成都卵石地层渗透系数测定及降水方案设计

唐延贵，岳大昌，廖必成，胡江雷

(成都四海岩土工程有限公司，成都 610094)

随着城市地下空间的不断发展，基坑深度和规模越来越大，基坑降水的造价越来越高，降水对周边地表环境和地下水资源的影响也越来越大。土层渗透系数是影响基坑降水设计的关键参数，因此，基坑工程勘察报告中的渗透系数的合理建议尤为重要。

成都河流阶地广泛分布第四系卵石地层，不同阶地卵石层成因、粒径、充填物类型、密实度以及风化程度不同，则卵石层渗透系数也不同。现场抽水试验是测定松散粗颗粒土层渗透系数的重要方法，王炜[1]、左辉[2]、陈海洋[3]、付博[4]、赵琳琳[5]等采用抽水试验确定了各类粗颗粒强透水土层的渗透系数，为不同地区确定砂卵石地层水文地质参数积累了宝贵经验。

某工程勘察期间施工两组抽水井和观测井，采用潜水完整孔单井和双井抽水试验方法测定动态地下水位、抽水流量及降深，确定了卵石层渗透系数理论值和建议值，并进行了基坑降水方案的设计。

1 场地工程地质水文地质概况

拟建工程场地位于成都市二环路北四段，地貌单元属岷江水系Ⅰ级阶地，地形平坦，高程为505.0～506.5 m，勘探深度范围地层从上至下依次为第四系全新统人工填土，全新统冲洪积粉质黏土、黏土、粉土、粉砂、细砂及卵石，上更新统冰水沉积层卵石及白垩系上统灌口组泥岩。卵石顶板埋深5.2～6.3 m，泥岩顶板埋深32.4～35.8 m。

勘察区地表水主要为位于场地东北侧的沙河河水，距场地最近约50 m，该段河床宽约25～30 m。勘察期间属枯水期，河水深为0.3～0.5 m，河面水位高程为502.2～502.3 m，平均流速为0.5 m/s，平均流量约为8 m3/s。该场地地下水类型、埋藏条件、补给和排泄特征详见表1所示。

2 试验方案及过程

2.1 试验方案

根据场地地下水类型、埋藏条件、补给关系和排泄特征，在场地北侧和西侧各布置1组抽水井和观测孔，抽水井(A1、A2)间距为210 m，抽水井和观测孔间距分别为22 m(A1、B1)、23 m(A2、B2)，抽水井和观测孔平面位置如图1所示。

图1 抽水井、观测孔平面布置图

表1 地下水类型、埋藏条件、补给和排泄特征

2.2 抽水井结构参数及施工过程

抽水井采用CZ-22型冲击钻进泥浆护壁成孔，井径600 mm，井深35.0 m。井壁管长度12.5 m，沉砂管长度2.5 m，其内径、外径分别为300 mm、360 mm，缠丝过滤管长度20.0 m，过滤管外围回填粒径为6～12 mm砾石，填砾位置3.0～35.0 m处，距井口3.0 m以下范围采用黏土回填。

安装完井管后，采用空压机、活塞联合洗井，洗井时长为2个台班，以确保洗井质量。观测井采用SH-30型冲击钻机成孔，孔深18.0 m，孔径50 mm，成孔后插入镀锌花管。抽水井和观测孔现场施工情况如图2～3所示。

图2 抽水井施工

图3 观测孔施工

现场设置一个带三角堰的水箱用于测定抽水流量，三角堰水箱如图4所示。

图4 三角堰水箱

2.3 抽水和记录过程

先后在场地内的A1、A2抽水井进行24 h连续抽水(A1井抽水试验完成且场地水位基本恢复后再进行A2井抽水试验)，采用的抽水泵流量为40 m3/h。本次试验为单孔及双孔潜水完整井稳定流抽水试验，即在一定持续的时间内流量和水位同时相对稳定。

在抽水期间和停止抽水后水位恢复期间，对抽水井和观测孔水位动态变化进行了观测记录。A1、A2抽水井中水位降深分别为4.8 m、4.0 m。图5～6显示了24 h内抽水井和观测孔内水位变化情况。

图5 A1抽水井、B1观测孔水位变化图

图6 A2抽水井、B2观测孔水位变化图

3 试验成果及分析

勘察期间属于枯水季节，附近沙河水位低、流量小，虽然河水位高于场地内地下水位，但由于距离较远以及黏性土层的隔离作用，河水对试验场地内地下水的补给作用微弱，可以不考虑对抽水试验的影响。根据本次勘察抽水试验结果，按SL320—2005《水利水电工程钻孔抽水试验规程》附录D中公式计算卵石层渗透系数。

带1个观测孔的单井抽水渗透系数计算公式为：

(1)

式中：Q为抽水井涌水量；rw为抽水井半径；H为潜水含水层厚度；sw为抽水井水位降深；r1为抽水井至观测井距离。

表2为抽水试验计算成果表，由表中可知卵石层渗透系数理论值为(11～13)m/d，在进行降水设计时应适当考虑一定的安全储备，因此建议渗透系数取15 m/d。

表2 抽水试验计算结果

4 基坑降水设计

拟建工程基坑周长约900 m，基坑深度14.5～15.5 m，根据地质、水文条件及地方经验，基坑降水拟采用管井降水方式，降水井成孔直径600 mm，井管内壁直径为300 mm，降水井设计采用的参数如下：

基坑等效半径r0=136.7 m，考虑基坑开挖、地基基础施工及抗浮锚杆施工需具备的条件，地下水位设计降深sd=17 m，潜水含水层厚度H=27～30 m，卵石层渗透系数k=15 m/d，过滤器半径rs=0.3 m，井水位降深取设计降深sw=17 m，单井过滤器进水长度l=1.685 m。

降水影响半径计算：

基坑涌水量计算：

单井出水量计算：

降水井数量计算：

n=1.1Q/q=41(口)。

因此，应沿基坑周边布置降水井41口(可利用原抽水井2口)，井深为32～35 m(以钻至基岩顶面深度为止)，降水井间距为20～25 m，井上部15 m采用井壁管，下部20 m采用滤管。根据单井出水量，选择流量为40 m3/h的潜水泵抽水，抽水采用每井一管，在坑顶汇至总管，并集中抽到沉砂池，抽出的水经过沉砂池沉淀过滤后再集中排入市政排水管道中。

图7 降水井竖向布置图

5 结语

1)为了使设计的降水方案更加经济合理，宜在勘察期间布置抽水试验工作，这时的抽水试验成果，能够提供相对准确的卵石层渗透系数。

2)根据抽水试验成果资料，可由流量、降深及井径之间的关系，计算出卵石层渗透系数，结合工程经验考虑一定的安全储备，确定该场地卵石层渗透系数取15 m/d。

3)根据实测参数设计降水方案，降水井数量、深度设计布置合理，经后期对降水全过程的跟踪情况看，降水方案保证了基坑开挖及地基基础的正常施工。

4)勘察期间综合考虑地层特征、基坑平面位置和基坑开挖深度等条件后设计抽水井位置和深度，则抽水井可在基坑工程降水时得到二次利用。