降排水試驗(yàn)在南水北調(diào)潮河段工程中的應(yīng)用

□符運(yùn)友（河南省水利第二工程局）

一、降水試驗(yàn)的目的

為確保南水北調(diào)中線潮河段第四施工標(biāo)段渠道和各建筑物工程施工的干地施工條件，使降水施工效果達(dá)到地下水位降至施工作業(yè)面以下至少1m的預(yù)期目的。在實(shí)體降水工程施工前進(jìn)行抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)有以下目的：一是檢驗(yàn)成井質(zhì)量，確定抽水井單井涌水量；二是確定水文地質(zhì)參數(shù)，即求取R（影響半徑），K（滲透系數(shù)）等參數(shù)；三是根據(jù)試驗(yàn)成果，優(yōu)化和確定降水設(shè)計(jì)方案。

二、試驗(yàn)參數(shù)選定

結(jié)合施工條件布置兩排觀測井，分別平行和垂直渠道軸線方向，其中平行軸線方向布置4眼觀測井，井距5m、30m、60m、100m；垂直軸線方向布置1眼觀測井，井距60～70m。

根據(jù)《建筑與市政工程降水技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T111-98），降水井的深度按下式確定：

式中：HW—降水井深度（m）；

HW1—基坑深度（m）；

HW2—降水水位距離基坑底要求的深度（m）；

HW3—iγo；i為水力坡度，在降水井分布范圍內(nèi)宜為1/10～1/15;γo為降水井分布范圍的等效半徑或降水井排間距的1/2（m）；

HW4—降水期間的地下水位變幅（m）；

HW5—降水井過濾器工作長度（m）；

HW6—沉砂管長度（m）。

綜合招標(biāo)文件提供的地下水文資料，擬定抽水井深度為24～28m，其他觀測井為21～24m。當(dāng)部分渠段地下水位較低或較高時，則可在現(xiàn)場施工時根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行降水井深度調(diào)整。

本標(biāo)段為保證施工降排水強(qiáng)度，提高降排水效率，同時考慮機(jī)械安裝布置的方便性和可操作性，初步擬定降水井直徑為30cm。

根據(jù)招標(biāo)文件提供的地質(zhì)水文資料，降水井采用真空降水井，在井內(nèi)形成負(fù)壓，加快地下水滲透速度。具體結(jié)構(gòu)為：降水井開孔直徑700mm，觀測井開孔直徑600mm；混凝土無砂管節(jié)內(nèi)徑300mm，外徑400mm；管外包裹2～3層紗濾網(wǎng)，過濾料為礫石。

三、試驗(yàn)過程和結(jié)果整理

(一)試驗(yàn)過程

在渠道開挖至馬道高程時，便可進(jìn)行降水井管的測量定位。測定后，需在馬道上標(biāo)明井點(diǎn)中心軸線和開口線，其中心點(diǎn)打上定位樁。待定位復(fù)核后，便可埋設(shè)井口護(hù)筒。井口護(hù)筒采用鋼板圓護(hù)筒，其直徑為1m，高度一般為1.5～2.0m，埋入地下1～1.5m，護(hù)筒外用粘土填實(shí)，以防井口坍塌。然后安裝鉆機(jī)，采用BRM-08型鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)成孔施工，鉆孔一次成孔。在開鉆前，需復(fù)核施工圖中標(biāo)示的地質(zhì)情況資料，做好數(shù)據(jù)預(yù)測分析。在鉆井過程中，需由操作人員根據(jù)地質(zhì)特征及孔內(nèi)實(shí)際情況安排相應(yīng)的鉆井速度和泥漿濃度等參數(shù)，并嚴(yán)格控制鉆孔的垂直度，以利混凝土透水管的順利安裝。用泥漿泵排除的泥漿需排入附近泥漿沉淀池，經(jīng)沉淀后的水經(jīng)水溝自流入井孔。成孔后安裝無砂混凝土管，安裝前，需置換孔內(nèi)泥漿，置換期間要注意防止孔洞坍塌，理論泥漿比重以1.01～1.04g/cm3之間為宜。用小型吊機(jī)吊起混凝土管配合人員吊放入孔。混凝土透水管外采用2～3層濾網(wǎng)作為過濾器，并用細(xì)鐵絲箍緊。其底部配置2m高混凝土盲管，盲管上接混凝土透水管，管口對齊布置，管中心與成井中心重合在一鉛垂線上。待混凝土透水管吊裝完畢后，回填濾料。管壁與孔壁之間設(shè)置為10～15cm厚的濾料層，濾料采用1～5mm豆砂回填作為過濾層。濾料填至基坑底部高程后填筑粘土封口，孔口頂部需高出周邊地面10～20cm，以防外部雨水流入井內(nèi)。為保證降水井具有良好的降水效果，在濾料填充完成后立即洗井。洗井時，可采用潛水泵進(jìn)行大降深抽水，使殘留在濾料內(nèi)的泥漿隨著水流帶出，以增強(qiáng)其透水性。洗井時間視現(xiàn)場具體情況而定，一般以水清、無砂、無沉淀為標(biāo)準(zhǔn)。

洗井結(jié)束，待水位恢復(fù)平靜后按設(shè)計(jì)位置下沉水泵，宜下入到井管下半部分為止，以保證有足夠的水位降深。試抽前，先連接好排水管道及電源線路，先試抽3h，測定井內(nèi)水位變化情況及檢查水泵功率是否滿足要求，等水位恢復(fù)后，進(jìn)行正式抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)選擇三個落程，模擬今后的生產(chǎn)抽水，采用大降深抽水以檢驗(yàn)水井的成井質(zhì)量，最大降深S3應(yīng)根據(jù)含水地層的富水性及設(shè)備最大抽降能力確定，且S1≈1/3S3，S2≈2/3S3。第一落程擬采用1.0～2.2kW水泵抽水、第二落程采用1.5～4.0kW水泵抽水、第三落程采用2.2～5.0kW水泵抽水,具體泵型視出水量而定。

穩(wěn)定延續(xù)時間＞6h；穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：水位和涌水量同時趨于穩(wěn)定，抽水井水位波動值不超過水位降低值的1%；當(dāng)降深值＜10m時，水位波動值＜3～5cm。觀測井水位波動值＜2～3cm。涌水量波動值不超過正常流量的5%。抽水試驗(yàn)期間S（降深）、Q（降深為S時的涌水量）穩(wěn)定時間＞48h，停泵后水位恢復(fù)時間＞48h。

抽水試驗(yàn)開始觀測抽水井及觀測井的靜止穩(wěn)定水位，靜水位觀測每30min觀測1次，2h內(nèi)變幅＜2cm，且無連續(xù)上升或下降趨勢時，即可視為穩(wěn)定水位。

抽水試驗(yàn)開始后的第1、3、5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120、150、180min，宜各觀測1次動水位和出水量，以后每隔30min測1次。

(二)成果整理

在進(jìn)行抽水試驗(yàn)時，對資料要進(jìn)行現(xiàn)場記錄和整理，需要在現(xiàn)場整理編制下列曲線圖表，其目的是了解試驗(yàn)進(jìn)行情況，檢驗(yàn)抽水試驗(yàn)有無反常情況，為進(jìn)一步室內(nèi)資料整理打下基礎(chǔ)。現(xiàn)場資料記錄抽水試驗(yàn)記錄表、抽水試驗(yàn)水位降深記錄表、抽水試驗(yàn)主井水位恢復(fù)記錄表，然后選用下列公式計(jì)算。

抽水試驗(yàn)首先選用潛水非完整井多孔公式計(jì)算滲透系數(shù)：

式中l(wèi)"=10-0.5（S1+S2）

影響半徑的計(jì)算選用規(guī)范的公式：

式中：K—試驗(yàn)巖土層的滲透系數(shù)，m/s；

Q—抽水量，m3/s；

H—含水層厚度，m；

S1、S2—觀測孔降深，m；

r1、r2—觀測孔距抽水井距離，m；R—影響半徑，m。

根據(jù)該式計(jì)算出的滲透系數(shù)，然后再采用單孔潛水非完整井公式計(jì)算滲透系數(shù)。

式中：l—鉆孔揭露含水層厚度，m；

S—抽水井降深，m；

R—影響半徑m，采用經(jīng)驗(yàn)值；

r—抽水井半徑，m。

其它符號意義同前。

四、結(jié)語

南水北調(diào)潮河四標(biāo)本次試驗(yàn)比較成功，結(jié)合前期資料，滲透系數(shù)K取K=2.30×10-3cm/s，影響半徑R取95m。取得的水文地質(zhì)參數(shù)比較合理、可靠，可用于指導(dǎo)下一步大面積降水施工。