某場地土壤修復項目中降水方案的設計與分析

季鄭杰

摘 要 本文從降水的全過程進行分析和計算，驗證了降水方案的可行性，對同類型的降水方案和水文試驗提供了寶貴的經(jīng)驗和建議。

關鍵詞 地下水;抽水試驗;降水;滲透系數(shù)

1工程概況

本項目為蚌埠一化工廠的廢棄用地，該區(qū)域經(jīng)過勘察，土壤場地內(nèi)主要污染物為硝基氯苯，必須進行土壤修復，設計采用熱脫附技術，對于地下水豐富且土壤滲透性較好的場地，地下水會持續(xù)帶走熱量，從而降低熱脫附效果，所以應進行降水，把地下水對修復過程中的影響降到最小。場地土壤修復深度最深為12m，設計加熱深度12.5米，降水深度應大于12.5m。該項目污染場地土層分布如下：①雜填土②粉土③粉質(zhì)黏土④粉土⑤粉土⑥淤泥質(zhì)黏土⑦粉砂。場地主要含水層主要分布與④粉土、⑤層粉土及⑦層粉砂中，屬承壓水，以地下水的水平向流動補給為主[1]。

2查明水文參數(shù)

為了查清承壓水含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，我方首先對場地進行了抽水、恢復水試驗試驗，現(xiàn)場布置了抽水井8口，現(xiàn)場共完成3個臺班單井試抽工作和2個臺班恢復水試驗。

通過匯總實驗數(shù)據(jù)，滿足降深的情況下，降水期間同時運行8口井總出水量在249.6m3/d～1193.1m3/d。

對本次抽水試驗的數(shù)據(jù)進行初步篩選后，這里利用公式法和配線法進行計算，兩種方法互相驗證。

2.1 第一落程（最大能力降深）

抽水參數(shù)：H=16.584m，s=2.702m，s1=0.69m，s2=0.59m，Q=422.14 m3/d。

（1）公式法

主孔單孔計算結果：K=11.964m/d;

帶5m觀測孔計算結果：K=9.481m/d;

帶10m觀測孔計算結果：K=10.478m/d;

兩觀測孔計算結果：K=29.211m/d;

其中兩觀測孔計算結果偏離較大，為不準確值，平均K=10.641m/d。

（2）利用Boulton配線法進行計算，計算結果：

1）K=6.782m/d，s=0.171;

2）K=8.064m/d，s=0.177;

3）K=5.717m/d，s=0.181。

平均K=6.854m/d，s=0.176。

第一落程兩種計算結果K分別為10.641m/d，6.854m/d，平均8.748m/d;給水度平均為0.176。根據(jù)同樣的計算方法可得第二落程和第三落程的計算結果如下：

2.2 第二落程

兩種計算結果K分別為11.131m/d，11.693m/d，平均11.412m/d;給水度平均為0.166。

2.3 第三落程

兩種計算結果K分別為8.603m/d，6.123m/d，平均7.366m/d;給水度平均為0.171。

本次按保守計算滲透系數(shù)，將三個落程取平均值，平均K=9.175m/d，s=0.171。該值屬于細砂的滲透系數(shù)經(jīng)驗值，根據(jù)前期鉆孔取芯資料，該數(shù)據(jù)與實際地層巖性相符[2]。

3降水設計

3.1 無止水帷幕最大涌水量

根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程（2012年）》中群井按大井簡化的均質(zhì)含水層潛水非完整井的基坑降水總涌水量公式計算：

根據(jù)計算結果，試驗區(qū)在沒有止水帷幕情況下，井徑273mm，水位降至13m以下，滲透系數(shù)取平均值9.175m/d，計算的最大涌水量為2976.3m3/d。

3.2 有止水帷幕最大涌水量

（1）參考抽水試驗數(shù)據(jù)理論計算值，無止水帷幕情況下，井徑273mm，水位降至13m以下，K取9.175m/d，試驗區(qū)域計算的最大涌水量為2976.3m3/d，參考《基坑深井降水涌水量計算公式探討》，取經(jīng)驗系數(shù)n*=0.4，Qmax=1190.5m3/d。

（2）根據(jù)試驗區(qū)域降水井試抽實際數(shù)據(jù)顯示，穩(wěn)定運行后單井涌水量范圍31.2m3/d～149.1 m3/d，最大涌水量范圍249.6m3/d～1193.1 m3/d。

綜上，試驗區(qū)域在運行期間最大涌水量1190.5m3/d（取計算值）。

3.3 降水井設計

本次試驗通過計算單井最大出水能力和降水井數(shù)量計算公式進行降水建議。

管井的單井出水能力和降水井的設計單井流量可分別按下式計算：

根據(jù)計算，無止水帷幕情況下，本次最大涌水量為2976.3m3/d，本次單井最大出水能力為2153m3/d，考慮到大方量抽水對降水井的成井結構以及場地環(huán)境地質(zhì)問題影響，在中心和四周共布置8口井可以將試驗區(qū)地下水降至13m[3]。

4抽水試驗

根據(jù)以上土層的水文參數(shù)最終在場地內(nèi)布置了12口降水井，并且在整個污染地塊周邊設計了止水帷幕，止水帷幕采用850@900的三軸攪拌樁施工，采用套接一孔法，樁長23m。通過計算整個場地預估抽水量約18萬方，若總施工工期360天，則抽降水施工最大穩(wěn)定抽水量為每天1000方。為了驗證降水方案的可行性，確定降水水位能否達到需求的12.5～13米，在止水帷幕施工完成后，降水方案運行前首先進行了抽水試驗。

抽水運行試驗分兩部分，前期根據(jù)降水效果調(diào)整井數(shù)量和水泵功率，進行了三批次的抽水試驗。通過三次試驗結果和對場地整體抽水的考量，進行第二階段的抽水試驗[4]。最終運行結果如下：

試驗開始四天后水位情況見下表：

5結束語

由試驗結果可見將原位區(qū)域整體水位壓至13m，抽水井水位需位于22m左右，由于河堤腳120m線范圍內(nèi)為水利局管控范圍，依據(jù)場地地勘報告，該區(qū)域不允許建14米以上的井，且建井數(shù)量和分布有嚴格的限制要求。這一區(qū)域降水無法實現(xiàn)降深到12米以下，若仍要進行修復，需耗費大量資源、能源，增加工期，且難以保障修復效果達標。

根據(jù)抽水試驗結果，在原止水帷幕設計的條件下，降水無法實現(xiàn)滿足場地內(nèi)原位熱脫附修復的要求。分析可能是由于止水帷幕施工質(zhì)量問題導致，止水帷幕的止水效果未達到預期要求，所以設計降水井無法使場地水位達到設計要求。建議在水量較大，對水位降深要求較高的場地，止水帷幕設計最好采用雙排或三排，從而保證止水效果。

參考文獻

[1] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：117.

[2] 巖土工程勘察規(guī)范：GB50021-2017（2017版）[S].北京：中國標準出版社，2017.

[3] 港口工程地基規(guī)范：JTS147-1-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[4] 建筑基坑支護技術規(guī)程：JGJ120-2012[S].北京：中國標準出版社，2012.