基于抽水试验确定含水层水文地质参数计算方法

赵衍杰,张志超,王桂林,吕玉勇,董 健

(东营市勘察测绘院，山东 东营 257091)

1 概述

近年来，地下工程的开发和利用受到人们越来越多的关注，基坑降水是基坑工程施工过程中的一个重要环节，是保证基坑顺利开挖的关键[1-2]。在实际工程中，大部分基坑降水方案完全依靠经验，缺乏可靠的研究数据，对渗透系数、降水影响半径等研究不足。本文通过现场抽水试验计算渗透系数、影响半径等水文地质参数，对该地区地下空间含水层水文地质参数计算有一定的积极影响。

2 现阶段抽水试验存在的问题

现阶段，在开展水文地质勘探工作的过程中，由于缺乏系统的、完整的工程勘探体系，对实际勘探效果有一定的影响。目前，勘探技术不够先进，很多勘探单位一味追求速度，不做抽水试验或做试验不规范，从而对城市建设项目造成严重的负面影响。水文地质勘探过程中，需要保证布孔测试、取样和操作的规范性，使所得水文地质参数与实际工程相符。

3 抽水试验的目的

抽水试验一般是通过在钻孔或水井中抽水，从而确定含水层水文地质参数，了解水文地质条件的野外现场试验方法。

1)确定含水层及越流层的水文地质参数。

2)通过测定井孔涌水量及其与水位下降(降深)之间的关系。

3)确定水位下降时漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度。

4)查明场地水文地质条件。

4 非稳定流抽水试验技术要求

一般来说只进行一次水位降深的抽水试验。当需要进行测定井损失时，需进行3次或3次以上的不同水位降深的抽水试验，取每次抽水的相同累计时间的流量和动水位，绘制Q-s曲线。

1)抽水试验延续时间。为满足参数计算的需要，抽水试验的延续时间应根据观测孔的水位降深与时间的半对数曲线。当曲线出现拐点，抽水试验应延续到拐点以后的曲线平缓段，并能正确判断出稳定水位下降值时，即可结束抽水试验；当曲线不出现拐点，呈直线延伸，且其直线延伸段在lgt轴上的投影不少于2个对数周期时，可以结束抽水试验；当有观测孔时，应以最远的观测孔的曲线判定。

2)动水位与流量观测。抽水试验开始后应同时观测主孔动水位、出水量和各观测孔的水位。水位观测时间一般在抽水开始后的第1分钟，3分钟，5分钟，7分钟，10分钟，15分钟，20分钟，30分钟，45分钟，60分钟，90分钟各测1次，以后每隔30 min观测1次。5 h后，每1 h观测1次，使每个观测孔所得的水位观测数据在s-lgt曲线上分布均匀。

从停抽时刻起，以上述抽水过程的时间间隔进行水位恢复观测，直到水位恢复到自然水位为止。

5 抽水试验实例

5.1 工程概况

东营鑫立方置业有限公司拟建东营农高区农产品电子商务综合楼项目，拟建工程位于东营农业高新区生态科技城智慧路以南、枌榆路以东。拟建工程为1栋11层主楼及3层裙楼和一个地下车库。本基坑面积约7 397 m2，周长约350.2 m，基坑开挖深度为5.2 m～5.8 m，基坑开挖深度范围内分别为①层素填土、②层粉质黏土、③层粉土层、③夹层淤泥质粉质黏土，基坑底位于③层粉土层或③夹层淤泥质粉质黏土层之上。

5.2 水文地质条件

根据工程地质勘察资料[3-5]，场区内水文地质条件描述如下：

该场地地形稍有起伏，该场区地貌单元属于第四纪黄河三角洲冲积平原，四周高中间低。场地地下水类型属于第四纪潜水，主要靠大气降水补给，以大气蒸发为主要排泄方式。开挖范围内①层素填土、②层粉质黏土层和③层粉土层都是位于潜水含水层中。

场地人工填土厚度在1.0 m左右，由于密实度差，其间的大孔隙往往成为地下水的赋存空间，且连通性较好，富水性及透水性较好，属弱透水层，雨季水量较丰富，为基坑开挖主要出水地层。

新近沉积的②层淤泥质粉质黏土，饱含地下水，但给水性较差、透水性弱，属微透水地层，③层粉土层，地下水含量丰富，给水性较好，透水性较强，属于弱透水层。

东营地下水最高水位一般在7月～8月，最低水位多出现在旱季12月至翌年3月。2015年4月10日测得该场地地下水稳定水位埋深为1.70 m～2.10 m，地下水位随季节的变化而变化，其年水位变化幅度为0.50 m～2.00 m，历年最高水位埋深为0.50 m。

5.3 抽水试验方案

鉴于场区水文地质条件复杂，为便于基坑工程设计、施工中对地下水处理有较准确、可靠依据，根据相关要求进行现场抽水试验。抽水试验设计如下：

抽水试验设计按基坑底标高为-6.3 m进行，具体如下：

试验井由5口管井组成，其中一口井为主抽水井，其余4口为观测井，井间距为12 m，井深均为14 m。井的平面位置详见图1。管井类型为潜水非完整井。

试验中采用非稳定流抽水试验，初步确定井内初始水位控制在-3.60 m左右。同一组抽水试验中，采用同一种工具和方法量测地下水位变化。抽水井、观测井的水位测读精度均为0.01 m。

5.4 试验结果及分析

试验自2015年10月16日21：40开始，至10月17日6:48完成主抽水井抽水试验，从6:50开始至8:50完成主抽水井回水试验，整个稳定流抽水试验结束。

1)抽水井稳定最大降深为6.18 m，观测井GC1降深1.14 m，观测井GC2降深0.48 m，观测井GC3降深0.19 m，观测井GC4降深0.02 m。

根据试验数据绘制抽水井水位降深与试验时间关系曲线如图2所示。

从图2可以看出随着时间的增加，降深逐渐增加，最后稳定在6.18 m左右。

2)时间与流量关系曲线。

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根据试验数据绘制抽水试验时间与流量关系曲线如图3所示。

从图3可以看出随着时间的增加，出水流量逐渐增加，时间与流量近似呈线性关系，即单位时间出水量是一定的。

3)渗透系数。

由于目前非完整井的稳定流试验水文地质参数计算还不是很成熟，同时由于观测井距离抽水井相对较远，因此为了尽可能得到准确的参数，根据抽水试验规程，选择了两种计算方法计算渗透系数。

a.直线拟合法。拟合图见图4，拟合直线：y=1.621 77x+2.989 17，直线斜率为i=1.621 77。

导水系数：

对于潜水，计算公式为：

b.利用规范中潜水非完整井计算公式：

根据已测数据计算得到的渗透系数为1.0 m/d。

4)单位时间出水量。

图5给出了抽水井的Q-s曲线，可以看出抽水井的流量与水位降深呈非线性关系，由图5抽水井Q-t曲线，可以看出抽水井流量与时间呈线性关系，由此可以得到，抽水井的出水量为3.35 m3/h。

5)影响半径。

根据抽水井及观测井水位降深及井孔之间的距离，采用实地测量法确定影响半径，公式法验证影响半径。在抽水井水位降深6.18 m，水位埋深控制在9.70 m时，与抽水井间距48 m的观测井水位降深为2 cm。根据试验结果，可确定此次抽水试验影响半径约为48 m。

利用经验公式验证降水影响半径:

由于观测井降深较小，井间距较大，因此影响半径的确定存在一定的误差。

6 结语

本次抽水试验按设计方案和有关技术规范要求实施，通过对实验数据的整理与分析，得到如下的结论和一些建议：

1)场区上部为相对不透水层，下部为中强透水层；其水位埋深在2.0 m左右，由东向西由于5口井在同一直线上，所以确定地下水的流向流速等分布还需要结合其他条件进行。

2)采用非完整井非稳定流抽水试验来确定含水层的水文地质参数，由于非完整井理论还不是很完善，本次试验中渗透系数的计算采用两种方法进行，最终综合确定含水层的渗透系数为1.0 m/d。

3)在现有控制井内控制水位下，降水的有效影响范围很小。建议首先增大抽水泵的深度，其次增大降水井的降深。

4)本次试验由于采用非完整抽水试验，非完整井流的理论还很不完善，同时场地地层条件复杂，潜水含水层的空间变异较大，因此试验计算成果存在一定的误差，需要在下一步的工作中根据具体现场情况进行修正。