城市雜填土抽水試驗分析

王慧玲 陳素云 張學平

（1北京市勘察設計研究院有限公司 北京 100038 2北京市環境巖土工程技術研究中心 北京 100038）

引言

隨著城市建設發展，城市雜填土數量急劇增加，雜填土成分復雜，且堆填范圍、深度等均具有一定的隨意性[1-3]。涉及雜填土區域的設計、施工，尤其是地下水控制問題，就需要掌握雜填土的成分、性質，及其涌水情況。

本文根據某道路勘察成果，分析城市雜填土的特征，通過在雜填土區域的抽水試驗，分析雜填土含水層的涌水情況，并應用抽水試驗成果推測填土地下水控制區域，為地下水控制設計與施工提供依據。

1 工程概況

擬建道路位于北京市朝陽區，需下穿現狀鐵路，下穿段最大深度在7m左右，下穿路段北側分布有填土坑。

場區表層為人工堆積層，厚度在0.60～13.50m不等，主要為粉質粘土素填土、房渣土、碎石填土及生活垃圾土，填土坑內以房渣土、生活垃圾等雜填土和碎石填土為主。人工堆積層之下的第四紀沉積層由交互沉積的砂類土、黏性土和粉土組成，4～8m深度以細砂、粉砂為主，可賦存地下水，其下至14m深度以弱透水的粉質黏土、黏土等為主。

2 地下水分布條件

道路沿線20m深度內主要分布2層地下水，第1層地下水主要賦存于地表下8m深度范圍內的細砂、粉砂層中，沿線該層水靜止水位標高35.86～36.34m，水位埋深2.26～4.69m。第2層地下水分布于鐵路北側的填土坑范圍內，主要賦存于人工堆積的雜填土中，靜止水位標高32.25～32.56m，水位埋深6.48～7.46m。場區地層情況見圖1。

圖1 場區水文地質剖面圖

由于填土坑內含水層是在原人為挖土深坑的基礎上回填大孔隙的房渣土、碎石等形成的局部含水層，具有以下特點：一是分布范圍相對較小，僅局限于填土坑的范圍。根據調查訪問，填土坑東西向長約500m、南北向長約250m，且不規則。二是厚度變化大，填土坑內填土厚度為4.30～13.50m不等。含水層厚度在0～5.9m不等，在豐水季節水位較高時，含水層厚度相應增大。三是滲透性強，由于填土坑內人工回填土主要為房渣土和碎石填土，且回填時間較短，最早回填時間距今不超過3年，因此該填土層密實度差，孔隙大，從而導致了其滲透性強，鉆探時鉆孔涌水情況也反映出了涌水迅速的特點。

由填土坑所在位置典型水文地質剖面圖可以看出，填土坑切穿了第1層含水層，填土坑內地下水與道路處第1層地下水水位差異較大，可以將其視為相對獨立的不同含水層，但從兩層地下水賦存層位的接觸關系和水位變化規律上看，兩層地下水將存在一定的水力聯系，第1層地下水補給填土坑地下水。另外，考慮到兩個含水層的滲透性差異，即填土坑含水層的滲透性要遠遠大于第1層，可以認為填土坑含水層為第1層含水層的局部匯流入滲排泄區。

3 抽水試驗布置

道路路基及擋墻施工路段將直接涉及第1層地下水，穿越鐵路北側填土坑段，路基和擋墻基礎施工將涉及填土坑地下水。填土區域涌水量情況對于工程設計、施工有重要意義。

在鐵路北側填土坑范圍內布置針對填土坑含水層的抽水試驗，試驗區段含水層底板標高在26.57m左右，變化不大，水位標高32.41m，含水層厚度6m左右，含水層巖性主要為房渣土。抽水試驗設計1眼抽水井，井深13.30m。并在不同間距布設3個觀測孔。3個觀測孔孔號分別為 w23(觀 1)、w22(觀 2)和 w27(觀 3)，深度分別為13.30m、13.40m和13.50m，過濾管長度分別為1.95 m、1.97 m、1.92m，距離抽水井間距分別為2.6m、5.6m、13.4m。

抽水試驗總計歷時3天，抽水平均穩定流量為478m3/d(19.93m3/h)，抽水期間主井穩定水位降深在 m，各觀測孔水位井深在0.16m左右，抽水過程中地下水位標高歷時曲線見圖2。

圖2 抽水試驗觀測孔水位歷時曲線

4 抽水試驗成果分析

針對雜填土坑含水層的抽水試驗為潛水非穩定流抽水，運用非穩定流計算方法，利用觀測孔水位下降資料計算水文地質參數，采用直線圖解法計算求得雜填土含水層的滲透系數可達500m/d之上。

填土坑內地下水僅在有限范圍內分布，非連續、穩定層位，可視為有界含水層。雖然第1層含水層和第2層含水層之間存在一定的水力聯系，但第1層以粉砂、細砂為主的含水層滲透系數小于1m/d，第2層以雜填土為主的含水層滲透系數達500m/d以上，與漂石、塊石等的滲透性相當[4-5]，兩個含水層的滲透系數差異極大，填土坑的邊界可近似考慮為隔水邊界。按照第2層含水層的滲透系數和分布面積推算，其影響范圍應為整個填土坑的范圍。

從本次抽水試驗的資料整理、分析中也驗證了上述分析。依據地下水動力學相關理論，分析抽水試驗觀測孔的Δh2-lgt關系曲線（圖3）可以發現，曲線中出現多個直線段，說明抽水孔周圍存在多條隔水邊界。根據抽水試驗孔與初步圈定的填土坑部分界線的相關位置，試驗孔東側的邊界線距試驗孔最近，且基本為一條直線，可視其為一條直線隔水邊界。而圖3也表現出第2直線段斜率約為第1直線段的2倍。

圖3 w23觀測孔Δh2-lgt關系曲線圖

根據地下水非穩定井流計算方法中的相關理論和計算方法[6]，可利用觀測孔資料確定抽水井至直線邊界的距離（λ）。計算方法如圖4所示。

圖4 井流試驗確定邊界位置示意圖

tc為第一、第二直線交點的時間；

（t01）為第一直線與lgt軸交點的時間。

計算得到w23觀測孔至虛井距離ρ＝16.6m，抽水井至隔水邊界距離λ為8.3m左右。與實際調查的填土坑邊界基本一致，也驗證了試驗分析的有效性。

綜合分析，填土坑內以房渣土、碎石填土等雜填土為主的含水層滲透性強，滲透系數可達500m/d之上，但其影響范圍有限，主要還是局限于填土坑范圍，填土坑邊界距離抽水試驗井約8.3m。

結語

（1）城市雜填土成分復雜，以建筑垃圾、生活垃圾混合填埋為主，分布范圍、厚度等均有一定的隨機性。

（2）城市雜填土含水層涌水量主要與填埋成分相關，以房渣土為主的雜填土滲透系數可達到500m/d以上，與碎石土含水層的滲透系數相當,但其影響范圍主要受填土區域及填土性質影響。

（3）雜填土抽水試驗成果可反應出隔水邊界情況，可根據地下水非穩定井流計算方法，利用觀測孔確定抽水井至直線邊界的距離。

[1]張振營,吳世明,陳云敏.城市生活垃圾土性參數的室內試驗研究[J].巖土工程學報，2000，22（1）22-26.

[2]戴韶生，劉志明.城市雜填土土工特性的研究及常用地基處理方法[J].探礦工程，2002（5）20-21.

[3]北京市區雜填土地基處理技術綜述[J].巖土工程技術,2007（2）:94-100.

[4]張國棟，廖愛明，李泯蒂等，碎石土滲透特性試驗研究[J].水利水運工程學報，2016,(5):91-95.

[5]王雙，李小春，王少泉等.碎石土級配特征對滲透系數的影響研究[J].巖石力學與工程學報,2015(s2):4394-4402.

[6]陳崇希，林敏.地下水動力學[M].1999.