵塞。当一部分滤水孔被堵塞后，水流速度会更加剧烈，这种恶性循环是造成滤水管报废的主要原因。当然，如果地下水含有其他杂质或铁细菌时，结垢和腐蚀将会同时产生。

为了防止滤水管被腐蚀、堵塞或防止地层砂在井运行时进入井内，要控制地下水流入井内的速度，此速度称为最大允许进水速度，或称为安全流速。

当进水流速不超过最大允许值时，在抽水初期仅有少量小颗粒砂粒被带入滤水管中，随着“圆形拱”的形成，出砂的现象也逐渐消失。此时，在滤水管周围的含水层中由于有部分细颗粒砂粒被水流带出而形成透水性好的“天然过滤层”。

当进水流速超过最大允许值时，水流冲刷作用增大，破坏“圆形拱”，致使大的砂粒也随水流进入井内，形成涌砂现象，并使含水层受到较大的扰动，甚至完全破坏含水层的稳定性。

5）滤水管的直径

滤水管的直径是指滤水管的最大外径。根据地层条件确定出滤水管的长度、滤水管的孔隙率和最大允许进水速度后，滤水管的直径可根据所要求的涌水量算出。

计算出滤水管的直径是一个基准值，实际确定滤水管的直径时，应大于或等于该基准值，否则，进水流速会超过最大允许值。