潛水非完整井抽水試驗對細(xì)砂層滲透系數(shù)的測定

孫漢芳

（深圳市南湖勘測技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

1 引言

隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市化建設(shè)的進(jìn)程不斷加快，建筑物對高度、深度方面的要求越來越高。尤其是土地、地下水等地下資源的開發(fā)利用占比越來越大，如何提升地下資源的利用效率，加強(qiáng)水文地質(zhì)勘探工作是重中之重。在工程建設(shè)過程中，若地下水對基礎(chǔ)抗浮和工程降水的影響較大，則需要進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘察。如何根據(jù)工程特點(diǎn)確定水文地質(zhì)勘察方案，成為勘察成果是否準(zhǔn)確的重要一環(huán)。

水文地質(zhì)因素包括地下水的類型、水位及變動幅度，含水層和隔水層的厚度及其組合關(guān)系，巖土層滲透性的強(qiáng)弱（滲透系數(shù)大?。?，承壓含水層的特征等。為保障工程勘察成果的準(zhǔn)確性，減少地下水對工程建設(shè)的不利影響，應(yīng)查明相應(yīng)的水文地質(zhì)因素，評價地下水對巖土體和建設(shè)工程項目可能產(chǎn)生的不利影響，最終提供相應(yīng)的水文地質(zhì)報告。

2 工程概況

某高層住宅工程，位于河流沖積平原，地形整體平坦，局部稍有起伏，擬建通體地下3 層車庫，基礎(chǔ)埋深約為現(xiàn)自然地面以下15.0 m。

根據(jù)鉆探、標(biāo)準(zhǔn)貫入及靜力觸探原位試驗結(jié)果，結(jié)合室內(nèi)土工試驗資料，對場地地基土按巖性及力學(xué)特征分層：埋深0～2.0 m 為填土，稍濕，以黃褐色粉土為主，含少量建筑垃圾及生活垃圾；埋深2.0～11.0 m 為粉土，濕，稍密～中密，干強(qiáng)度低，其厚度可達(dá)9.0 m；埋深11.0～26.5 m 為細(xì)砂，飽和，稍密～中密，主要成分為石英、長石，砂質(zhì)不純，黏粒含量高，其厚度可達(dá)15.5 m；26.5 m 以下為粉質(zhì)黏土層，硬塑，干，強(qiáng)度為中等～高，未鉆穿，可視為不透水層。

鉆進(jìn)中遇到地下水時，及時停鉆量測初見水位。一般情況下，在夜間量測上部潛水含水層的靜止水位。場地內(nèi)潛水初見水位約為3.9 m，靜止水位埋深約為4.0 m。

3 水文地質(zhì)條件

擬建場地屬大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，干濕明顯，春季干旱多風(fēng)沙，夏季炎熱多雨，秋季涼爽，冬季干冷多風(fēng)，雨雪稀少。年平均降雨量約600 mm，每年7～9 月3 個月的降雨量約占全年降雨量的55%。根據(jù)含水層的埋藏條件和水理特征，場地臨湖區(qū)域水位受湖水影響，總體也受大氣降水影響。

根據(jù)場地周圍的勘察資料了解，場地內(nèi)淺層地下水主要為潛水，含水層為26.5 m 以上的粉土、細(xì)砂層，其滲透系數(shù)約為5.3 m/d；26.5 m 以下為相對隔水的粉質(zhì)黏土層。

4 抽水試驗過程設(shè)計

4.1 抽水試驗依據(jù)

抽水試驗的主要依據(jù)有GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009 年版）、《工程地質(zhì)手冊》（第五版）[1]、《巖土工程試驗監(jiān)測手冊》及抽水試驗區(qū)地層結(jié)構(gòu)資料等。

4.2 抽水試驗?zāi)康?/h3>

抽水試驗的目的是查明建筑場地中細(xì)砂層的滲透性，測定單位涌水量及滲透系數(shù)等有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，為建筑設(shè)計和基坑降水提供基本的水文地質(zhì)資料[2]。本場地內(nèi)細(xì)砂含水層滲透系數(shù)穩(wěn)定流抽水試驗測定，設(shè)置一個抽水孔和一個觀測孔。穩(wěn)定流抽水試驗即在抽水過程中，要求抽水流量和動水位同時相對穩(wěn)定，并有一定延續(xù)時間的抽水試驗。

4.3 抽水試驗井及觀測井的布置與結(jié)構(gòu)

4.3.1 抽水試驗井及觀測井的布置

本工程單孔抽水試驗的抽水孔過濾器安置在細(xì)砂層中部，抽水井為潛水非完整井，即未揭穿整個含水層或進(jìn)水部分，僅揭穿部分含水層的抽水井。觀測孔布置在與地下水流向垂直的方向上，與抽水孔的距離r1為10.0 m。

抽水試驗成孔宜采用清水鉆進(jìn)，鉆孔工藝采用泥漿護(hù)壁，要進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)致的洗井。洗井時，先用空壓機(jī)間斷地向井管內(nèi)輸送壓縮空氣，使井內(nèi)水位產(chǎn)生較為劇烈的浮動，以此破壞井壁的泥皮；然后，利用沖孔器向井壁噴射高壓水流進(jìn)行洗井；最后，將活塞安裝在鉆桿底端,向下使其到達(dá)濾水管位置，隨著鉆具上下往復(fù)活動，使鉆桿活塞在濾水管位置上下運(yùn)動，以此破壞井壁泥皮，達(dá)到疏通含水層通道的目的[3]。

洗井結(jié)束后進(jìn)行2 次試抽水，當(dāng)單位涌水量之差不超過10%，并且水中沉淀物含量符合要求時，洗井結(jié)束。

4.3.2 抽水試驗井及觀測井結(jié)構(gòu)

1）過濾器

過濾器安裝在管井中對應(yīng)的含水層部位（細(xì)砂層），帶有濾水孔，主要起到濾水擋砂及護(hù)壁的作用。抽水孔過濾器采用填礫過濾器，觀測孔采用包網(wǎng)過濾器。

2）潛水泵

因井水位深度較大、抽水降深大、出水量也較大，所以，選用深水潛水泵。

3）量測器具

觀測水位使用電測水位計。觀測讀數(shù)應(yīng)精確到1 cm。

流量測試用具應(yīng)根據(jù)流量大小選定。流量小于1 L/s 時，可采用容積法或水表；流量在1～30 L/s 時，宜采用三角堰；流量大于30 L/s 時，應(yīng)采用矩形堰。

4）抽水井及觀測井結(jié)構(gòu)

抽水試驗井及觀測井采用內(nèi)徑為0.3 m 的混凝土管，成井直徑D 為0.55 m，二者井深及過濾器長度均相同。潛水井井深18.0 m，上部12.0 m 安置不透水的水泥實(shí)管，下部過濾器長度l 為6.0 m，濾管外包設(shè)多層濾網(wǎng)，外部填滿石英砂濾料。地下水位完全淹沒過濾器，并且井壁進(jìn)水。

在進(jìn)行抽水試驗前，對抽水試驗井和觀測井的靜止水位進(jìn)行了量測，每小時測定1 次，按3 次所測結(jié)果基本相同的要求，測得地下水的穩(wěn)定靜止水位值為4.0 m[4]。

4.4 試驗過程

在抽水試驗過程中，同步觀測記錄抽水井的涌水量和抽水孔及觀測孔的動水位。

為了獲取更為準(zhǔn)確合理的滲透系數(shù)K，進(jìn)行小流量、小降深的抽水試驗。設(shè)計主井抽水試驗進(jìn)行3 次水位降深，本場地潛水含水層厚度H 約為22.5 m，初步確定潛水井3 次降深分別為3.0 m、2.0 m、1.0 m。

水位與流量的觀測時間按5 m in、5 m in、5 m in、10 m in、10 min、10 min、10 min、15 min、15 min、15 min、15 min、30 min、30 min、30 min、30 min……30 min 的間隔進(jìn)行，出現(xiàn)穩(wěn)定趨勢以后每隔30 m in 觀測1 次，直至結(jié)束。

穩(wěn)定延續(xù)時間：當(dāng)達(dá)到某一降深時，相應(yīng)的流量和動水位趨于穩(wěn)定后的延續(xù)時間約為8～24 h；觀測孔的水位穩(wěn)定時間大于2～4 h。

水位穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)定時間段內(nèi)，涌水量波動值小于正常流量的5%，主孔水位波動值小于水位降低值的1%，觀測孔水位波動小于2～3 cm。若抽水孔、觀測孔動水位與區(qū)域水位變化幅度趨于一致，視為穩(wěn)定[5]。

試驗結(jié)束后，可進(jìn)行恢復(fù)水位觀測，停泵時按1 m in、3 min、5 m in、10 min、15 m in、30 m in 的間隔進(jìn)行水位觀測，以后每小時觀測1 次[6]。

5 試驗結(jié)果及參數(shù)求解

5.1 潛水抽水試驗結(jié)果

潛水抽水試驗進(jìn)行3 個穩(wěn)定降深的試驗次序，試驗結(jié)果見表1。

表1 潛水非完整井抽水試驗結(jié)果

5.2 水文地質(zhì)參數(shù)求解

5.2.1 滲透系數(shù)

對于潛水井非完整井，過濾器安置在含水層中部，從井壁進(jìn)水，利用單孔抽水，有1 個觀測孔的潛水非完整井穩(wěn)定流抽水示意圖如圖1 所示。

圖1 潛水非完整井穩(wěn)定流抽水示意圖

滲透系數(shù)K 的計算公式為：

式中，K 為滲透系數(shù)，m/d；Q 為流量，m3/d；Sw為抽水井降深值，m；S1為觀測井降深值，m；l 為過濾器長度，m；rw為抽水井半徑，m；r1為抽水試驗井與觀測井距離，m。

根據(jù)式（1）計算抽水試驗井在3 次降深下所得的滲透系數(shù)K，并將其列于表2。

表2 潛水非完整井抽水試驗數(shù)據(jù)及計算

通過抽水試驗資料，利用上述公式計算得細(xì)砂層的滲透系數(shù)平均值為5.299 m/d。

根據(jù)黃淮海平原地區(qū)細(xì)砂滲透系數(shù)經(jīng)驗值為6～8，可評定本場地細(xì)砂層滲透系數(shù)為6，為工程設(shè)計提供參考。

5.2.2 影響半徑

對細(xì)砂層，根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第五版）影響半徑經(jīng)驗值，可評價場地細(xì)砂層影響半徑為50.0～100.0 m。

6 結(jié)語

通過各項研究表明：地下水與各種巖土工程質(zhì)量及安全問題密不可分。為了保障工程建設(shè)的順利進(jìn)行，提高巖土工程勘察的認(rèn)可度，必須重視水文地質(zhì)勘察在巖土工程勘察中的地位，然后依照工程實(shí)際情況，采取合理的水文地質(zhì)勘察方法，加強(qiáng)對地下水的勘察。只有這樣才能整體提升巖土工程勘察的質(zhì)量，為工程設(shè)計及施工提供可靠的依據(jù)。