潜水非完整井抽水试验对细砂层渗透系数的测定

孙汉芳

（深圳市南湖勘测技术有限公司，广东深圳 518000）

1 引言

随着当前社会经济的迅猛发展，城市化建设的进程不断加快，建筑物对高度、深度方面的要求越来越高。尤其是土地、地下水等地下资源的开发利用占比越来越大，如何提升地下资源的利用效率，加强水文地质勘探工作是重中之重。在工程建设过程中，若地下水对基础抗浮和工程降水的影响较大，则需要进行专门的水文地质勘察。如何根据工程特点确定水文地质勘察方案，成为勘察成果是否准确的重要一环。

水文地质因素包括地下水的类型、水位及变动幅度，含水层和隔水层的厚度及其组合关系，岩土层渗透性的强弱（渗透系数大小），承压含水层的特征等。为保障工程勘察成果的准确性，减少地下水对工程建设的不利影响，应查明相应的水文地质因素，评价地下水对岩土体和建设工程项目可能产生的不利影响，最终提供相应的水文地质报告。

2 工程概况

某高层住宅工程，位于河流冲积平原，地形整体平坦，局部稍有起伏，拟建通体地下3 层车库，基础埋深约为现自然地面以下15.0 m。

根据钻探、标准贯入及静力触探原位试验结果，结合室内土工试验资料，对场地地基土按岩性及力学特征分层：埋深0～2.0 m 为填土，稍湿，以黄褐色粉土为主，含少量建筑垃圾及生活垃圾；埋深2.0～11.0 m 为粉土，湿，稍密～中密，干强度低，其厚度可达9.0 m；埋深11.0～26.5 m 为细砂，饱和，稍密～中密，主要成分为石英、长石，砂质不纯，黏粒含量高，其厚度可达15.5 m；26.5 m 以下为粉质黏土层，硬塑，干，强度为中等～高，未钻穿，可视为不透水层。

钻进中遇到地下水时，及时停钻量测初见水位。一般情况下，在夜间量测上部潜水含水层的静止水位。场地内潜水初见水位约为3.9 m，静止水位埋深约为4.0 m。

3 水文地质条件

拟建场地属大陆性季风气候，四季分明，干湿明显，春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季干冷多风，雨雪稀少。年平均降雨量约600 mm，每年7～9 月3 个月的降雨量约占全年降雨量的55%。根据含水层的埋藏条件和水理特征，场地临湖区域水位受湖水影响，总体也受大气降水影响。

根据场地周围的勘察资料了解，场地内浅层地下水主要为潜水，含水层为26.5 m 以上的粉土、细砂层，其渗透系数约为5.3 m/d；26.5 m 以下为相对隔水的粉质黏土层。

4 抽水试验过程设计

4.1 抽水试验依据

抽水试验的主要依据有GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009 年版）、《工程地质手册》（第五版）[1]、《岩土工程试验监测手册》及抽水试验区地层结构资料等。

4.2 抽水试验目的

抽水试验的目的是查明建筑场地中细砂层的渗透性，测定单位涌水量及渗透系数等有关水文地质参数，为建筑设计和基坑降水提供基本的水文地质资料[2]。本场地内细砂含水层渗透系数稳定流抽水试验测定，设置一个抽水孔和一个观测孔。稳定流抽水试验即在抽水过程中，要求抽水流量和动水位同时相对稳定，并有一定延续时间的抽水试验。

4.3 抽水试验井及观测井的布置与结构

4.3.1 抽水试验井及观测井的布置

本工程单孔抽水试验的抽水孔过滤器安置在细砂层中部，抽水井为潜水非完整井，即未揭穿整个含水层或进水部分，仅揭穿部分含水层的抽水井。观测孔布置在与地下水流向垂直的方向上，与抽水孔的距离r1为10.0 m。

抽水试验成孔宜采用清水钻进，钻孔工艺采用泥浆护壁，要进行严格细致的洗井。洗井时，先用空压机间断地向井管内输送压缩空气，使井内水位产生较为剧烈的浮动，以此破坏井壁的泥皮；然后，利用冲孔器向井壁喷射高压水流进行洗井；最后，将活塞安装在钻杆底端,向下使其到达滤水管位置，随着钻具上下往复活动，使钻杆活塞在滤水管位置上下运动，以此破坏井壁泥皮，达到疏通含水层通道的目的[3]。

洗井结束后进行2 次试抽水，当单位涌水量之差不超过10%，并且水中沉淀物含量符合要求时，洗井结束。

4.3.2 抽水试验井及观测井结构

1）过滤器

过滤器安装在管井中对应的含水层部位（细砂层），带有滤水孔，主要起到滤水挡砂及护壁的作用。抽水孔过滤器采用填砾过滤器，观测孔采用包网过滤器。

2）潜水泵

因井水位深度较大、抽水降深大、出水量也较大，所以，选用深水潜水泵。

3）量测器具

观测水位使用电测水位计。观测读数应精确到1 cm。

流量测试用具应根据流量大小选定。流量小于1 L/s 时，可采用容积法或水表；流量在1～30 L/s 时，宜采用三角堰；流量大于30 L/s 时，应采用矩形堰。

4）抽水井及观测井结构

抽水试验井及观测井采用内径为0.3 m 的混凝土管，成井直径D 为0.55 m，二者井深及过滤器长度均相同。潜水井井深18.0 m，上部12.0 m 安置不透水的水泥实管，下部过滤器长度l 为6.0 m，滤管外包设多层滤网，外部填满石英砂滤料。地下水位完全淹没过滤器，并且井壁进水。

在进行抽水试验前，对抽水试验井和观测井的静止水位进行了量测，每小时测定1 次，按3 次所测结果基本相同的要求，测得地下水的稳定静止水位值为4.0 m[4]。

4.4 试验过程

在抽水试验过程中，同步观测记录抽水井的涌水量和抽水孔及观测孔的动水位。

为了获取更为准确合理的渗透系数K，进行小流量、小降深的抽水试验。设计主井抽水试验进行3 次水位降深，本场地潜水含水层厚度H 约为22.5 m，初步确定潜水井3 次降深分别为3.0 m、2.0 m、1.0 m。

水位与流量的观测时间按5 m in、5 m in、5 m in、10 m in、10 min、10 min、10 min、15 min、15 min、15 min、15 min、30 min、30 min、30 min、30 min……30 min 的间隔进行，出现稳定趋势以后每隔30 m in 观测1 次，直至结束。

稳定延续时间：当达到某一降深时，相应的流量和动水位趋于稳定后的延续时间约为8～24 h；观测孔的水位稳定时间大于2～4 h。

水位稳定标准：在稳定时间段内，涌水量波动值小于正常流量的5%，主孔水位波动值小于水位降低值的1%，观测孔水位波动小于2～3 cm。若抽水孔、观测孔动水位与区域水位变化幅度趋于一致，视为稳定[5]。

试验结束后，可进行恢复水位观测，停泵时按1 m in、3 min、5 m in、10 min、15 m in、30 m in 的间隔进行水位观测，以后每小时观测1 次[6]。

5 试验结果及参数求解

5.1 潜水抽水试验结果

潜水抽水试验进行3 个稳定降深的试验次序，试验结果见表1。

表1 潜水非完整井抽水试验结果

5.2 水文地质参数求解

5.2.1 渗透系数

对于潜水井非完整井，过滤器安置在含水层中部，从井壁进水，利用单孔抽水，有1 个观测孔的潜水非完整井稳定流抽水示意图如图1 所示。

图1 潜水非完整井稳定流抽水示意图

渗透系数K 的计算公式为：

式中，K 为渗透系数，m/d；Q 为流量，m3/d；Sw为抽水井降深值，m；S1为观测井降深值，m；l 为过滤器长度，m；rw为抽水井半径，m；r1为抽水试验井与观测井距离，m。

根据式（1）计算抽水试验井在3 次降深下所得的渗透系数K，并将其列于表2。

表2 潜水非完整井抽水试验数据及计算

通过抽水试验资料，利用上述公式计算得细砂层的渗透系数平均值为5.299 m/d。

根据黄淮海平原地区细砂渗透系数经验值为6～8，可评定本场地细砂层渗透系数为6，为工程设计提供参考。

5.2.2 影响半径

对细砂层，根据《工程地质手册》（第五版）影响半径经验值，可评价场地细砂层影响半径为50.0～100.0 m。

6 结语

通过各项研究表明：地下水与各种岩土工程质量及安全问题密不可分。为了保障工程建设的顺利进行，提高岩土工程勘察的认可度，必须重视水文地质勘察在岩土工程勘察中的地位，然后依照工程实际情况，采取合理的水文地质勘察方法，加强对地下水的勘察。只有这样才能整体提升岩土工程勘察的质量，为工程设计及施工提供可靠的依据。