缅甸蒂洛瓦地区抽水试验效果分析

2022-10-21牛建光肖雄丙

港工技术 2022年5期

牛建光，肖雄丙

(中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220)

引言

在地下水储存丰富的地区，人类进行工程活动时，经常会发生由于地下水作用而引发的岩土工程问题。为保证工程安全，在前期的地质勘察中加强对地下水问题的研究显得非常必要，以查明拟建场地的地层渗透性和富水性，测定有关水文地质参数，为建筑设计提供水文地质资料[1]。

测定岩土层的渗透系数可以通过野外现场测定或室内试验两种手段，室内试验是对取回来的样品进行常水头或变水头渗透试验确定其渗透系数；野外测定采用的方法主要有抽水试验、压水试验和注水试验。抽水试验主要适用于地下水量丰富，埋深比较浅，土层渗透性较大的区域；压水试验主要适用于地下水量比较少，土层渗透性较小的区域；注水试验主要适用于地下水位较深不便于进行抽水试验，测定透水岩土层的渗透性。

本文通过现场抽水试验和室内渗透试验综合分析，求取该地区的水文地质参数，为基坑降水方案设计施工提供水文地质依据。

1 工程概述

1.1 地理位置

缅甸位于亚洲中南半岛西北部，在地质演化历史上既具有发育的古生代沉积建造，又有较完整的中、新生代地层序列，然而它们之间又表现出明显的分带性，从而使缅甸在地层与构造上具有明显的分区性[2]。

仰光河由勃固(Pegu)河和密玛加(Myitmaka)河在仰光汇合而成，注入东南40 km 处的安达曼海的马达班(Martaban)海湾。本工程位于缅甸蒂洛瓦地区，地处仰光河东岸，距离河流入海口约30 km。

1.2 水文地质条件

水文地质勘察结果表明，本场地钻探深度内土层分布较有规律，土层从上到下可划分为[3]：

1）冲填土层：冲填土（中砂）；

2）全新世冲积层：①粘土；

3）全新世湖沼相冲积层：②1淤泥、②2淤泥质粘土、②3粘土；

4）上更新世陆相冲积层：③1粘土、③2粉质粘土、③3粉土、③4粉土；

5）上更新世陆相冲积层：④1细中砂、④2细中砂。

本场地40 m 深度范围内地下水类型包括潜水与承压水。潜水主要赋存于上部的冲填土（中砂）层中，含水层厚度较小。承压水主要赋存于场地下部的④1细中砂和④2细中砂中，承压水含水层顶板埋深为28.00～29.30 m。通过走访并收集场地内的地下水资料，该承压水含水层厚度大于100 m。

2 现场抽水试验

试验过程中各环节的标准应满足《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL 320-2005）的规定[4]。

2.1 抽水试验前稳定水位观测

正式抽水试验前，进行静止水位观测，直至稳定，本次试验过程中同步观测仰光河河水水位变化。绘制稳定水位、河水水位随时间的变化曲线，详见图1。

由图1 可知本地区的承压水水位处于变动状态，原因为受仰光河规律性潮汐变化影响明显，故测得的承压水水位为规律性变化状态，处于一定的范围内。

图1 C1、G1、G2 水位与潮位变化曲线

2.2 抽水试验中的数据观测

抽水试验开始后，对抽水孔进行涌水量和地下水位观测，对观测孔进行地下水位观测，直至到达稳定标准。

通过现场抽水过程中各数据的观测记录、资料整理，结合参数计算需要，编制了下列图表：

1）抽水孔C1 的 Q-S-t 线（图2）；

图2 C1 抽水孔Q-S-t 曲线

2）观测孔G1、G2 降深S-t 曲线（图3）；

图3 观测孔G1、G2 降深S-t 曲线

3）观测孔降深差△S-t 曲线（图4）。

图4 观测孔降深差△S-t 曲线

2.3 水温及气温观测

为了消除温度对试验结果的影响，同步进行场地内的水温和气温观测，观测时间间隔宜每2～4 h测量一次[4-5]。

缅甸仰光属热带季风性气候，平均气温27℃，全年气温相差不到8℃，故水温和气温观测对本地区的试验结果影响不大。

2.4 恢复水位观测

抽水结束后，根据《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL 320-2005）的规定进行恢复水位观测[4]。恢复水位稳定标准与静止水位观测要求相同，并与抽水前静水水位进行比较。

通过现场抽水过程恢复水位观测数据、资料整理，结合参数计算需要，编制了抽水井C1 恢复水位曲线，详见图5。

图5 抽水井C1 恢复水位曲线

2.5 原状砂样采取

为了方便对比现场抽水试验与室内渗透试验的试验结果，对本场地承压含水层采取原状砂样共6 件，同步进行了室内渗透试验，试验结果见表2。

3 试验数据分析

受潮汐影响，观测孔的水头达不到规范要求的稳定条件，为消除潮位的影响，绘制了观测孔G1 和G2 的降深差△S-t 曲线（图4），以满足规范计算公式所要求的条件。

3.1 渗透系数（K）参数计算

根据本场地承压水特点，选取《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL320-2005）规范附录B 中适合的公式如下[4-5]。

承压水单孔非完整井公式：

其中参数为：

Q——抽水井稳定涌水量（m3/d）；

l——过滤器长度（m），取值11.0 m；

S——抽水孔降深；

α=1.6

r——抽水孔半径，取值0.08 m。

将抽水井C1 不同降深情况下对应的流量值分别带入公式①，计算的渗透系数（K）结果详见表1。

承压水多孔非完整井公式：

非稳定流单孔抽水试验，在有越流补给但不考虑弱透水层弹性释水的条件下，利用S-lgt 关系曲线上拐点处的斜率计算渗透系数，选用公式如下[4]：

mi——S-lgt 关系曲线上拐点处的斜率。

3.2 影响半径（R）参数计算

依据《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL320-2005）附录F[4-5]。

1)承压水影响半径计算公式：

式中：R——影响半径（m）；

承压水各降深不同观测孔的数值带入公式④，影响半径（R）计算结果详见表1。

2)承压水单孔抽水影响半径计算公式：

式中：

k——渗透系数（m/d）；

sw——井水位降深（m），当井水位降深小于10 m 时，取sw=10 m。

承压水各降深不同观测孔的数值带入公式⑤，影响半径（R）计算结果详见表1。

3.3 计算结果

将承压水不同降深情况下，抽水孔和观测孔不同降深观测数据分别带入公式①～⑤，计算的渗透系数和影响半径结果详见表1。

表1 抽水试验计算结果表

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009 年版）[3]，带观测孔抽水试验可较准确地测定含水层的渗透系数，因此采用承压水多孔抽水结果来进行含水层的渗透系数选取。考虑到本工程承压水降深较小，选取最小降深的试验结果作为含水层的渗透系数。

将原状砂样的室内渗透试验结果整理详见表2。

表2 室内试验结果表

对比表1 和表2 的数据，可知不同试验方法得到的土体渗透系数差别较大，分析原因如下：

1）室内试验只是反映单个土样的渗透特性，没有考虑整个土层的渗透特性、土体中的裂隙等排水通道、潮汐变化对土体孔隙的冲刷扩大作用。

2）现场采取原状土样运输到实验室进行室内渗透试验，在原状土样的采取、搬运、制备各个环节中均不可避免地会产生扰动。如果采用制备的重塑土样进行试验，制备重塑土样后，土体原始特征改变，因此制成的土样不能完全反映现场原状土样的特性[6]。

3）室内渗透试验只能反映试样垂直方向的渗透特性，不能反映试样水平方向的渗透特性。

4）与室内试验相比，现场抽水试验能够更好地反映土体的实际情况，因此所得到的试验结果更为准确，但是成本较高，周期较长。

综合分析抽水试验和室内试验结果可知，承压水水位受仰光河规律性潮汐变化影响明显，测得的承压水水位为处于一定的范围内规律性变化状态。建议本工程承压水的渗透系数取32.3 m/d。S1和S2受潮汐影响较大，影响半径的计算误差较大，结合本次场地地层岩性特征，影响半径建议值为200 m，承压水的透水性等级为强透水。

4 成果应用

根据水文地质剖面，基坑底板之下有承压水含水层埋藏，因基坑开挖减小上覆土层厚度后，可能导致承压水水头对基坑底板冲溃突涌现象，突涌形式可能为：

①基底涌突；

②基底发生流砂现象；

③基底发生似“沸腾”的喷水冒砂现象。

本场地基坑底是否会发生冲溃突涌现象，将由下列方法验算，依据《建筑基坑支护技术规范》（JGJ 120-2012）附录C.0.1，当承压水水头高于坑底，且未用截水帷幕截断其与基坑内外水力联系时，承压水作用下的坑底突涌稳定性应符合下式[7-8]：

经计算，当D≥15.9 m 时，基坑不产生突涌；勘察阶段部分钻孔所揭露的承压水含水层顶面的覆盖层厚度D 值小于15.9 m，初步判定基坑底存在突涌风险。

基坑开挖前，应根据含水层厚度和渗透系数确定基坑涌水量与降水井数量，以保证基坑开挖的安全。建议施工时间尽量避开暴雨季节，以便减少施工难度。施工期间，需保证供电连续，防止基坑开挖过程中停电，可能引起承压水水头上升导致坑底隆起破坏。应考虑施工期内可能遭遇的最高承压水水头，若施工期内遇雨季、风暴潮等，应考虑潮位抬升对承压水水头的影响，采取相应的降压措施。