某场地土壤修复项目中降水方案的设计与分析

季郑杰

摘 要 本文从降水的全过程进行分析和计算，验证了降水方案的可行性，对同类型的降水方案和水文试验提供了宝贵的经验和建议。

关键词 地下水;抽水试验;降水;渗透系数

1工程概况

本项目为蚌埠一化工厂的废弃用地，该区域经过勘察，土壤场地内主要污染物为硝基氯苯，必须进行土壤修复，设计采用热脱附技术，对于地下水丰富且土壤渗透性较好的场地，地下水会持续带走热量，从而降低热脱附效果，所以应进行降水，把地下水对修复过程中的影响降到最小。场地土壤修复深度最深为12m，设计加热深度12.5米，降水深度应大于12.5m。该项目污染场地土层分布如下：①杂填土②粉土③粉质黏土④粉土⑤粉土⑥淤泥质黏土⑦粉砂。场地主要含水层主要分布与④粉土、⑤层粉土及⑦层粉砂中，属承压水，以地下水的水平向流动补给为主[1]。

2查明水文参数

为了查清承压水含水层的水文地质参数，我方首先对场地进行了抽水、恢复水试验试验，现场布置了抽水井8口，现场共完成3个台班单井试抽工作和2个台班恢复水试验。

通过汇总实验数据，满足降深的情况下，降水期间同时运行8口井总出水量在249.6m3/d～1193.1m3/d。

对本次抽水试验的数据进行初步筛选后，这里利用公式法和配线法进行计算，两种方法互相验证。

2.1 第一落程（最大能力降深）

抽水参数：H=16.584m，s=2.702m，s1=0.69m，s2=0.59m，Q=422.14 m3/d。

（1）公式法

主孔单孔计算结果：K=11.964m/d;

带5m观测孔计算结果：K=9.481m/d;

带10m观测孔计算结果：K=10.478m/d;

两观测孔计算结果：K=29.211m/d;

其中两观测孔计算结果偏离较大，为不准确值，平均K=10.641m/d。

（2）利用Boulton配线法进行计算，计算结果：

1）K=6.782m/d，s=0.171;

2）K=8.064m/d，s=0.177;

3）K=5.717m/d，s=0.181。

平均K=6.854m/d，s=0.176。

第一落程两种计算结果K分别为10.641m/d，6.854m/d，平均8.748m/d;给水度平均为0.176。根据同样的计算方法可得第二落程和第三落程的计算结果如下：

2.2 第二落程

两种计算结果K分别为11.131m/d，11.693m/d，平均11.412m/d;给水度平均为0.166。

2.3 第三落程

两种计算结果K分别为8.603m/d，6.123m/d，平均7.366m/d;给水度平均为0.171。

本次按保守计算渗透系数，将三个落程取平均值，平均K=9.175m/d，s=0.171。该值属于细砂的渗透系数经验值，根据前期钻孔取芯资料，该数据与实际地层岩性相符[2]。

3降水设计

3.1 无止水帷幕最大涌水量

根据《建筑基坑支护技术规程（2012年）》中群井按大井简化的均质含水层潜水非完整井的基坑降水总涌水量公式计算：

根据计算结果，试验区在没有止水帷幕情况下，井径273mm，水位降至13m以下，渗透系数取平均值9.175m/d，计算的最大涌水量为2976.3m3/d。

3.2 有止水帷幕最大涌水量

（1）参考抽水试验数据理论计算值，无止水帷幕情况下，井径273mm，水位降至13m以下，K取9.175m/d，试验区域计算的最大涌水量为2976.3m3/d，参考《基坑深井降水涌水量计算公式探讨》，取经验系数n*=0.4，Qmax=1190.5m3/d。

（2）根据试验区域降水井试抽实际数据显示，稳定运行后单井涌水量范围31.2m3/d～149.1 m3/d，最大涌水量范围249.6m3/d～1193.1 m3/d。

综上，试验区域在运行期间最大涌水量1190.5m3/d（取计算值）。

3.3 降水井设计

本次试验通过计算单井最大出水能力和降水井数量计算公式进行降水建议。

管井的单井出水能力和降水井的设计单井流量可分别按下式计算：

根据计算，无止水帷幕情况下，本次最大涌水量为2976.3m3/d，本次单井最大出水能力为2153m3/d，考虑到大方量抽水对降水井的成井结构以及场地环境地质问题影响，在中心和四周共布置8口井可以將试验区地下水降至13m[3]。

4抽水试验

根据以上土层的水文参数最终在场地内布置了12口降水井，并且在整个污染地块周边设计了止水帷幕，止水帷幕采用850@900的三轴搅拌桩施工，采用套接一孔法，桩长23m。通过计算整个场地预估抽水量约18万方，若总施工工期360天，则抽降水施工最大稳定抽水量为每天1000方。为了验证降水方案的可行性，确定降水水位能否达到需求的12.5～13米，在止水帷幕施工完成后，降水方案运行前首先进行了抽水试验。

抽水运行试验分两部分，前期根据降水效果调整井数量和水泵功率，进行了三批次的抽水试验。通过三次试验结果和对场地整体抽水的考量，进行第二阶段的抽水试验[4]。最终运行结果如下：

试验开始四天后水位情况见下表：

5结束语

由试验结果可见将原位区域整体水位压至13m，抽水井水位需位于22m左右，由于河堤脚120m线范围内为水利局管控范围，依据场地地勘报告，该区域不允许建14米以上的井，且建井数量和分布有严格的限制要求。这一区域降水无法实现降深到12米以下，若仍要进行修复，需耗费大量资源、能源，增加工期，且难以保障修复效果达标。

根据抽水试验结果，在原止水帷幕设计的条件下，降水无法实现满足场地内原位热脱附修复的要求。分析可能是由于止水帷幕施工质量问题导致，止水帷幕的止水效果未达到预期要求，所以设计降水井无法使场地水位达到设计要求。建议在水量较大，对水位降深要求较高的场地，止水帷幕设计最好采用双排或三排，从而保证止水效果。

参考文献

[1] 常士骠，张苏民.工程地质手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：117.

[2] 岩土工程勘察规范：GB50021-2017（2017版）[S].北京：中国标准出版社，2017.

[3] 港口工程地基规范：JTS147-1-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[4] 建筑基坑支护技术规程：JGJ120-2012[S].北京：中国标准出版社，2012.