緬甸蒂洛瓦地區抽水試驗效果分析

牛建光，肖雄丙

(中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220)

引言

在地下水儲存豐富的地區，人類進行工程活動時，經常會發生由于地下水作用而引發的巖土工程問題。為保證工程安全，在前期的地質勘察中加強對地下水問題的研究顯得非常必要，以查明擬建場地的地層滲透性和富水性，測定有關水文地質參數，為建筑設計提供水文地質資料[1]。

測定巖土層的滲透系數可以通過野外現場測定或室內試驗兩種手段，室內試驗是對取回來的樣品進行常水頭或變水頭滲透試驗確定其滲透系數；野外測定采用的方法主要有抽水試驗、壓水試驗和注水試驗。抽水試驗主要適用于地下水量豐富，埋深比較淺，土層滲透性較大的區域；壓水試驗主要適用于地下水量比較少，土層滲透性較小的區域；注水試驗主要適用于地下水位較深不便于進行抽水試驗，測定透水巖土層的滲透性。

本文通過現場抽水試驗和室內滲透試驗綜合分析，求取該地區的水文地質參數，為基坑降水方案設計施工提供水文地質依據。

1 工程概述

1.1 地理位置

緬甸位于亞洲中南半島西北部，在地質演化歷史上既具有發育的古生代沉積建造，又有較完整的中、新生代地層序列，然而它們之間又表現出明顯的分帶性，從而使緬甸在地層與構造上具有明顯的分區性[2]。

仰光河由勃固(Pegu)河和密瑪加(Myitmaka)河在仰光匯合而成，注入東南40 km 處的安達曼海的馬達班(Martaban)海灣。本工程位于緬甸蒂洛瓦地區，地處仰光河東岸，距離河流入海口約30 km。

1.2 水文地質條件

水文地質勘察結果表明，本場地鉆探深度內土層分布較有規律，土層從上到下可劃分為[3]：

1）沖填土層：沖填土（中砂）；

2）全新世沖積層 ：①粘土；

3）全新世湖沼相沖積層：②1淤泥、②2淤泥質粘土、②3粘土；

4）上更新世陸相沖積層：③1粘土、③2粉質粘土、③3粉土、③4粉土；

5）上更新世陸相沖積層：④1細中砂、④2細中砂。

本場地40 m 深度范圍內地下水類型包括潛水與承壓水。潛水主要賦存于上部的沖填土（中砂）層中，含水層厚度較小。承壓水主要賦存于場地下部的④1細中砂和④2細中砂中，承壓水含水層頂板埋深為28.00～29.30 m。通過走訪并收集場地內的地下水資料，該承壓水含水層厚度大于100 m。

2 現場抽水試驗

試驗過程中各環節的標準應滿足《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》（SL 320-2005）的規定[4]。

2.1 抽水試驗前穩定水位觀測

正式抽水試驗前，進行靜止水位觀測，直至穩定，本次試驗過程中同步觀測仰光河河水水位變化。繪制穩定水位、河水水位隨時間的變化曲線，詳見圖1。

由圖1 可知本地區的承壓水水位處于變動狀態，原因為受仰光河規律性潮汐變化影響明顯，故測得的承壓水水位為規律性變化狀態，處于一定的范圍內。

圖1 C1、G1、G2 水位與潮位變化曲線

2.2 抽水試驗中的數據觀測

抽水試驗開始后，對抽水孔進行涌水量和地下水位觀測，對觀測孔進行地下水位觀測，直至到達穩定標準。

通過現場抽水過程中各數據的觀測記錄、資料整理，結合參數計算需要，編制了下列圖表：

1）抽水孔C1 的 Q-S-t 線（圖2）；

圖2 C1 抽水孔Q-S-t 曲線

2）觀測孔G1、G2 降深S-t 曲線（圖3）；

圖3 觀測孔G1、G2 降深S-t 曲線

3）觀測孔降深差△S-t 曲線（圖4）。

圖4 觀測孔降深差△S-t 曲線

2.3 水溫及氣溫觀測

為了消除溫度對試驗結果的影響，同步進行場地內的水溫和氣溫觀測，觀測時間間隔宜每2～4 h測量一次[4-5]。

緬甸仰光屬熱帶季風性氣候，平均氣溫27℃，全年氣溫相差不到8℃，故水溫和氣溫觀測對本地區的試驗結果影響不大。

2.4 恢復水位觀測

抽水結束后，根據《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》（SL 320-2005）的規定進行恢復水位觀測[4]。恢復水位穩定標準與靜止水位觀測要求相同，并與抽水前靜水水位進行比較。

通過現場抽水過程恢復水位觀測數據、資料整理，結合參數計算需要，編制了抽水井C1 恢復水位曲線，詳見圖5。

圖5 抽水井C1 恢復水位曲線

2.5 原狀砂樣采取

為了方便對比現場抽水試驗與室內滲透試驗的試驗結果，對本場地承壓含水層采取原狀砂樣共6 件，同步進行了室內滲透試驗，試驗結果見表2。

3 試驗數據分析

受潮汐影響，觀測孔的水頭達不到規范要求的穩定條件，為消除潮位的影響，繪制了觀測孔G1 和G2 的降深差△S-t 曲線（圖4），以滿足規范計算公式所要求的條件。

3.1 滲透系數（K）參數計算

根據本場地承壓水特點，選取《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》（SL320-2005）規范附錄B 中適合的公式如下[4-5]。

承壓水單孔非完整井公式：

其中參數為：

Q——抽水井穩定涌水量（m3/d）；

l——過濾器長度（m），取值11.0 m；

S——抽水孔降深；

α=1.6

r——抽水孔半徑，取值0.08 m。

將抽水井C1 不同降深情況下對應的流量值分別帶入公式①，計算的滲透系數（K）結果詳見表1。

承壓水多孔非完整井公式：

非穩定流單孔抽水試驗，在有越流補給但不考慮弱透水層彈性釋水的條件下，利用S-lgt 關系曲線上拐點處的斜率計算滲透系數，選用公式如下[4]：

mi——S-lgt 關系曲線上拐點處的斜率。

3.2 影響半徑（R）參數計算

依據《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》（SL320-2005）附錄F[4-5]。

1)承壓水影響半徑計算公式：

式中：R——影響半徑（m）；

承壓水各降深不同觀測孔的數值帶入公式④，影響半徑（R）計算結果詳見表1。

2)承壓水單孔抽水影響半徑計算公式：

式中：

k——滲透系數（m/d）；

sw——井水位降深（m），當井水位降深小于10 m 時，取sw=10 m。

承壓水各降深不同觀測孔的數值帶入公式⑤，影響半徑（R）計算結果詳見表1。

3.3 計算結果

將承壓水不同降深情況下，抽水孔和觀測孔不同降深觀測數據分別帶入公式①～⑤，計算的滲透系數和影響半徑結果詳見表1。

表1 抽水試驗計算結果表

依據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001，2009 年版）[3]，帶觀測孔抽水試驗可較準確地測定含水層的滲透系數，因此采用承壓水多孔抽水結果來進行含水層的滲透系數選取。考慮到本工程承壓水降深較小，選取最小降深的試驗結果作為含水層的滲透系數。

將原狀砂樣的室內滲透試驗結果整理詳見表2。

表2 室內試驗結果表

對比表1 和表2 的數據，可知不同試驗方法得到的土體滲透系數差別較大，分析原因如下：

1）室內試驗只是反映單個土樣的滲透特性，沒有考慮整個土層的滲透特性、土體中的裂隙等排水通道、潮汐變化對土體孔隙的沖刷擴大作用。

2）現場采取原狀土樣運輸到實驗室進行室內滲透試驗，在原狀土樣的采取、搬運、制備各個環節中均不可避免地會產生擾動。如果采用制備的重塑土樣進行試驗，制備重塑土樣后，土體原始特征改變，因此制成的土樣不能完全反映現場原狀土樣的特性[6]。

3）室內滲透試驗只能反映試樣垂直方向的滲透特性，不能反映試樣水平方向的滲透特性。

4）與室內試驗相比，現場抽水試驗能夠更好地反映土體的實際情況，因此所得到的試驗結果更為準確，但是成本較高，周期較長。

綜合分析抽水試驗和室內試驗結果可知，承壓水水位受仰光河規律性潮汐變化影響明顯，測得的承壓水水位為處于一定的范圍內規律性變化狀態。建議本工程承壓水的滲透系數取32.3 m/d。S1和S2受潮汐影響較大，影響半徑的計算誤差較大，結合本次場地地層巖性特征，影響半徑建議值為200 m，承壓水的透水性等級為強透水。

4 成果應用

根據水文地質剖面，基坑底板之下有承壓水含水層埋藏，因基坑開挖減小上覆土層厚度后，可能導致承壓水水頭對基坑底板沖潰突涌現象，突涌形式可能為：

①基底涌突；

②基底發生流砂現象；

③基底發生似“沸騰”的噴水冒砂現象。

本場地基坑底是否會發生沖潰突涌現象，將由下列方法驗算，依據《建筑基坑支護技術規范》（JGJ 120-2012）附錄C.0.1，當承壓水水頭高于坑底，且未用截水帷幕截斷其與基坑內外水力聯系時，承壓水作用下的坑底突涌穩定性應符合下式[7-8]：

經計算，當D≥15.9 m 時，基坑不產生突涌；勘察階段部分鉆孔所揭露的承壓水含水層頂面的覆蓋層厚度D 值小于15.9 m，初步判定基坑底存在突涌風險。

基坑開挖前，應根據含水層厚度和滲透系數確定基坑涌水量與降水井數量，以保證基坑開挖的安全。建議施工時間盡量避開暴雨季節，以便減少施工難度。施工期間，需保證供電連續，防止基坑開挖過程中停電，可能引起承壓水水頭上升導致坑底隆起破壞。應考慮施工期內可能遭遇的最高承壓水水頭，若施工期內遇雨季、風暴潮等，應考慮潮位抬升對承壓水水頭的影響，采取相應的降壓措施。

5 結語

1）本場地臨近仰光河，承壓水水頭變化與潮位關系密切，水頭隨著潮位的漲落而升降。高潮時承壓水由仰光河流向陸側，低潮時承壓水由陸側流向仰光河。

2）受潮汐影響，觀測孔的水頭達不到規范要求的穩定條件，為消除潮位的影響，繪制了觀測孔G1 和G2 的降深差△S-t 曲線圖，以滿足規范計算公式所要求的條件[4,9]。

3）與室內試驗相比，現場抽水試驗有著無可比擬的優點，能夠更好地反映土體的實際情況，因此所得到的試驗結果更為準確。

4）承壓水含水層頂面至坑底的土層厚度小于15.9 m時，基坑底存在突涌風險，基坑開挖時需要注意上覆土層厚度。

5）基坑開挖前，應根據滲透系數確定基坑涌水量與降水井數量，以保證基坑開挖的安全。應考慮施工期內可能遭遇的最高承壓水水頭，若施工期內遇雨季、風暴潮等，應考慮潮位抬升對承壓水水頭的影響，采取相應的降壓措施。

6）通過本次抽水試驗，評價場區水文地質條件，為基坑降水方案設計施工提供水文地質依據，具有較好的經濟效益[10]。