浅谈岩土工程勘察中抽水试验中的几个问题

李爱平，张国飞，姜慧琴，王瑞东，芦小燕

(1.内蒙古自治区城镇建设水文中心，内蒙古 呼和浩特 010000，2.内蒙古自治区地质环境监测院，内蒙古呼和浩特 010100，3.鄂尔多斯市水文勘测局，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

浅谈岩土工程勘察中抽水试验中的几个问题

李爱平1，张国飞1，姜慧琴2，王瑞东3，芦小燕3

(1.内蒙古自治区城镇建设水文中心，内蒙古 呼和浩特 010000，2.内蒙古自治区地质环境监测院，内蒙古呼和浩特 010100，3.鄂尔多斯市水文勘测局，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

抽水试验在岩土工程勘察中尤为重要，从理论与实践结合的角度，按稳定流和非稳定流阐述抽水试验过程中抽水孔与观测孔的布置、水位降深、水位观测、抽水稳定延续时间等问题进行讨论，力求达到节约时间，节约费用，提高水文地质参数的准确度。

岩土工程;抽水试验;稳定流;非稳定流

随着城市基础设施建设飞速发展，高层建筑及地下工程越来越多。为适应地下设施的需要，深基坑及地下隧道在工程应用而生。由于城市高层建筑和地铁的日益增多，地下水的评价和治理越来越重要。岩土工程勘察规范中明确要求:“当场地水文地质条件复杂时，在基坑开挖过程中需要对地下水进行治理时，应进行专门的水文地质勘察”［1］。

为了获得较准确的水文地质参数，往往需要在现场进行必要的抽水试验。如何利用已有的勘察钻孔作为抽水孔和观测孔，实现钻探和试验的有机结合，既节约时间又减少成本。因此，在岩土工程勘察阶段和施工开始阶段常用的抽水试验是单孔抽水试验和多孔抽水试验。

1 稳定流抽水试验

1.1 抽水孔与观测孔的布置

由于裘布依假定与生产实践中水文地质条件存在差别，若抽水孔与观测孔布置的不合理，井壁处的渗流不符合裘布依假定，这时仍采用裘布依公式计算水文地质参数，则出现偏大或偏小结果。这种不符合常常表现在:①由于滤水管壁的摩阻，地下水沿流程运动产生水头损失，使井周的地下水由二位平面流转为三维流，在三维流区，裘布依公式就不能应用;②当抽水井开始抽水时，井壁附近水力坡度瞬时增大，当增大到一定程度时，流速与水力坡度不再保持线性关系，渗流不属于层流，这时不符合达西定律，从而使在该基础上推导的裘布依公式就不能应用;③当含水层很厚，滤水管长度小于含水层厚度时，在井壁边界上无法保持相等的水头，因此，裘布依公式不能应用;④裘布依公式假定补给边界为圆柱形水头边界，但在实际中这种补给边界很少。抽水后的漏斗曲线，在距抽水井很近的范围内(r≤0.178R，R为影响半径)属对数关系，外围属贝塞尔函数，因此，当观测孔越远，计算的渗透系数越大。⑤裘布依公式假定抽水前地下水位是水平的，但实际上地下水存在天然水力坡度，倾向下游地区，在天然水力坡度的影响下，降深曲线是一个下游半径长、上游半径短的“鸡蛋形”，这时若在上游或下游布置观测孔，渗透系数将出现偏小或偏大。因此，抽水孔与观测孔的布置合理与否对水文地质参数计算结果至关重要。

抽水孔一般应远离含水层的透水、隔水边界，布置在含水层的导水及储水性质、补给条件、厚度和岩性条件等有代表性的地方。当含水层的厚度、补给能力、渗透性、滤水管长度、半径和抽水量等各种因素配合得当，或采用小降深抽水，在渗流场中可以找到不受井壁边界条件、也不随含水层补给条件影响的一个区域。根据前人经验［2］，当观测孔与抽水孔的距离满足1.6 H≤r≤0.178 R(H为含水层厚度，R为补给半径)，此区域内测得的降深值代入裘布依公式是可算得真实的渗透系数。观测孔应布置在地下水流垂直的方向上，避开水力坡度对降深的影响。

1.2 水位降深

利用单孔抽水求水文地质参数时，为了提高参数的准确度，应进行3个不同落程的抽水。降深可由大到小，或由小到大，最大的降深宜接近设计动水位。要取得 Q－S曲线的正常变化轨迹，三次降深的间距宜尽量均匀分配:S1=Smax，S2=2/3 Smax，S3=1/3 Smax［3］。利用多孔抽水求水文地质参数时，可进行一次降深抽水。一般情况下，抽水降深越大，所求的渗透系数代表性越好。

1.3 抽水稳定延续时间

抽水试验稳定延续时间的长短，关系着时间、资金等方面的问题。抽水试验的稳定时间必须从抽水孔的水位和流量均达到稳定后开始计算，受含水层水力特征和抽水条件影响，特别是基岩区，抽水过程中经常出现流量微小变化、水位稳定一段时间后微小下降，试验人员有时难以判断抽水是否真正达到稳定状态。稳定抽水过程中，观测的动水位和涌水量历时曲线不能有逐渐增大和逐渐减小的趋势。若涌水量波动值不超过正常流量的5%，抽水孔水位波动值不超过水位降低值的 1%，观测孔水位波动值不超过 2～3 cm［3］，这时，可断定抽水试验已达到稳定状态。至于延续时间，可参考供水水文地质勘查规范要求:“卵石、圆砾和粗砂含水层不得小于8 h;中砂、细砂和粗砂含水层不得小于16 h，基岩含水层不得小于 24h”［4］。

若在松散粗颗粒含水层地区试验条件有限，抽水试验稳定延续时间可大于或等于6 h，前人随机采 用10个孔抽水试验结果，以t=8 h和t=6 h两组资料，进行对比计算分析，两者的差异是很微小，渗透系数的相对误差仅为3.9%［5］，所以，规范要求抽水试验稳定时间大于或等于8 h也不是一成不变的，应根据抽水试验条件灵活选择。

2 非稳定流抽水试验

按照井流原理，非稳定流抽水试验可分为定流量抽水试验和定降深抽水试验，在生产实践中，由于我们容易控制流量(水泵抽水一般流量不变)，所以一般非稳定流抽水试验以定流量抽水试验居多，这里也以定流量抽水试验来叙述。

2.1 抽水流量与水位观测

定流量抽水试验没有对抽水流量提出明确要求，只要水位降深不超过水泵最大吸程即可。在抽水试验前应根据前人水文地质研究成果对抽水地段有一个初步认识，通过涌水量换算来预测试验地区在某一抽水流量下的水位降深;若试验地区无前人研究，可通过试抽法来判别。通过实践得知，抽水10 min的水位降深与稳定降深的比值约在80%左右。

流量与水位的观测应同步，且观测频率要比稳定流大。非稳定流抽水试验可分别利用抽水阶段的资料(直线图解法)和水位恢复阶段的资料(水位恢复法)来计算水文地质参数，由于恢复阶段水位资料比抽水阶段可靠，不受抽水的影响，因此，恢复阶段的水位观测更具重要性。特别强调的是，水泵开始抽水时，井内水位瞬时下降，井壁水位下降滞后于井内水位，前几分钟观测到的水位是急剧下降—上升—逐渐下降;同理，水泵断电停抽时，前几分钟观测到的水位是急剧上升—下降—逐渐上升。因此，在利用非稳定流抽水试验计算水文地质参数时，应将抽水阶段和恢复阶段前几分钟的水位观测资料剔除，以免影响参数的准确度。

2.2 抽水稳定延续时间

对非稳定流抽水试验的稳定延续时间还没有公认规定，岩土工程勘察中一般只为获得水文地质参数，稳定延续时间不必太长，只要降深(S)—时间(lgt)形态比较固定和能够明显的反应含水层边界性质即可停抽，一般不超过24 h。

3 结语

目前，利用抽水试验资料确定水文地质参数的方法较多，稳定流抽水试验往往需要很长时间，势必造成人力、物力大量投入，延缓工作进程。而非稳定流抽水试验具有时间较短、费用低的优点，人们倾向于非稳定流抽水试验计算水文地质参数。在岩土工程勘察中，应根据施工组织设计进行合理的抽水试验，以达到工期短、费用低、参数准为目的。

［1］GB 50021－ 2001.岩土工程勘察规范［S］.

［2］供水水文地质手册［M］.北京，地质出版社.1977.

［3］杨柳，杨正文.岩土工程勘察中抽水试验探讨［J］.工程建设.2009，41(3):21 －28.

［4］GB 50027－2001.供水水文地质勘察规范［S］.

［5］史凤军，郭冬冬.抽水试验稳定时间的探讨［J］.科技论坛.2009:56.

P641.72

B

1004－1184(2012)05－0046－01

2012－05－11

李爱平(1972－)，男，内蒙古呼和浩特人，高级工程师，主要从事水文地质工程地质研究。