上海某深基坑群井抽水試驗參數(shù)分析

王慶磊

［上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092］

0 引言

隨著上海市經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市建設的不斷推進，軌道交通工程、高層建筑、越江隧道、高架橋梁工程等大規(guī)模不斷展開，與之相關的基坑開挖深度也越來越深，而基坑降水對基坑施工安全性至關重要。對于上海地下水位較淺的地區(qū)，基坑降水的研究顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的抽水試驗多采用單井試驗，參數(shù)誤差相對較大，同時單井試驗無法判別不同土層之間的水力聯(lián)系，局限性較大。筆者通過現(xiàn)場群井試驗獲取含水層的水文地質(zhì)特征參數(shù)，以達到群井試驗在專項水文地質(zhì)勘察中的應用[1]。

1 工程概況

本基坑工程位于上海市閔行區(qū)，基坑開挖深度為25.8 m，基坑開挖過程中需抽降第⑦層承壓水，為了解承壓水水頭埋深分布，取得承壓含水層的詳細水文地質(zhì)參數(shù)、從而制定合理、可行的降水設計處理方案，確定施工期間降壓井的降水施工參數(shù)，為布置降壓井提供依據(jù)[2]。

根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)勘察資料，見表1，場地地基土可分為7層。本基坑下部承壓水層分布比較均勻，為⑦1層粉砂夾粉質(zhì)粘土、⑦2層粉砂，兩者相互貫通，可視為同一承壓含水層，基坑底部位于⑤1層粘土層之中。

表1 場地內(nèi)土體分層及物理力學參數(shù)

2 群井抽水試驗實施

抽水試驗實施的目的是為了獲取本場地水文地質(zhì)特征，主要是目的層位為⑦1層草黃～灰黃色粉砂夾粉質(zhì)黏土和⑦2灰黃~灰色粉砂，需測定水文地質(zhì)參數(shù)，包含滲透系數(shù)、貯水系數(shù)(或貯水率)、導水系數(shù)，以及單井最大涌水量[3]。

采用非穩(wěn)定流群井抽水試驗的方式，現(xiàn)場成井10口，群井試驗持續(xù)時間為10 d，其中CA1-1~CA1-4為抽水井，其余GA1-1~GA1-3井及其它井均為觀測井。抽水開始后按規(guī)范進行：1’、2’、3’、4’、6’、8’、10’、15’、20’、25’、30’、40’、50’、60’、80’、100’120’的頻率進行觀測，之后每隔0.5 h觀測一次，直到水位恢復試驗結束，見圖1。群井停止抽水時，抽水已歷時達7 d，各觀測井水位穩(wěn)定，已滿足群井抽水試驗停抽要求。

圖1 群井抽水試驗平面布置圖

群井抽水試驗共歷時近6 d。其CA1-1井平均出水量約30.2 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-2井平均出水量約23.30 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-3井平均出水量約25.1 m3/h，動水位埋深基本保持在地下26.00 m；CA1-4井平均出水量約20.3 m3/h，動水位埋深基本保持在地下24.00 m。群井抽水期間，4口井出水量較穩(wěn)定，見圖2。

圖2 降深與時間關系曲線

群井抽水試驗期間，對6口觀測井水位變化進行同步監(jiān)測，群井抽水期間觀測井水位降深情況見表2。

表2 群井試驗觀測井水位最大降深統(tǒng)計表

4 群井試驗擬合求取參數(shù)

水文地質(zhì)參數(shù)是根據(jù)非穩(wěn)定流抽水試驗數(shù)據(jù)計算求得[4]。本次試驗地層有越流補給條件下的無界承壓含水層中非穩(wěn)定流抽水試驗，上下隔水層有越流補給，在巨厚含水層中，井結構為非完整井，含水層為均質(zhì)、各向異性、側(cè)向無限延伸，厚度不變。計算方法選用Hantush的計算方法，進行含水層的滲透系數(shù)（水平、垂直）、儲水系數(shù)以及導水系數(shù)、越流因子等進行求參[5]。

根據(jù)實際的抽水井和觀測井的參數(shù)值，自動繪制一系列標準雙對數(shù)曲線，同時根據(jù)單（群）井抽水試驗后觀測井水位下降，生成時間-降深的雙對數(shù)曲線，并對實測曲線與標準曲線進行擬合，找出最佳的標準雙對數(shù)曲線，計算含水層的各參數(shù)[6]。擬合結果見圖3。

圖3 群井試驗標準曲線與實測曲線擬合綜合圖（雙對數(shù)）

根據(jù)擬合曲線，可計算得出相關水文地質(zhì)參數(shù)[7]，導水系數(shù)平均值：T=115 m2/d，水平滲透系數(shù)平均值Kh=4.61 m/d，Kv=0.155×4.61 m/d=0.71 m/d，儲水系數(shù)S=1.31×10-3。

5 三維滲流數(shù)值模擬參數(shù)分析

通過數(shù)值法（利用ModFlow軟件）建立三維滲流模型，通過反演求解參數(shù)[8]。

根據(jù)研究區(qū)的幾何形狀以及實際地層結構條件，對研究區(qū)進行三維剖分。根據(jù)研究區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特性等信息，水平方向?qū)⑺牡刭|(zhì)概念模型剖分為72行、74列，最大行列間距20 m，核心區(qū)最小行列間距為2.0 m。結合抽水影響半徑，在試驗區(qū)向外延伸350，網(wǎng)格面積為800 m×800 m，層位厚度為130 m，網(wǎng)格立體剖分見圖4，網(wǎng)絡最外邊緣作為定水頭考慮。

圖4 離散模型網(wǎng)絡三維圖

在Visual Modflow軟件中，試驗井可以設置過濾器長度、出水量等參數(shù)，與實際數(shù)據(jù)具有很強對比性，根據(jù)已有抽水試驗觀測井數(shù)據(jù)，建立抽水井和觀測井模型。試驗井模型設置見圖5。

圖5 試驗井三維立體圖

根據(jù)本工程的群井抽水試驗結果，對抽水井的實測資料進行整理，在三維計算模型中設置抽水井，將抽水井涌水量代入三維數(shù)值模型中，進行群井抽水試驗的數(shù)值模擬計算。對比計算結果和實測的觀測井水位變化，不斷調(diào)整并優(yōu)化相關水文地質(zhì)參數(shù)，得到合理的承壓水分析參數(shù)[9]。

群井抽水試驗模擬的觀測井水位結果的標準殘差直方分布關系見圖6，由圖6可知誤差中值約為0.043，標準殘差的分布滿足標準正態(tài)分布。

圖6 群井試驗標準殘差直方分布圖

通過以上三維數(shù)值計算反演分析，獲取的模型參數(shù)見表3。

表3 群井試驗模型層參數(shù)表

6 結語

（1）本基坑工程開挖深度為25.8 m，在后期實施階段必須考慮承壓水的降水，控制水位滿足安全需求。

（2）其CA1-1井平均出水量約30.2 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-2井平均出水量約23.30 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-3井平均出水量約25.1 m3/h，動水位埋深基本保持在地下26.00 m；CA1-4井平均出水量約20.3 m3/h，動水位埋深基本保持在地下24.00 m。

（3）根據(jù)水位監(jiān)測信息，群井抽水試驗期間，6口觀測井初始水位埋深為-5.26~-5.40 m，最終水位埋深為-10.64~-14.31 m，水位降深為5.24~9.05 m。

（4）根據(jù)不同求參方式比較，導水系數(shù)平均值：T=115 m2/d，水平滲透系數(shù)平均值Kh=4.61 m/d，Kv=0.155×4.61 m/d=0.71 m/d，儲水系數(shù)S=1.31×10-3。

（5）群井抽水試驗模擬的觀測井水位結果的標準殘差直方分布關系，可知誤差中值約為0.043，標準殘差的分布滿足標準正態(tài)分布。

（6）根據(jù)不同求參方式比較，本工程⑦1層粉砂夾粉質(zhì)黏土綜合水平滲透參數(shù)Kh=1.61 m/d，垂直滲透參數(shù)Kv=0.15 m/d，平均貯水系數(shù)S=1.60×10-5；⑦2層粉砂綜合水平滲透參數(shù)Kh=5.21 m/d，垂直滲透參數(shù)Kv=0.52 m/d，平均貯水系數(shù)S=2.58×10-5。

（7）群井試驗求參可通過對比計算結果和實測的觀測井水位變化，不斷調(diào)整并優(yōu)化相關水文地質(zhì)參數(shù)，得到合理的承壓水分析參數(shù)。