某厂水文地质试验及水文参数的确定

冯清波 叶薇

(宁波宁大地基处理技术有限公司,浙江宁波 315121)

某厂水文地质试验及水文参数的确定

冯清波 叶薇

(宁波宁大地基处理技术有限公司,浙江宁波 315121)

本研究通过设计野外压水、抽水、连通和注水试验,确定厂址区水文地质参数,获得地下水与地质、岩土分布及性质的相互关系并提供有关参数,验证厂址区水文地质条件对建造的适宜性,为确定工程的总平面布置及主要建(构)筑物的初步设计提供基本参数。

地下水条件 水文地质试验 水文参数确定 厂区工程

1 引言

工程建设和地下空间的开发利用过程中，地下水位的埋深，分布及赋存条件等水文地质参数与工程基础建设的设计、施工关系越来越密切。主要通过野外水文地质试验确定厂址区水文地质参数，为确定工程的建造适宜性及总平面布置、主要建(构)筑物的初步设计提供依据。

图1 某厂水文地质勘察范围及水文地质试验布置图

2 厂址区水文工程地质条件

2.1 厂址区地形地貌

拟建某厂址区以构造剥蚀地形为主，被南安河环绕切割形成近于三角形，见图1。区内主要山体—王山南高北低，南陡北缓，形似“鼻状”，相对河流高50m。王山的北、南、西三面均为斜坡。南面斜坡平均坡度45°～53°；北面斜坡平均坡度约46°，最陡段约70°，倾向不一致；西面斜坡平均坡度37°～48°。苗圃为南安河一级阶地，较平缓开阔。南安河环绕拟建场地段河谷谷底一般宽度8～15m，最宽20m。

2.2 厂址区地层岩性及构造

2.2.1 厂址区地层岩性

涉及主要地层为白垩系和第四系。第四系出露在苗圃地带，主要为南安河一级阶地冲洪积物。白垩系出露在王山一带，出露地层灌口组(K2g1)。灌口组地层依据岩性及其组合特征，进一步将灌口组分为2段：第一段K2g11、第二段K2g12，厂址区下伏地层为夹关组(K2j)。各层的岩性组合情况及特征见表1。

2.2.2 厂址区构造

厂址区位于南安向斜NE翼，距厂址区2km内无规模较大的断层。厂址区的地层为河湖相沉积，水平层理发育，层理面多与岩层面平行，岩层中亦见现有微细斜层理和古冲刷面。在K2g11与k2g12接触带可见凹凸不平的古冲刷面。次生构造则主要出露于厂址区位于南安向斜的NE翼，岩层总体产状355°～25°∠8°～12°，产状较稳定，倾向变幅较小。地层中发育的主要次生构造为节理和裂隙。

2.3 水文地质试验设计

表1 岩性组合统计表

在进行区域水文地质调查的基础上，通过进行压水、注水、抽水和连通试验，深入了解厂址区水文地质条件，并根据水文地质试验的成果，结合区域相关地层的水文地质试验参数，确定厂址区各地层水文地质参数。试验孔的布置见图1。

2.3.1 压水试验设计

压水试验是获取水文地质试验重要方法之一，通过压水试验，可以定性地了解地下不同深度岩层的相对透水性和裂隙发育相对程度。根据厂址区岩层及地形特征，本次压水试验选取了7个钻孔进行压水试验，试验钻孔的位置见图1，试验采用自上而下的分段压水法，最大压力10kg，试验段长度一般5m左右。

压水成果用吕荣值Lu表示。其公式为：

式中： Q—钻孔特定压力下的稳定流量(L/min)；s—试验压水时所施加的总Mpa；l—试段长度(m)。

岩层渗透系数与吕荣值的关系按下式近似计算：

式中： r—钻孔的半径。

2.3.2 抽水试验设计

抽水试验是为了了解厂址区地层的透水性和含水性，确定厂址区地层的渗透系数等水文地质参数，分析不同含水层之间的水力联系。由于已经进行了较为系统的分段压水实验，抽水试验作为一种补充手段，以进一步了解地层的渗透性及其与河水之间的关系。采用单孔抽水法，选取ZK2作为试验孔。

本试验为非完整孔单孔抽水试验，结合抽水孔距离河流较近，选择巴布什金公式。

其中：Q—涌水量；S—抽水孔降深；l—过滤器长度；b—抽水孔与河流的距离；r—钻孔半径。

2.3.3 连通试验设计

连通试验的主要目的了解厂址区地下水流向，流动速度，分析地表水与地下水，以及地下水各含水层间的水力联系。示踪剂需要能够与地下水背景值明显区分；易于测试分析；不造成对环境的严重污染；不同示踪剂的选择不会互相干扰，便于区分。考虑到试验区[Cl-]背景值较低，平均为8．1mg/l，且Cl-测定方便，故采用食盐(NaCl)作为示踪剂。示踪剂的接收采用硝酸银滴定法测定水中Cl-的含量，该方法反应灵敏，适用的浓度范围为10-500mg/l的氯化物。投源孔必须布置在地下水流的上游，选择透水性能良好的井孔，检测孔布置在投源孔的下游。由于ZK5渗透性能较好，水位较之其他孔较高，且处于中心位置，考虑作为投放孔，检测点应考虑空间上的合理性，应尽可能靠近，并且选址在不同岩层，选择了22个钻孔作为接收孔。

根据以下公式计算水文地质参数：

式中：

Vmax——试验地段地下水最大流速；Vcp1——试验地段主要通道地下水流速；Vcp2——试验地段次要通道地下水流速；L——试验地段长度；t1——投放指示剂至电导率初呈现异常时间；t2——投放指示剂至电导率出现第一次高峰时间；t3——投放指示剂至电导率出现第二次高峰时间。

2.3.4 注水试验设计

注水试验是野外测定岩层渗透性的一种比较简单的方法，即是连续往孔内注水，形成稳定的水位和常量的注入量(Q)，以此数据计算岩层的渗透系数K值。由于注水试验较适用于地下水位埋深较深的岩层，并且根据岩心揭示不同岩层的深度，选择不同位置和类型的钻孔进行试验。根据试验要求，不同的位置及地层，选择了三个钻孔进行试验，具有一定的代表性，试验选择的钻孔见图1。

根据水工建筑部门的经验，在巨厚且水平分布较宽的含水层作常流量注水试验时可按下式计算渗透系数K值：K=

表2 厂址各地层渗透系数

图2 抽水试验曲线图

表3 连通试验接收点观测结果

表4 某厂钻孔注水试验成果表

式中：L—试段或过滤器长段；Q—稳定注水量；S—孔中水头高度；r—钻孔半径或过滤器半径。

3 水文工程地质参数计

3.1 压水试验参数计算

通过对压水试验结果分析见表2。

对厂址区各地层的渗透性取得以下认识：(1)厂址区Lu值总体具有随深度逐渐减小的特征。(2)Lu值大于1，渗透性较强地带主要发育在35m深度以上。(3)钻孔揭示不同位置Lu值差异较大，表明地层的渗透性在空间上变化较大。

3.2 抽水试验参数计算

根据试验结果(见图2)及场地情况计算所得，渗透系数K为1．59m/d，厂址区K2g11地层的渗透性是较强的，并且地下含水体系与河水有密切的联系。

3.3 连通试验参数计算

连通试验所设的观测孔中只有ZK6和ZK3接收到Cl-和电导率发生明显异常的信息。示踪剂投放22小时后ZK6首先接收到异常信息，30小时出现第一个峰值，Cl-含量达38mg/l，高于背景值达4．7倍，异常极为明显。这一峰值持续数小时后，Cl-略有下降，到65小时后开始持续上升，在92小时起形成第二个峰值，Cl-含量达20-90mg/l，高于背景值9-11倍。第二个峰值持续近48个小时，到140小时开始下降，直至778小时(即32天)后恢复至背景值(表3)。

ZK3位于示踪剂投放孔ZK5北西方向，距离64m，其在示踪剂投放28小时接收到Cl-和电导率异常的信息。ZK3与ZK6 Cl-是：①ZK3初期接收到的Cl-异常很微弱，略比背景值高，最高值也仅12mg/l，高于背景值0．5倍，与ZK6最高值达80mg/l差异很大。②ZK6与ZK3 Cl-含量相似，但峰值出现的时间差异很大，ZK6峰值出现早，峰值过后下降过程持续600余小时，并且还出现2个较为明显的小峰值。ZK3峰值出现时间晚，持续时间也比较短。

3.4 注水试验参数计算

依据三个不同位置钻孔注水试验资料，计算厂址区地层的渗透系数为1．87×10-2－5．95×10-2与K2g11的渗透性相似。但不同位置也是有一定的差异(表4)。

4 结论与建议

本次勘察用多种方法来确定厂址区地层的水文地质参数，获得的主要成果基本揭示了厂址区不同地层、不同位置的地层的渗透性。得到以下结论：

(1)各种试验获得的渗透系数。据抽水试验计算厂址区一带K2g11与Q4的综合渗透系数为1．59m/d；根据连通试验计算确定厂址范围一带K2地层的渗透系数为：3．53×10-2-0．75m/d；根据注水试验计算获得的的渗透系数为1．87×10-2－5．95×10-2m/d；根据地层的渗透系数大小符合相关安全规范要求，地下水不会对设施安全产生危害性影响，适宜建设。

(2)多种试验获得的厂址区地层渗透系数有以下几个特征：厂址区j三套地层中渗透系数最强，主要原因是以砂岩泥岩互层为主，其处于王山山顶部位，风化裂隙发育渗透系数为0．178m/d，其原因是以泥岩为主；厂址区、三套地层的渗透系数为0．178－0．458m/d，接近区域相同地层的高值，表明厂址区地层的渗透性相对较强相接触带渗透系数均较大，表明接触带渗透性较强，必要时应考虑采取封闭措施。

[1]中国地质调查局,《水文地质手册》(第二版).

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