上海某深基坑群井抽水試驗參數分析

王慶磊

［上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092］

0 引言

隨著上海市經濟的迅速發展和城市建設的不斷推進，軌道交通工程、高層建筑、越江隧道、高架橋梁工程等大規模不斷展開，與之相關的基坑開挖深度也越來越深，而基坑降水對基坑施工安全性至關重要。對于上海地下水位較淺的地區，基坑降水的研究顯得尤為重要。

傳統的抽水試驗多采用單井試驗，參數誤差相對較大，同時單井試驗無法判別不同土層之間的水力聯系，局限性較大。筆者通過現場群井試驗獲取含水層的水文地質特征參數，以達到群井試驗在專項水文地質勘察中的應用[1]。

1 工程概況

本基坑工程位于上海市閔行區，基坑開挖深度為25.8 m，基坑開挖過程中需抽降第⑦層承壓水，為了解承壓水水頭埋深分布，取得承壓含水層的詳細水文地質參數、從而制定合理、可行的降水設計處理方案，確定施工期間降壓井的降水施工參數，為布置降壓井提供依據[2]。

根據現有地質勘察資料，見表1，場地地基土可分為7層。本基坑下部承壓水層分布比較均勻，為⑦1層粉砂夾粉質粘土、⑦2層粉砂，兩者相互貫通，可視為同一承壓含水層，基坑底部位于⑤1層粘土層之中。

表1 場地內土體分層及物理力學參數

2 群井抽水試驗實施

抽水試驗實施的目的是為了獲取本場地水文地質特征，主要是目的層位為⑦1層草黃～灰黃色粉砂夾粉質黏土和⑦2灰黃~灰色粉砂，需測定水文地質參數，包含滲透系數、貯水系數(或貯水率)、導水系數，以及單井最大涌水量[3]。

采用非穩定流群井抽水試驗的方式，現場成井10口，群井試驗持續時間為10 d，其中CA1-1~CA1-4為抽水井，其余GA1-1~GA1-3井及其它井均為觀測井。抽水開始后按規范進行：1’、2’、3’、4’、6’、8’、10’、15’、20’、25’、30’、40’、50’、60’、80’、100’120’的頻率進行觀測，之后每隔0.5 h觀測一次，直到水位恢復試驗結束，見圖1。群井停止抽水時，抽水已歷時達7 d，各觀測井水位穩定，已滿足群井抽水試驗停抽要求。

圖1 群井抽水試驗平面布置圖

群井抽水試驗共歷時近6 d。其CA1-1井平均出水量約30.2 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-2井平均出水量約23.30 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-3井平均出水量約25.1 m3/h，動水位埋深基本保持在地下26.00 m；CA1-4井平均出水量約20.3 m3/h，動水位埋深基本保持在地下24.00 m。群井抽水期間，4口井出水量較穩定，見圖2。

圖2 降深與時間關系曲線

群井抽水試驗期間，對6口觀測井水位變化進行同步監測，群井抽水期間觀測井水位降深情況見表2。

表2 群井試驗觀測井水位最大降深統計表

4 群井試驗擬合求取參數

水文地質參數是根據非穩定流抽水試驗數據計算求得[4]。本次試驗地層有越流補給條件下的無界承壓含水層中非穩定流抽水試驗，上下隔水層有越流補給，在巨厚含水層中，井結構為非完整井，含水層為均質、各向異性、側向無限延伸，厚度不變。計算方法選用Hantush的計算方法，進行含水層的滲透系數（水平、垂直）、儲水系數以及導水系數、越流因子等進行求參[5]。

根據實際的抽水井和觀測井的參數值，自動繪制一系列標準雙對數曲線，同時根據單（群）井抽水試驗后觀測井水位下降，生成時間-降深的雙對數曲線，并對實測曲線與標準曲線進行擬合，找出最佳的標準雙對數曲線，計算含水層的各參數[6]。擬合結果見圖3。

圖3 群井試驗標準曲線與實測曲線擬合綜合圖（雙對數）

根據擬合曲線，可計算得出相關水文地質參數[7]，導水系數平均值：T=115 m2/d，水平滲透系數平均值Kh=4.61 m/d，Kv=0.155×4.61 m/d=0.71 m/d，儲水系數S=1.31×10-3。

5 三維滲流數值模擬參數分析

通過數值法（利用ModFlow軟件）建立三維滲流模型，通過反演求解參數[8]。

根據研究區的幾何形狀以及實際地層結構條件，對研究區進行三維剖分。根據研究區工程地質及水文地質特性等信息，水平方向將水文地質概念模型剖分為72行、74列，最大行列間距20 m，核心區最小行列間距為2.0 m。結合抽水影響半徑，在試驗區向外延伸350，網格面積為800 m×800 m，層位厚度為130 m，網格立體剖分見圖4，網絡最外邊緣作為定水頭考慮。

圖4 離散模型網絡三維圖

在Visual Modflow軟件中，試驗井可以設置過濾器長度、出水量等參數，與實際數據具有很強對比性，根據已有抽水試驗觀測井數據，建立抽水井和觀測井模型。試驗井模型設置見圖5。

圖5 試驗井三維立體圖

根據本工程的群井抽水試驗結果，對抽水井的實測資料進行整理，在三維計算模型中設置抽水井，將抽水井涌水量代入三維數值模型中，進行群井抽水試驗的數值模擬計算。對比計算結果和實測的觀測井水位變化，不斷調整并優化相關水文地質參數，得到合理的承壓水分析參數[9]。

群井抽水試驗模擬的觀測井水位結果的標準殘差直方分布關系見圖6，由圖6可知誤差中值約為0.043，標準殘差的分布滿足標準正態分布。

圖6 群井試驗標準殘差直方分布圖

通過以上三維數值計算反演分析，獲取的模型參數見表3。

表3 群井試驗模型層參數表

6 結語

（1）本基坑工程開挖深度為25.8 m，在后期實施階段必須考慮承壓水的降水，控制水位滿足安全需求。

（2）其CA1-1井平均出水量約30.2 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-2井平均出水量約23.30 m3/h，動水位埋深基本保持在地下30.0 m；CA1-3井平均出水量約25.1 m3/h，動水位埋深基本保持在地下26.00 m；CA1-4井平均出水量約20.3 m3/h，動水位埋深基本保持在地下24.00 m。

（3）根據水位監測信息，群井抽水試驗期間，6口觀測井初始水位埋深為-5.26~-5.40 m，最終水位埋深為-10.64~-14.31 m，水位降深為5.24~9.05 m。

（4）根據不同求參方式比較，導水系數平均值：T=115 m2/d，水平滲透系數平均值Kh=4.61 m/d，Kv=0.155×4.61 m/d=0.71 m/d，儲水系數S=1.31×10-3。

（5）群井抽水試驗模擬的觀測井水位結果的標準殘差直方分布關系，可知誤差中值約為0.043，標準殘差的分布滿足標準正態分布。

（6）根據不同求參方式比較，本工程⑦1層粉砂夾粉質黏土綜合水平滲透參數Kh=1.61 m/d，垂直滲透參數Kv=0.15 m/d，平均貯水系數S=1.60×10-5；⑦2層粉砂綜合水平滲透參數Kh=5.21 m/d，垂直滲透參數Kv=0.52 m/d，平均貯水系數S=2.58×10-5。

（7）群井試驗求參可通過對比計算結果和實測的觀測井水位變化，不斷調整并優化相關水文地質參數，得到合理的承壓水分析參數。