基于抽水試驗的圓礫層滲透系數(shù)測定方法研究

摘要：研究采用承壓水完整井的穩(wěn)定流抽水試驗，布置2個抽水井和15個觀測井，遵循相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。試驗中，觀測井水位和抽水井流量通過電測水位計和三角堰水堰箱同步監(jiān)測，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。結(jié)果顯示，在不同降深和流量組合下，圓礫層平均滲透系數(shù)為20.861 m/d，最大值為111.334 m/d，最小值為11.931 m/d。研究表明，圓礫層滲透系數(shù)與地下水流動特性密切相關(guān)，合理測定對建筑物穩(wěn)定性至關(guān)重要，研究為類似工程的滲透系數(shù)測定方法提供了有效參考。

關(guān)鍵詞：抽水試驗 圓礫層 滲透系數(shù) 參數(shù)測定

Study on the Determination Method of Permeability Coefficient of Rounded Gravel Layer Based on Pumping Test

LI Decheng

Geological Team 332， Anhui Geology and Mineral Exploration Bureau， Huangshan， Anhui Province， 245000 China

Abstract： The study adopts the stable flow pumping test with a complete pressurized water wells， arranges 2 pumping wells and 15 observation wells， and follows the relevant technical standards for data collection and analysis. During the test， the water level in the observation wells and the flow rate in the pumping wells were monitored synchronously by an electric water level gauge and a triangular weir water weir box to ensure the accuracy of the data. The results show that the average permeability coefficient of the round gravel layer is 20.861 m/d under different combinations of depth reduction and flow rate， with the maximum value of 111.334 m/d， and the minimum value of 11.931 m/d. The study shows that the permeability coefficient of the gravel layer is closely related to the characteristics of the groundwater flow， and the reasonable determination is crucial to the stability of the building， and the study provides effective references for the determination method of the coefficient of permeability in similar engineering projects.

Key Words： Pumping test; Gravel layer; Permeability coefficient; Parameter determination

黃山安持·半月灣項目場地的地質(zhì)條件主要由第四系松散巖類和圓礫層組成。圓礫層的埋藏深度較淺，并且其透水性受到周圍地質(zhì)構(gòu)造和風(fēng)化程度的影響。同時，場地的地下水埋藏在松散巖類孔隙水之下，主要接受上層松散巖類的豎向補(bǔ)給和鄰近區(qū)域地下水的側(cè)向補(bǔ)給。由于該含水層的風(fēng)化孔隙和節(jié)理裂隙發(fā)育不良或不均，導(dǎo)致其透水性和富水性較差，地下水徑流緩慢，排泄不通暢。在這樣的水文地質(zhì)背景下，本研究旨在通過抽水試驗，系統(tǒng)地測定擬建場地內(nèi)圓礫層的滲透系數(shù)，從而為后續(xù)的工程設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

1測定圓礫層滲透系數(shù)的意義

測定圓礫層滲透系數(shù)在工程建設(shè)中具有重要意義，尤其是像黃山安持·半月灣項目這樣的居民小區(qū)建設(shè)中。圓礫層作為土壤的重要組成部分，其滲透特性直接影響地下水的流動性和建筑物的穩(wěn)定性，因此，滲透系數(shù)是評估地下水流動和基坑降水效果的關(guān)鍵參數(shù)。通過測定滲透系數(shù)，了解地下水在圓礫層中的流動速度和方向，為基坑降水方案的制訂提供科學(xué)依據(jù)，從而確保施工安全、降低施工風(fēng)險^[1]。同時，準(zhǔn)確的滲透系數(shù)測定有助于優(yōu)化抗浮設(shè)計，特別是在該項目中，建筑物距離河岸較近，合理計算建筑物受到的浮力對確保其在水位變化時的穩(wěn)定性至關(guān)重要，能夠有效避免因浮升現(xiàn)象造成的安全隱患^[2]。

2試驗

2.1試驗設(shè)計

本次試驗采用承壓水完整井的穩(wěn)定流抽水試驗方法，對承壓水含水層④層圓礫層的滲透系數(shù)進(jìn)行測試。在擬建場地內(nèi)共布置抽水井2個，觀測井15個。抽水試驗的執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)程》（SL320—2005）、《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021，2023年版）和《水文地質(zhì)手冊》（第二版）。

2.2試驗方法與分析

抽水井的水量觀測、水位觀測與觀測孔水位觀測需同步進(jìn)行，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。觀測時間間隔設(shè)置為：1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、10、10、20、20、20、30、30[ 2]" min，之后每30 min觀測一次。在穩(wěn)定水位觀測方面，按照規(guī)范要求，抽水試驗前需每小時測定一次各孔水位，連續(xù)3次所測數(shù)據(jù)相同或在4[ 3]" h內(nèi)水位相差不超過2 cm即為穩(wěn)定水位。然而，由于在抽水試驗前經(jīng)過2 d的水位觀測發(fā)現(xiàn)，各孔水位和新安江水位的變幅較大且無規(guī)律可循^[3]。因此，在本次試驗中，穩(wěn)定水位僅以試驗開始前的鉆孔水位為準(zhǔn)，并且穩(wěn)定延續(xù)時間控制在6～8 h，水位波動控制在3 cm左右。抽水試驗結(jié)束后，如因故停泵，需要進(jìn)行恢復(fù)水位觀測。觀測時間間隔設(shè)置為停泵后的第1、3、5、10、15、30 min，隨后每隔30 min觀測一次，直至水位恢復(fù)至原穩(wěn)定水平，觀測精度要求與穩(wěn)定水位相同。在水排放方面，抽水試驗的水排入離抽水井較遠(yuǎn)的下水道中，確保下水道具有良好的封閉性和外排性，以避免水滲入地下，從而影響試驗結(jié)果^[4]。抽水試驗確定滲透系數(shù)的公式很多，本次抽水試驗屬承壓水完整井的穩(wěn)定流抽水試驗，參照《水利水電工程抽水試驗規(guī)程》（SL320—2005）附錄B穩(wěn)定流抽水滲透系數(shù)計算公式表，公式適用條件：承壓水含水層，多孔完整井^[5]，具體如下。

2.3試驗過程

抽水井為ZK1孔和ZK3孔，孔徑為Φ[ 8]"900[ 9]" mm，采用旋挖機(jī)配合鋼桶護(hù)壁鉆進(jìn)至預(yù)定深度，隨后下井管（井徑為Φ[ 10]"500 mm），用清水沖孔洗井，最后填礫。施工工藝流程包括測放井位、鉆機(jī)就位、鉆孔、清孔、下井管、填礫、洗井、置泵試抽水和正常抽水試驗。在施工過程中，井位測放需要根據(jù)設(shè)計平面圖進(jìn)行，鉆機(jī)需要確保平穩(wěn)牢固，鉆孔時垂直度控制在1%以內(nèi)，清孔后確保井管到位，填礫時砂礫需要均勻填至含水層頂板以上約0.5 m，洗井時需要使用泥漿泵確保井管內(nèi)泥漿沖洗干凈。觀測井采用XY-100型鉆機(jī)進(jìn)行泥漿鉆進(jìn)，孔徑為Φ150 mm至預(yù)定深度，然后下井管（管徑為Φ75 mm），用清水洗孔，待水變清后填礫。

本次試驗自2021年10月12日進(jìn)場至2021年11月28日結(jié)束，合計用時48 d，其間，進(jìn)行野外鉆孔施工，完成抽水井施工兩個（井徑為Φ900 mm，管徑為Φ500 mm）和觀測井15個（井徑為Φ150 mm，管徑為Φ75 mm）。隨后進(jìn)行了為期2 d的穩(wěn)定水位觀測，共計18 h。試抽工作于2021年11月9日完成ZK1抽水井的試抽，發(fā)現(xiàn)ZK1抽水井網(wǎng)目過大導(dǎo)致“流砂”淤井現(xiàn)象，隨后于2021黏11月10日至11日對ZK1、ZK3井進(jìn)行清淤并篩分流砂，確定濾水網(wǎng)目，裝入第二套Φ220 mm的PVC-U管，外壁包裹120目的不銹鋼網(wǎng)片，并填入1～3 mm的礫料，之后進(jìn)行洗井工作。2021年11月16日至19日，完成以ZK1孔為抽水井的三個降深穩(wěn)定流抽水試驗，穩(wěn)定延續(xù)時間為6～7 h，具體數(shù)據(jù)為：S_{1[ 11]"}降深為4.440 m，穩(wěn)定水量為47.040 T/d，水位波動為18 cm；S₂降深為5.42 m，穩(wěn)定水量為52.704 T/d，水位波動為23 cm；S₃降深為1.070 m，穩(wěn)定水量為22.46 T/d，水位波動為1.5 cm，水位恢復(fù)時間為7 h。2021年11月24日至27日，完成以ZK3井為抽水井的3個降深穩(wěn)定流抽水試驗，穩(wěn)定延續(xù)時間為8～9 h，具體數(shù)據(jù)為：S₁降深為4.140 m，穩(wěn)定水量為47.04 T/d，水位波動為84 cm；S₂降深為3.144 m，穩(wěn)定水量為39.26 T/d，水位波動為32 cm；S₃降深為1.503 m，穩(wěn)定水量為28.13 T/d，水位波動為3.5 cm，水位恢復(fù)時長為4.5 h。

2.4試驗結(jié)果

本次抽水試驗分別以ZK1和ZK3井為抽水井進(jìn)行，計算結(jié)果匯總?cè)缦隆?/p>

從試驗結(jié)果看出，ZK1和ZK3井的抽水試驗均在承壓水含水層的條件下進(jìn)行，滲透系數(shù)的計算結(jié)果顯示了不同降深和流量的組合關(guān)系。統(tǒng)計結(jié)果表明，滲透系數(shù)的平均值為20.861 m/d，最大值和最小值的差異不大，說明試驗結(jié)果較為穩(wěn)定。

3結(jié)語

該場地地貌單元為新安江的一級階地，并且在每年豐水期的洪水（峰）時大概率處于淹沒狀態(tài)。由于擬建臨江建筑距離河岸較近且地下水與新安江地表水水力聯(lián)系密切，因此，基坑降水方案和建筑物抗浮設(shè)計須十分謹(jǐn)慎。根據(jù)此次抽水試驗統(tǒng)計成果顯示，圓礫層滲透系數(shù)K的最大值為111.334 m/d，最小值為11.931 m/d，標(biāo)準(zhǔn)值為22.040 m/d。在工程設(shè)計過程中，應(yīng)考慮必要的安全儲備，以應(yīng)對出現(xiàn)的水文地質(zhì)變化和極端天氣情況。

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