某廠水文地質(zhì)試驗(yàn)及水文參數(shù)的確定

馮清波 葉薇

(寧波寧大地基處理技術(shù)有限公司,浙江寧波 315121)

某廠水文地質(zhì)試驗(yàn)及水文參數(shù)的確定

馮清波 葉薇

(寧波寧大地基處理技術(shù)有限公司,浙江寧波 315121)

本研究通過設(shè)計(jì)野外壓水、抽水、連通和注水試驗(yàn),確定廠址區(qū)水文地質(zhì)參數(shù),獲得地下水與地質(zhì)、巖土分布及性質(zhì)的相互關(guān)系并提供有關(guān)參數(shù),驗(yàn)證廠址區(qū)水文地質(zhì)條件對建造的適宜性,為確定工程的總平面布置及主要建(構(gòu))筑物的初步設(shè)計(jì)提供基本參數(shù)。

地下水條件 水文地質(zhì)試驗(yàn) 水文參數(shù)確定 廠區(qū)工程

1 引言

工程建設(shè)和地下空間的開發(fā)利用過程中，地下水位的埋深，分布及賦存條件等水文地質(zhì)參數(shù)與工程基礎(chǔ)建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工關(guān)系越來越密切。主要通過野外水文地質(zhì)試驗(yàn)確定廠址區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)，為確定工程的建造適宜性及總平面布置、主要建(構(gòu))筑物的初步設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖1 某廠水文地質(zhì)勘察范圍及水文地質(zhì)試驗(yàn)布置圖

2 廠址區(qū)水文工程地質(zhì)條件

2.1 廠址區(qū)地形地貌

擬建某廠址區(qū)以構(gòu)造剝蝕地形為主，被南安河環(huán)繞切割形成近于三角形，見圖1。區(qū)內(nèi)主要山體—王山南高北低，南陡北緩，形似“鼻狀”，相對河流高50m。王山的北、南、西三面均為斜坡。南面斜坡平均坡度45°～53°；北面斜坡平均坡度約46°，最陡段約70°，傾向不一致；西面斜坡平均坡度37°～48°。苗圃為南安河一級階地，較平緩開闊。南安河環(huán)繞擬建場地段河谷谷底一般寬度8～15m，最寬20m。

2.2 廠址區(qū)地層巖性及構(gòu)造

2.2.1 廠址區(qū)地層巖性

涉及主要地層為白堊系和第四系。第四系出露在苗圃地帶，主要為南安河一級階地沖洪積物。白堊系出露在王山一帶，出露地層灌口組(K2g1)。灌口組地層依據(jù)巖性及其組合特征，進(jìn)一步將灌口組分為2段：第一段K2g11、第二段K2g12，廠址區(qū)下伏地層為夾關(guān)組(K2j)。各層的巖性組合情況及特征見表1。

2.2.2 廠址區(qū)構(gòu)造

廠址區(qū)位于南安向斜NE翼，距廠址區(qū)2km內(nèi)無規(guī)模較大的斷層。廠址區(qū)的地層為河湖相沉積，水平層理發(fā)育，層理面多與巖層面平行，巖層中亦見現(xiàn)有微細(xì)斜層理和古沖刷面。在K2g11與k2g12接觸帶可見凹凸不平的古沖刷面。次生構(gòu)造則主要出露于廠址區(qū)位于南安向斜的NE翼，巖層總體產(chǎn)狀355°～25°∠8°～12°，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，傾向變幅較小。地層中發(fā)育的主要次生構(gòu)造為節(jié)理和裂隙。

2.3 水文地質(zhì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 巖性組合統(tǒng)計(jì)表

在進(jìn)行區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)行壓水、注水、抽水和連通試驗(yàn)，深入了解廠址區(qū)水文地質(zhì)條件，并根據(jù)水文地質(zhì)試驗(yàn)的成果，結(jié)合區(qū)域相關(guān)地層的水文地質(zhì)試驗(yàn)參數(shù)，確定廠址區(qū)各地層水文地質(zhì)參數(shù)。試驗(yàn)孔的布置見圖1。

2.3.1 壓水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

壓水試驗(yàn)是獲取水文地質(zhì)試驗(yàn)重要方法之一，通過壓水試驗(yàn)，可以定性地了解地下不同深度巖層的相對透水性和裂隙發(fā)育相對程度。根據(jù)廠址區(qū)巖層及地形特征，本次壓水試驗(yàn)選取了7個鉆孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)鉆孔的位置見圖1，試驗(yàn)采用自上而下的分段壓水法，最大壓力10kg，試驗(yàn)段長度一般5m左右。

壓水成果用呂榮值Lu表示。其公式為：

式中： Q—鉆孔特定壓力下的穩(wěn)定流量(L/min)；s—試驗(yàn)壓水時所施加的總Mpa；l—試段長度(m)。

巖層滲透系數(shù)與呂榮值的關(guān)系按下式近似計(jì)算：

式中： r—鉆孔的半徑。

2.3.2 抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

抽水試驗(yàn)是為了了解廠址區(qū)地層的透水性和含水性，確定廠址區(qū)地層的滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)，分析不同含水層之間的水力聯(lián)系。由于已經(jīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分段壓水實(shí)驗(yàn)，抽水試驗(yàn)作為一種補(bǔ)充手段，以進(jìn)一步了解地層的滲透性及其與河水之間的關(guān)系。采用單孔抽水法，選取ZK2作為試驗(yàn)孔。

本試驗(yàn)為非完整孔單孔抽水試驗(yàn)，結(jié)合抽水孔距離河流較近，選擇巴布什金公式。

其中：Q—涌水量；S—抽水孔降深；l—過濾器長度；b—抽水孔與河流的距離；r—鉆孔半徑。

2.3.3 連通試驗(yàn)設(shè)計(jì)

連通試驗(yàn)的主要目的了解廠址區(qū)地下水流向，流動速度，分析地表水與地下水，以及地下水各含水層間的水力聯(lián)系。示蹤劑需要能夠與地下水背景值明顯區(qū)分；易于測試分析；不造成對環(huán)境的嚴(yán)重污染；不同示蹤劑的選擇不會互相干擾，便于區(qū)分。考慮到試驗(yàn)區(qū)[Cl-]背景值較低，平均為8．1mg/l，且Cl-測定方便，故采用食鹽(NaCl)作為示蹤劑。示蹤劑的接收采用硝酸銀滴定法測定水中Cl-的含量，該方法反應(yīng)靈敏，適用的濃度范圍為10-500mg/l的氯化物。投源孔必須布置在地下水流的上游，選擇透水性能良好的井孔，檢測孔布置在投源孔的下游。由于ZK5滲透性能較好，水位較之其他孔較高，且處于中心位置，考慮作為投放孔，檢測點(diǎn)應(yīng)考慮空間上的合理性，應(yīng)盡可能靠近，并且選址在不同巖層，選擇了22個鉆孔作為接收孔。

根據(jù)以下公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)：

式中：

Vmax——試驗(yàn)地段地下水最大流速；Vcp1——試驗(yàn)地段主要通道地下水流速；Vcp2——試驗(yàn)地段次要通道地下水流速；L——試驗(yàn)地段長度；t1——投放指示劑至電導(dǎo)率初呈現(xiàn)異常時間；t2——投放指示劑至電導(dǎo)率出現(xiàn)第一次高峰時間；t3——投放指示劑至電導(dǎo)率出現(xiàn)第二次高峰時間。

2.3.4 注水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

注水試驗(yàn)是野外測定巖層滲透性的一種比較簡單的方法，即是連續(xù)往孔內(nèi)注水，形成穩(wěn)定的水位和常量的注入量(Q)，以此數(shù)據(jù)計(jì)算巖層的滲透系數(shù)K值。由于注水試驗(yàn)較適用于地下水位埋深較深的巖層，并且根據(jù)巖心揭示不同巖層的深度，選擇不同位置和類型的鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)要求，不同的位置及地層，選擇了三個鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)，具有一定的代表性，試驗(yàn)選擇的鉆孔見圖1。

根據(jù)水工建筑部門的經(jīng)驗(yàn)，在巨厚且水平分布較寬的含水層作常流量注水試驗(yàn)時可按下式計(jì)算滲透系數(shù)K值：K=

表2 廠址各地層滲透系數(shù)

圖2 抽水試驗(yàn)曲線圖

表3 連通試驗(yàn)接收點(diǎn)觀測結(jié)果

表4 某廠鉆孔注水試驗(yàn)成果表

式中：L—試段或過濾器長段；Q—穩(wěn)定注水量；S—孔中水頭高度；r—鉆孔半徑或過濾器半徑。

3 水文工程地質(zhì)參數(shù)計(jì)

3.1 壓水試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

通過對壓水試驗(yàn)結(jié)果分析見表2。

對廠址區(qū)各地層的滲透性取得以下認(rèn)識：(1)廠址區(qū)Lu值總體具有隨深度逐漸減小的特征。(2)Lu值大于1，滲透性較強(qiáng)地帶主要發(fā)育在35m深度以上。(3)鉆孔揭示不同位置Lu值差異較大，表明地層的滲透性在空間上變化較大。

3.2 抽水試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果(見圖2)及場地情況計(jì)算所得，滲透系數(shù)K為1．59m/d，廠址區(qū)K2g11地層的滲透性是較強(qiáng)的，并且地下含水體系與河水有密切的聯(lián)系。

3.3 連通試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

連通試驗(yàn)所設(shè)的觀測孔中只有ZK6和ZK3接收到Cl-和電導(dǎo)率發(fā)生明顯異常的信息。示蹤劑投放22小時后ZK6首先接收到異常信息，30小時出現(xiàn)第一個峰值，Cl-含量達(dá)38mg/l，高于背景值達(dá)4．7倍，異常極為明顯。這一峰值持續(xù)數(shù)小時后，Cl-略有下降，到65小時后開始持續(xù)上升，在92小時起形成第二個峰值，Cl-含量達(dá)20-90mg/l，高于背景值9-11倍。第二個峰值持續(xù)近48個小時，到140小時開始下降，直至778小時(即32天)后恢復(fù)至背景值(表3)。

ZK3位于示蹤劑投放孔ZK5北西方向，距離64m，其在示蹤劑投放28小時接收到Cl-和電導(dǎo)率異常的信息。ZK3與ZK6 Cl-是：①ZK3初期接收到的Cl-異常很微弱，略比背景值高，最高值也僅12mg/l，高于背景值0．5倍，與ZK6最高值達(dá)80mg/l差異很大。②ZK6與ZK3 Cl-含量相似，但峰值出現(xiàn)的時間差異很大，ZK6峰值出現(xiàn)早，峰值過后下降過程持續(xù)600余小時，并且還出現(xiàn)2個較為明顯的小峰值。ZK3峰值出現(xiàn)時間晚，持續(xù)時間也比較短。

3.4 注水試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

依據(jù)三個不同位置鉆孔注水試驗(yàn)資料，計(jì)算廠址區(qū)地層的滲透系數(shù)為1．87×10-2－5．95×10-2與K2g11的滲透性相似。但不同位置也是有一定的差異(表4)。

4 結(jié)論與建議

本次勘察用多種方法來確定廠址區(qū)地層的水文地質(zhì)參數(shù)，獲得的主要成果基本揭示了廠址區(qū)不同地層、不同位置的地層的滲透性。得到以下結(jié)論：

(1)各種試驗(yàn)獲得的滲透系數(shù)。據(jù)抽水試驗(yàn)計(jì)算廠址區(qū)一帶K2g11與Q4的綜合滲透系數(shù)為1．59m/d；根據(jù)連通試驗(yàn)計(jì)算確定廠址范圍一帶K2地層的滲透系數(shù)為：3．53×10-2-0．75m/d；根據(jù)注水試驗(yàn)計(jì)算獲得的的滲透系數(shù)為1．87×10-2－5．95×10-2m/d；根據(jù)地層的滲透系數(shù)大小符合相關(guān)安全規(guī)范要求，地下水不會對設(shè)施安全產(chǎn)生危害性影響，適宜建設(shè)。

(2)多種試驗(yàn)獲得的廠址區(qū)地層滲透系數(shù)有以下幾個特征：廠址區(qū)j三套地層中滲透系數(shù)最強(qiáng)，主要原因是以砂巖泥巖互層為主，其處于王山山頂部位，風(fēng)化裂隙發(fā)育滲透系數(shù)為0．178m/d，其原因是以泥巖為主；廠址區(qū)、三套地層的滲透系數(shù)為0．178－0．458m/d，接近區(qū)域相同地層的高值，表明廠址區(qū)地層的滲透性相對較強(qiáng)相接觸帶滲透系數(shù)均較大，表明接觸帶滲透性較強(qiáng)，必要時應(yīng)考慮采取封閉措施。

[1]中國地質(zhì)調(diào)查局,《水文地質(zhì)手冊》(第二版).

[1]趙忠賢.灌區(qū)水文地質(zhì)勘察技術(shù)綱要初探[J].地下水,2009,04:135-138.

[3]馬久信.論工程地質(zhì)勘察水文地質(zhì)問題[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012,09:33-34.

[4]任佳,胡國忠,職曉陽,賀建明,王宏圖.雞公山隧道水文地質(zhì)勘察分析及涌水量預(yù)測[J].重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,04:52-55.