基于抽水試驗的圓礫層滲透系數測定方法研究

摘要：研究采用承壓水完整井的穩定流抽水試驗，布置2個抽水井和15個觀測井，遵循相關技術標準進行數據采集與分析。試驗中，觀測井水位和抽水井流量通過電測水位計和三角堰水堰箱同步監測，確保數據準確性。結果顯示，在不同降深和流量組合下，圓礫層平均滲透系數為20.861 m/d，最大值為111.334 m/d，最小值為11.931 m/d。研究表明，圓礫層滲透系數與地下水流動特性密切相關，合理測定對建筑物穩定性至關重要，研究為類似工程的滲透系數測定方法提供了有效參考。

關鍵詞：抽水試驗 圓礫層 滲透系數 參數測定

Study on the Determination Method of Permeability Coefficient of Rounded Gravel Layer Based on Pumping Test

LI Decheng

Geological Team 332， Anhui Geology and Mineral Exploration Bureau， Huangshan， Anhui Province， 245000 China

Abstract： The study adopts the stable flow pumping test with a complete pressurized water wells， arranges 2 pumping wells and 15 observation wells， and follows the relevant technical standards for data collection and analysis. During the test， the water level in the observation wells and the flow rate in the pumping wells were monitored synchronously by an electric water level gauge and a triangular weir water weir box to ensure the accuracy of the data. The results show that the average permeability coefficient of the round gravel layer is 20.861 m/d under different combinations of depth reduction and flow rate， with the maximum value of 111.334 m/d， and the minimum value of 11.931 m/d. The study shows that the permeability coefficient of the gravel layer is closely related to the characteristics of the groundwater flow， and the reasonable determination is crucial to the stability of the building， and the study provides effective references for the determination method of the coefficient of permeability in similar engineering projects.

Key Words： Pumping test; Gravel layer; Permeability coefficient; Parameter determination

黃山安持·半月灣項目場地的地質條件主要由第四系松散巖類和圓礫層組成。圓礫層的埋藏深度較淺，并且其透水性受到周圍地質構造和風化程度的影響。同時，場地的地下水埋藏在松散巖類孔隙水之下，主要接受上層松散巖類的豎向補給和鄰近區域地下水的側向補給。由于該含水層的風化孔隙和節理裂隙發育不良或不均，導致其透水性和富水性較差，地下水徑流緩慢，排泄不通暢。在這樣的水文地質背景下，本研究旨在通過抽水試驗，系統地測定擬建場地內圓礫層的滲透系數，從而為后續的工程設計提供科學依據。

1測定圓礫層滲透系數的意義

測定圓礫層滲透系數在工程建設中具有重要意義，尤其是像黃山安持·半月灣項目這樣的居民小區建設中。圓礫層作為土壤的重要組成部分，其滲透特性直接影響地下水的流動性和建筑物的穩定性，因此，滲透系數是評估地下水流動和基坑降水效果的關鍵參數。通過測定滲透系數，了解地下水在圓礫層中的流動速度和方向，為基坑降水方案的制訂提供科學依據，從而確保施工安全、降低施工風險^[1]。同時，準確的滲透系數測定有助于優化抗浮設計，特別是在該項目中，建筑物距離河岸較近，合理計算建筑物受到的浮力對確保其在水位變化時的穩定性至關重要，能夠有效避免因浮升現象造成的安全隱患^[2]。

2試驗

2.1試驗設計

本次試驗采用承壓水完整井的穩定流抽水試驗方法，對承壓水含水層④層圓礫層的滲透系數進行測試。在擬建場地內共布置抽水井2個，觀測井15個。抽水試驗的執行技術標準包括《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》（SL320—2005）、《巖土工程勘察規范》（GB50021，2023年版）和《水文地質手冊》（第二版）。

2.2試驗方法與分析

抽水井的水量觀測、水位觀測與觀測孔水位觀測需同步進行，以確保數據的準確性。觀測時間間隔設置為：1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、10、10、20、20、20、30、30[ 2]" min，之后每30 min觀測一次。在穩定水位觀測方面，按照規范要求，抽水試驗前需每小時測定一次各孔水位，連續3次所測數據相同或在4[ 3]" h內水位相差不超過2 cm即為穩定水位。然而，由于在抽水試驗前經過2 d的水位觀測發現，各孔水位和新安江水位的變幅較大且無規律可循^[3]。因此，在本次試驗中，穩定水位僅以試驗開始前的鉆孔水位為準，并且穩定延續時間控制在6～8 h，水位波動控制在3 cm左右。抽水試驗結束后，如因故停泵，需要進行恢復水位觀測。觀測時間間隔設置為停泵后的第1、3、5、10、15、30 min，隨后每隔30 min觀測一次，直至水位恢復至原穩定水平，觀測精度要求與穩定水位相同。在水排放方面，抽水試驗的水排入離抽水井較遠的下水道中，確保下水道具有良好的封閉性和外排性，以避免水滲入地下，從而影響試驗結果^[4]。抽水試驗確定滲透系數的公式很多，本次抽水試驗屬承壓水完整井的穩定流抽水試驗，參照《水利水電工程抽水試驗規程》（SL320—2005）附錄B穩定流抽水滲透系數計算公式表，公式適用條件：承壓水含水層，多孔完整井^[5]，具體如下。

2.3試驗過程

抽水井為ZK1孔和ZK3孔，孔徑為Φ[ 8]"900[ 9]" mm，采用旋挖機配合鋼桶護壁鉆進至預定深度，隨后下井管（井徑為Φ[ 10]"500 mm），用清水沖孔洗井，最后填礫。施工工藝流程包括測放井位、鉆機就位、鉆孔、清孔、下井管、填礫、洗井、置泵試抽水和正常抽水試驗。在施工過程中，井位測放需要根據設計平面圖進行，鉆機需要確保平穩牢固，鉆孔時垂直度控制在1%以內，清孔后確保井管到位，填礫時砂礫需要均勻填至含水層頂板以上約0.5 m，洗井時需要使用泥漿泵確保井管內泥漿沖洗干凈。觀測井采用XY-100型鉆機進行泥漿鉆進，孔徑為Φ150 mm至預定深度，然后下井管（管徑為Φ75 mm），用清水洗孔，待水變清后填礫。

本次試驗自2021年10月12日進場至2021年11月28日結束，合計用時48 d，其間，進行野外鉆孔施工，完成抽水井施工兩個（井徑為Φ900 mm，管徑為Φ500 mm）和觀測井15個（井徑為Φ150 mm，管徑為Φ75 mm）。隨后進行了為期2 d的穩定水位觀測，共計18 h。試抽工作于2021年11月9日完成ZK1抽水井的試抽，發現ZK1抽水井網目過大導致“流砂”淤井現象，隨后于2021黏11月10日至11日對ZK1、ZK3井進行清淤并篩分流砂，確定濾水網目，裝入第二套Φ220 mm的PVC-U管，外壁包裹120目的不銹鋼網片，并填入1～3 mm的礫料，之后進行洗井工作。2021年11月16日至19日，完成以ZK1孔為抽水井的三個降深穩定流抽水試驗，穩定延續時間為6～7 h，具體數據為：S_{1[ 11]"}降深為4.440 m，穩定水量為47.040 T/d，水位波動為18 cm；S₂降深為5.42 m，穩定水量為52.704 T/d，水位波動為23 cm；S₃降深為1.070 m，穩定水量為22.46 T/d，水位波動為1.5 cm，水位恢復時間為7 h。2021年11月24日至27日，完成以ZK3井為抽水井的3個降深穩定流抽水試驗，穩定延續時間為8～9 h，具體數據為：S₁降深為4.140 m，穩定水量為47.04 T/d，水位波動為84 cm；S₂降深為3.144 m，穩定水量為39.26 T/d，水位波動為32 cm；S₃降深為1.503 m，穩定水量為28.13 T/d，水位波動為3.5 cm，水位恢復時長為4.5 h。

2.4試驗結果

本次抽水試驗分別以ZK1和ZK3井為抽水井進行，計算結果匯總如下。

從試驗結果看出，ZK1和ZK3井的抽水試驗均在承壓水含水層的條件下進行，滲透系數的計算結果顯示了不同降深和流量的組合關系。統計結果表明，滲透系數的平均值為20.861 m/d，最大值和最小值的差異不大，說明試驗結果較為穩定。

3結語

該場地地貌單元為新安江的一級階地，并且在每年豐水期的洪水（峰）時大概率處于淹沒狀態。由于擬建臨江建筑距離河岸較近且地下水與新安江地表水水力聯系密切，因此，基坑降水方案和建筑物抗浮設計須十分謹慎。根據此次抽水試驗統計成果顯示，圓礫層滲透系數K的最大值為111.334 m/d，最小值為11.931 m/d，標準值為22.040 m/d。在工程設計過程中，應考慮必要的安全儲備，以應對出現的水文地質變化和極端天氣情況。

參考文獻

[1] 凌國，吳小健.圓礫地層近接高層建筑地鐵深基坑基底注漿措施研究[J].西部交通科技， 2023（8）：180-182.

[2] 曾波存，岳新興，周興濤，等.臨江深厚砂卵石地層沉管隧道干塢深基坑地下水控制方法研究[J].工程勘察，2022，50（9）：39-44，78[ 12]"[13]".

[3] 徐霖，曹偉光，李向娟.復雜富水地層盾構掘進速率評價及預測方法研究[J].智能城市應用，2023，6（12）：4-8.

[4] 王磊.烏干達某高速路基礫類土填料動力特性試驗分析[J].鐵道建筑技術，2022（9）： 198-202.[ 14]"[15]

[5] 謝湉.水動力調控強化地下水中1，2-二氯乙烷原位化學氧化技術的研究與應用：以西南某化工污染場地為例[D].華南理工大學，2022.