水工建筑物基坑排水无砂管有效孔隙率的测定

吴炳富 吴国义

一 、引言

近年来，在水利工程建设中凡涉及到深井降水、减压井施工项目均广泛地采用水泥预制管。水泥预制管有造价低廉、施工后处理方便且无安全隐患的优点。早期在预制管管井施工中，管井的成功率不太高，主要原因在于无砂管的有效孔隙率无法测定。内、外连通的隙率称为有效孔隙；内、外不连通的隙率称为盲隙，盲隙对透水性无意义。无砂管的有效孔隙率选择是管井施工前必要的准备工作，也是决定管井成败关键的一步。笔者在十多年的管井施工中，曾数次对无砂管有效孔隙率的测定进行专题研究，并将测定的方法拿到实践中去验证，验证的结果均能达到预期的目的，使管井的成井率达到95%以上。

二、无砂管有效孔隙率的测定

1.测定方法

由于无砂管孔隙不规则，无法直接测定其有效孔隙率。无砂管有效孔隙率通过两种管材渗透比较法进行测定。具体方法是：在边界条件相同的情况下，取同径同长两种滤水管进行渗透对比试验。一种管材为已知孔隙率的钢骨架过滤器，另一种管材为待测的无砂管。向两种管中注入等体积的水，抬高相同高度的水头，保持常水头一段时间使两管渗透稳定。停止向两管中注水，并同时分别计算两种管内漏尽水所经历的时间。调节钢骨架过滤器孔隙率，使已知孔隙率的钢骨架过滤器漏尽时间等于待测无砂管漏尽水的时间。此时钢骨架过滤器的孔隙率就近似于待测无砂管的有效孔隙率。

2.测定步骤

（1）根据无砂管管径加工1根2m长等径（内径）钢管，在钢管一端截1m长度（预制无砂管和护壁管的长度均是每节1m）加工成过滤器。过滤器孔眼直径一般在3～6mm，孔眼在钢管的表面呈梅花形均匀分布。加工过滤器的孔隙率应大于待测无砂管的孔隙率，一般加工成50%～70%，以60%为最佳。

（2）用薄钢板加工成一只长方体敞口水箱。 箱高2m，底部 2r×4r（r为无砂管的外半径），水箱中央横向用薄钢板隔成等体积两室，钢板延伸到水箱口。水箱底面除在两室中央保留一块半径为r0（无砂管的内半径）的圆面积不透水外，其余加工成滤水孔眼，以确保透水迅速。

（3）将待测无砂管竖置于水箱一端，并使管底面与水箱底面圆面积重合。无砂管上端对接一节一根护壁管，两管同心；将已知孔隙率的钢管过滤器竖置于水箱另一端，管底面也与水箱底面圆面积重合，所有接头部位都要确保绝对止水。

（4）同时用大流量向两管内注水，直到水流从管口溢出，再调整注水流量，使液面稳定于管口，并持续15min。在此期间应观察两管侧面渗透是否稳定，经确认稳定后停止注水。

（5）停止注水与开始计时同步。分别将两管内水流渗透过程的水深和经历的时间计入附表中。

（6）分析两管渗透水流所经历的时间，调整钢管过滤器的已知孔隙率。重复（ 4）（ 5） 试验步骤，直到两管漏尽水流所需的时间相等为止。此时钢管过滤器的孔隙率，近似于待测无砂管的有效孔隙率。

（7）若试验步骤（6）不能“ 调整到两管漏尽水流所需的时间相等”，应通过试验将无砂管的有效孔隙率上、下限值逼近到一个很小范围内的区间值，再用插值法求出无砂管有效孔隙率的近似值。

3、试验成果应用

施工时所采购的水泥预制管应固定一个生产厂家，无砂管应选择在同一生产批次最佳。若施工需要数量过大，同一生产批次不能满足，下一生产批次的灰石比、石子的品质和颗分曲线以及管密度等制管技术参数应与上一生产批次相同，以免在无砂管生产过程中对有效孔隙率产生较大的偏差。从施工用管中随机抽取5%无砂管做试验样品，进行渗透性能对比试验，施工用管数量再少，抽取样品试件不得低于5件。对试验成果进行数理统计求无砂管有效孔隙率的平均值，并将其作为无砂管孔隙率应用到管井的设计或施工中。

三、结语

无砂管的制造过程中有效孔隙率与预制无砂管的水泥和石子配合比以及冲击次数（制管密度）有密切的关系。在施工实践中，通过多次试验数据积累和分析，建立无砂管的有效孔隙率与制管的水泥和石子配合比以及制管密度相关关系，为后期类似工程项目施工起着重要的指导作用。根据所需无砂管孔隙率，并通过上述相关关系求得水泥和石子配合比以及制管密度，并将此制管技术参数作为定单下到制管厂家。不需要在项目施工前做无砂管渗透性能对比试验工作，这样既节省了时间，又节省了资源。

无砂管作为管井滤水管以其成本低廉被广泛采用，在基坑排水或是抽取地下水进行农作物灌溉的“农灌井”项目，采用本方法测试无砂管的有效孔隙率，对管井的使用效果和寿命延长有着非常重要的作用