多孔抽水试验在高层海景建筑勘察中的应用

刘海兵

(华北地质勘查局第四地质大队，河北 秦皇岛 066000)

现在高层建筑越来越多，使得地下或深基坑工程施工越来越多，尤其在高层海景建筑基坑开挖时，由于地下水埋藏较浅，水量较大，为了防止地下水作用而引起的渗流、流砂、管涌、坑底隆起、边坡滑塌以及坑外地层过度变形，保证施工过程中处于疏干和稳态的工作条件下进行开挖，必须做好对地下水的控制工作，因此在基坑设计前，应做好水文地质勘察工作，查明场地的水文地质条件，确定基坑设计所用到的水文地质参数，如:地下水位、含水层渗透系数及给水度，其中尤以渗透系数为基坑设计里最重要的设计参数，它关系到基坑降水能否满足施工要求。

1 渗透系数的测定方法

在工业与民用建筑工程中，常用的测定渗透系数的方法有室内试验和抽水试验两种，优缺点如下:

室内试验具有设备简单、费用低的特点，但由于取样的扰动和土样尺寸、方向及脱离天然环境的局限性，使得测得的渗透系数与土的实际渗透系数有所偏差，测出的渗透系数往往不能很好地反映土体的实际渗透性。

抽水试验测得的结果为整个渗流区较大范围内土体渗透系数的平均值，更能贴近实际情况。抽水试验主要分单孔抽水试验和多孔抽水试验。

单孔抽水试验由于无专门水位观测孔，只能用经验公式及试算法求影响半径，使单孔抽水试验资料所求得的水文地质参数精度较差，其使用价值亦因此受到局限。

多孔抽水试验可以求得较为确切的水文地质参数和含水层不同方向的渗透性能及边界条件，对于掌握地下水的分布规律具有良好的效果。

因渗透系数直接关系到制定有效排水方案，其精度显得尤为重要，因此在工程勘察中，取得较准确的水文地质参数对于海景高层建筑基坑开挖参数的确定尤为重要，降水关系到基坑开挖安全和施工成本，多孔抽水试验较室内渗透试验、单孔抽水试验具有精确地测定渗透系数、影响半径和下降漏斗形状，还能确定含水层间的水力联系等优点，弥补了室内渗透试验及单孔抽水试验的局限性，在工程勘察中对确定降排水方案具有重要意义。

2 多孔抽水试验工程应用实例

2.1 工程概况

金梦海湾X 号位于秦皇岛市海港区，东南距渤海约300 m，东距汤河入海口1 200 m，由地上32 层地下2 层住宅楼及地下2 层地下车库组成，地下室基础埋深9.0 m。

2.2 工程地质与水文地质条件

场地为海岸带，地貌单一，地势平坦。据地质勘探揭露，岩土层名称及厚度为:①杂填土():层厚0.30 m～2.60 m;②中砂(Qm4):层厚0.70 m～4.60 m;③强风化混合花岗岩(Ar):层厚12.90 m～32.30 m;④中等风化混合花岗岩(Ar):厚度未穿透。

地下水为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，第四系孔隙潜水含水层主要为砂性土，属富水强透水层;基岩孔隙裂隙水含水层主要为强风化混合花岗岩，属弱富水弱透水层，局部破碎带或岩脉赋存构造裂隙脉状水，含水层具统一的地下水位。地下水主要补给源为大气降水的垂直补给及侧向渗透越流补给，并以蒸发和侧向渗透方式排泄，水位变化与潮汐影响关系密切。

场地紧邻汤河入海口及渤海，汤河、渤海与地下水有明显的潮汐水力联系，水补给丰富。实测钻孔内静止水位埋深0.70 m～2.70 m，水位标高变化在1.27 m～1.36 m 之间。

2.3 野外工作方法

多孔抽水试验即在一个主孔抽水，其周围设置若干观测孔观测地下水位的抽水试验。根据场地水文地质条件，为取得②和③含水层的综合渗透系数，采用带2 个观测孔的潜水非完整井稳定流抽水试验方法。在场地布置1 眼抽水井C1 和2 眼观测井G1及G2，成孔直径550 mm，孔中间安装外径380 mm 的无砂混凝土井管，内径295 mm，滤料为粒径2 mm～4 mm 砾石，抽水井C1 井深14.5 m，观测井G1 和G2 井深10.0 m。抽水试验自11月23日15 点35 分开始，11月27日18 点00 分结束。采用深井潜水泵抽水，第一次降深用1.5 kW 潜水泵抽水，第二次降深用0.75 kW 潜水泵抽水，待抽水井和观测井动水位稳定时间满足规范要求后，进行水位恢复至初始水位。多孔抽水试验水文地质计算模型如图1 所示。

2.4 试验成果

通过野外试验工作，获得抽水试验成果数据详见表1。

表1 抽水试验成果一览表

抽水试验的计算模型为带2 个观测井的潜水非完整井，含水层为非均质层状含水层，第一层含水层为第②层中砂，含水层厚度为2.753 m，第二层含水层为第③层强风化混合花岗岩，含水层厚度为24.747 m，由于第④层中风化混合花岗岩裂隙较少且含水量也较少，可视为相对隔水层。

根据场地水文地质条件及模型边界条件，计算方法如下:

补给半径R 的计算:

式(1)引自YS 5215—2000，J 103—2001 抽水试验规程。

图1 多孔抽水试验水文地质计算模型

根据S—lgr 曲线图解法确定补给半径R，详见图2。渗透系数K 的计算:

图2 S—lgr 关系曲线图

式(2)引自《水利水电工程地质手册》中的纳斯别尔格公式。

式(3)引自《水利水电工程地质手册》中的斯卡巴拉诺维奇公式。

经资料整理获得场地补给半径和含水层的综合渗透系数见表2。

表2 补给半径(R)和渗透系数(K)计算一览表

2.5 结果评述

野外抽水试验过程中通过编制Q，S—t 过程曲线图表，用以指导并检查试验情况，野外试验过程满足规范要求。

通过对试验结果的整理，Q=f(S)关系曲线图形态为过原点的曲线(详见图3)，曲线代表含水层的渗透性、补给条件好，出水量大的抽水试验曲线，属正常曲线，符合实际情况，通过后期基坑降水追踪走访，渗透系数取其平均值作为参数值是可靠的，试验结果是合理的。

图3 Q=f（S）关系曲线图

3 结语

对于高层海景建筑勘察中渗透系数的获得，多孔抽水试验在实践中获得了良好的效果，对于有效制定降排水方案起到了至关重要的作用，在工程实践中得到了普遍推广。

［1］《工程地质手册》编委会.工程地质手册［M］.第4 版.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2］水利电力部水利水电规划设计院.水利水电工程地质手册［M］.北京:水利电力出版社，1985.

［3］YS 5215—2000，J 103—2001，抽水试验规程［S］.

［4］GB 50021—2011，岩土工程勘察规范(2009年版)［S］.