淺談巖土工程勘察中抽水試驗中的幾個問題

李愛平，張國飛，姜慧琴，王瑞東，蘆小燕

(1.內蒙古自治區城鎮建設水文中心，內蒙古 呼和浩特 010000，2.內蒙古自治區地質環境監測院，內蒙古呼和浩特 010100，3.鄂爾多斯市水文勘測局，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

淺談巖土工程勘察中抽水試驗中的幾個問題

李愛平1，張國飛1，姜慧琴2，王瑞東3，蘆小燕3

(1.內蒙古自治區城鎮建設水文中心，內蒙古 呼和浩特 010000，2.內蒙古自治區地質環境監測院，內蒙古呼和浩特 010100，3.鄂爾多斯市水文勘測局，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

抽水試驗在巖土工程勘察中尤為重要，從理論與實踐結合的角度，按穩定流和非穩定流闡述抽水試驗過程中抽水孔與觀測孔的布置、水位降深、水位觀測、抽水穩定延續時間等問題進行討論，力求達到節約時間，節約費用，提高水文地質參數的準確度。

巖土工程;抽水試驗;穩定流;非穩定流

隨著城市基礎設施建設飛速發展，高層建筑及地下工程越來越多。為適應地下設施的需要，深基坑及地下隧道在工程應用而生。由于城市高層建筑和地鐵的日益增多，地下水的評價和治理越來越重要。巖土工程勘察規范中明確要求:“當場地水文地質條件復雜時，在基坑開挖過程中需要對地下水進行治理時，應進行專門的水文地質勘察”［1］。

為了獲得較準確的水文地質參數，往往需要在現場進行必要的抽水試驗。如何利用已有的勘察鉆孔作為抽水孔和觀測孔，實現鉆探和試驗的有機結合，既節約時間又減少成本。因此，在巖土工程勘察階段和施工開始階段常用的抽水試驗是單孔抽水試驗和多孔抽水試驗。

1 穩定流抽水試驗

1.1 抽水孔與觀測孔的布置

由于裘布依假定與生產實踐中水文地質條件存在差別，若抽水孔與觀測孔布置的不合理，井壁處的滲流不符合裘布依假定，這時仍采用裘布依公式計算水文地質參數，則出現偏大或偏小結果。這種不符合常常表現在:①由于濾水管壁的摩阻，地下水沿流程運動產生水頭損失，使井周的地下水由二位平面流轉為三維流，在三維流區，裘布依公式就不能應用;②當抽水井開始抽水時，井壁附近水力坡度瞬時增大，當增大到一定程度時，流速與水力坡度不再保持線性關系，滲流不屬于層流，這時不符合達西定律，從而使在該基礎上推導的裘布依公式就不能應用;③當含水層很厚，濾水管長度小于含水層厚度時，在井壁邊界上無法保持相等的水頭，因此，裘布依公式不能應用;④裘布依公式假定補給邊界為圓柱形水頭邊界，但在實際中這種補給邊界很少。抽水后的漏斗曲線，在距抽水井很近的范圍內(r≤0.178R，R為影響半徑)屬對數關系，外圍屬貝塞爾函數，因此，當觀測孔越遠，計算的滲透系數越大。⑤裘布依公式假定抽水前地下水位是水平的，但實際上地下水存在天然水力坡度，傾向下游地區，在天然水力坡度的影響下，降深曲線是一個下游半徑長、上游半徑短的“雞蛋形”，這時若在上游或下游布置觀測孔，滲透系數將出現偏小或偏大。因此，抽水孔與觀測孔的布置合理與否對水文地質參數計算結果至關重要。

抽水孔一般應遠離含水層的透水、隔水邊界，布置在含水層的導水及儲水性質、補給條件、厚度和巖性條件等有代表性的地方。當含水層的厚度、補給能力、滲透性、濾水管長度、半徑和抽水量等各種因素配合得當，或采用小降深抽水，在滲流場中可以找到不受井壁邊界條件、也不隨含水層補給條件影響的一個區域。根據前人經驗［2］，當觀測孔與抽水孔的距離滿足1.6 H≤r≤0.178 R(H為含水層厚度，R為補給半徑)，此區域內測得的降深值代入裘布依公式是可算得真實的滲透系數。觀測孔應布置在地下水流垂直的方向上，避開水力坡度對降深的影響。

1.2 水位降深

利用單孔抽水求水文地質參數時，為了提高參數的準確度，應進行3個不同落程的抽水。降深可由大到小，或由小到大，最大的降深宜接近設計動水位。要取得 Q－S曲線的正常變化軌跡，三次降深的間距宜盡量均勻分配:S1=Smax，S2=2/3 Smax，S3=1/3 Smax［3］。利用多孔抽水求水文地質參數時，可進行一次降深抽水。一般情況下，抽水降深越大，所求的滲透系數代表性越好。

1.3 抽水穩定延續時間

抽水試驗穩定延續時間的長短，關系著時間、資金等方面的問題。抽水試驗的穩定時間必須從抽水孔的水位和流量均達到穩定后開始計算，受含水層水力特征和抽水條件影響，特別是基巖區，抽水過程中經常出現流量微小變化、水位穩定一段時間后微小下降，試驗人員有時難以判斷抽水是否真正達到穩定狀態。穩定抽水過程中，觀測的動水位和涌水量歷時曲線不能有逐漸增大和逐漸減小的趨勢。若涌水量波動值不超過正常流量的5%，抽水孔水位波動值不超過水位降低值的 1%，觀測孔水位波動值不超過 2～3 cm［3］，這時，可斷定抽水試驗已達到穩定狀態。至于延續時間，可參考供水水文地質勘查規范要求:“卵石、圓礫和粗砂含水層不得小于8 h;中砂、細砂和粗砂含水層不得小于16 h，基巖含水層不得小于 24h”［4］。

若在松散粗顆粒含水層地區試驗條件有限，抽水試驗穩定延續時間可大于或等于6 h，前人隨機采 用10個孔抽水試驗結果，以t=8 h和t=6 h兩組資料，進行對比計算分析，兩者的差異是很微小，滲透系數的相對誤差僅為3.9%［5］，所以，規范要求抽水試驗穩定時間大于或等于8 h也不是一成不變的，應根據抽水試驗條件靈活選擇。

2 非穩定流抽水試驗

按照井流原理，非穩定流抽水試驗可分為定流量抽水試驗和定降深抽水試驗，在生產實踐中，由于我們容易控制流量(水泵抽水一般流量不變)，所以一般非穩定流抽水試驗以定流量抽水試驗居多，這里也以定流量抽水試驗來敘述。

2.1 抽水流量與水位觀測

定流量抽水試驗沒有對抽水流量提出明確要求，只要水位降深不超過水泵最大吸程即可。在抽水試驗前應根據前人水文地質研究成果對抽水地段有一個初步認識，通過涌水量換算來預測試驗地區在某一抽水流量下的水位降深;若試驗地區無前人研究，可通過試抽法來判別。通過實踐得知，抽水10 min的水位降深與穩定降深的比值約在80%左右。

流量與水位的觀測應同步，且觀測頻率要比穩定流大。非穩定流抽水試驗可分別利用抽水階段的資料(直線圖解法)和水位恢復階段的資料(水位恢復法)來計算水文地質參數，由于恢復階段水位資料比抽水階段可靠，不受抽水的影響，因此，恢復階段的水位觀測更具重要性。特別強調的是，水泵開始抽水時，井內水位瞬時下降，井壁水位下降滯后于井內水位，前幾分鐘觀測到的水位是急劇下降—上升—逐漸下降;同理，水泵斷電停抽時，前幾分鐘觀測到的水位是急劇上升—下降—逐漸上升。因此，在利用非穩定流抽水試驗計算水文地質參數時，應將抽水階段和恢復階段前幾分鐘的水位觀測資料剔除，以免影響參數的準確度。

2.2 抽水穩定延續時間

對非穩定流抽水試驗的穩定延續時間還沒有公認規定，巖土工程勘察中一般只為獲得水文地質參數，穩定延續時間不必太長，只要降深(S)—時間(lgt)形態比較固定和能夠明顯的反應含水層邊界性質即可停抽，一般不超過24 h。

3 結語

目前，利用抽水試驗資料確定水文地質參數的方法較多，穩定流抽水試驗往往需要很長時間，勢必造成人力、物力大量投入，延緩工作進程。而非穩定流抽水試驗具有時間較短、費用低的優點，人們傾向于非穩定流抽水試驗計算水文地質參數。在巖土工程勘察中，應根據施工組織設計進行合理的抽水試驗，以達到工期短、費用低、參數準為目的。

［1］GB 50021－ 2001.巖土工程勘察規范［S］.

［2］供水水文地質手冊［M］.北京，地質出版社.1977.

［3］楊柳，楊正文.巖土工程勘察中抽水試驗探討［J］.工程建設.2009，41(3):21 －28.

［4］GB 50027－2001.供水水文地質勘察規范［S］.

［5］史鳳軍，郭冬冬.抽水試驗穩定時間的探討［J］.科技論壇.2009:56.

P641.72

B

1004－1184(2012)05－0046－01

2012－05－11

李愛平(1972－)，男，內蒙古呼和浩特人，高級工程師，主要從事水文地質工程地質研究。