降排水试验在南水北调潮河段工程中的应用

□符运友（河南省水利第二工程局）

一、降水试验的目的

为确保南水北调中线潮河段第四施工标段渠道和各建筑物工程施工的干地施工条件，使降水施工效果达到地下水位降至施工作业面以下至少1m的预期目的。在实体降水工程施工前进行抽水试验，抽水试验有以下目的：一是检验成井质量，确定抽水井单井涌水量；二是确定水文地质参数，即求取R（影响半径），K（渗透系数）等参数；三是根据试验成果，优化和确定降水设计方案。

二、试验参数选定

结合施工条件布置两排观测井，分别平行和垂直渠道轴线方向，其中平行轴线方向布置4眼观测井，井距5m、30m、60m、100m；垂直轴线方向布置1眼观测井，井距60～70m。

根据《建筑与市政工程降水技术规范》（JGJ/T111-98），降水井的深度按下式确定：

式中：HW—降水井深度（m）；

HW1—基坑深度（m）；

HW2—降水水位距离基坑底要求的深度（m）；

HW3—iγo；i为水力坡度，在降水井分布范围内宜为1/10～1/15;γo为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的1/2（m）；

HW4—降水期间的地下水位变幅（m）；

HW5—降水井过滤器工作长度（m）；

HW6—沉砂管长度（m）。

综合招标文件提供的地下水文资料，拟定抽水井深度为24～28m，其他观测井为21～24m。当部分渠段地下水位较低或较高时，则可在现场施工时根据实际情况进行降水井深度调整。

本标段为保证施工降排水强度，提高降排水效率，同时考虑机械安装布置的方便性和可操作性，初步拟定降水井直径为30cm。

根据招标文件提供的地质水文资料，降水井采用真空降水井，在井内形成负压，加快地下水渗透速度。具体结构为：降水井开孔直径700mm，观测井开孔直径600mm；混凝土无砂管节内径300mm，外径400mm；管外包裹2～3层纱滤网，过滤料为砾石。

三、试验过程和结果整理

(一)试验过程

在渠道开挖至马道高程时，便可进行降水井管的测量定位。测定后，需在马道上标明井点中心轴线和开口线，其中心点打上定位桩。待定位复核后，便可埋设井口护筒。井口护筒采用钢板圆护筒，其直径为1m，高度一般为1.5～2.0m，埋入地下1～1.5m，护筒外用粘土填实，以防井口坍塌。然后安装钻机，采用BRM-08型钻机进行钻进成孔施工，钻孔一次成孔。在开钻前，需复核施工图中标示的地质情况资料，做好数据预测分析。在钻井过程中，需由操作人员根据地质特征及孔内实际情况安排相应的钻井速度和泥浆浓度等参数，并严格控制钻孔的垂直度，以利混凝土透水管的顺利安装。用泥浆泵排除的泥浆需排入附近泥浆沉淀池，经沉淀后的水经水沟自流入井孔。成孔后安装无砂混凝土管，安装前，需置换孔内泥浆，置换期间要注意防止孔洞坍塌，理论泥浆比重以1.01～1.04g/cm3之间为宜。用小型吊机吊起混凝土管配合人员吊放入孔。混凝土透水管外采用2～3层滤网作为过滤器，并用细铁丝箍紧。其底部配置2m高混凝土盲管，盲管上接混凝土透水管，管口对齐布置，管中心与成井中心重合在一铅垂线上。待混凝土透水管吊装完毕后，回填滤料。管壁与孔壁之间设置为10～15cm厚的滤料层，滤料采用1～5mm豆砂回填作为过滤层。滤料填至基坑底部高程后填筑粘土封口，孔口顶部需高出周边地面10～20cm，以防外部雨水流入井内。为保证降水井具有良好的降水效果，在滤料填充完成后立即洗井。洗井时，可采用潜水泵进行大降深抽水，使残留在滤料内的泥浆随着水流带出，以增强其透水性。洗井时间视现场具体情况而定，一般以水清、无砂、无沉淀为标准。

洗井结束，待水位恢复平静后按设计位置下沉水泵，宜下入到井管下半部分为止，以保证有足够的水位降深。试抽前，先连接好排水管道及电源线路，先试抽3h，测定井内水位变化情况及检查水泵功率是否满足要求，等水位恢复后，进行正式抽水试验。抽水试验选择三个落程，模拟今后的生产抽水，采用大降深抽水以检验水井的成井质量，最大降深S3应根据含水地层的富水性及设备最大抽降能力确定，且S1≈1/3S3，S2≈2/3S3。第一落程拟采用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,具体泵型视出水量而定。

稳定延续时间＞6h；稳定标准：水位和涌水量同时趋于稳定，抽水井水位波动值不超过水位降低值的1%；当降深值＜10m时，水位波动值＜3～5cm。观测井水位波动值＜2～3cm。涌水量波动值不超过正常流量的5%。抽水试验期间S（降深）、Q（降深为S时的涌水量）稳定时间＞48h，停泵后水位恢复时间＞48h。

抽水试验开始观测抽水井及观测井的静止稳定水位，静水位观测每30min观测1次，2h内变幅＜2cm，且无连续上升或下降趋势时，即可视为稳定水位。

抽水试验开始后的第1、3、5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120、150、180min，宜各观测1次动水位和出水量，以后每隔30min测1次。

(二)成果整理

在进行抽水试验时，对资料要进行现场记录和整理，需要在现场整理编制下列曲线图表，其目的是了解试验进行情况，检验抽水试验有无反常情况，为进一步室内资料整理打下基础。现场资料记录抽水试验记录表、抽水试验水位降深记录表、抽水试验主井水位恢复记录表，然后选用下列公式计算。

抽水试验首先选用潜水非完整井多孔公式计算渗透系数：

式中l"=10-0.5（S1+S2）

影响半径的计算选用规范的公式：

式中：K—试验岩土层的渗透系数，m/s；

Q—抽水量，m3/s；

H—含水层厚度，m；

S1、S2—观测孔降深，m；

r1、r2—观测孔距抽水井距离，m；R—影响半径，m。

根据该式计算出的渗透系数，然后再采用单孔潜水非完整井公式计算渗透系数。

式中：l—钻孔揭露含水层厚度，m；

S—抽水井降深，m；

R—影响半径m，采用经验值；

r—抽水井半径，m。

其它符号意义同前。

四、结语

南水北调潮河四标本次试验比较成功，结合前期资料，渗透系数K取K=2.30×10-3cm/s，影响半径R取95m。取得的水文地质参数比较合理、可靠，可用于指导下一步大面积降水施工。