張建華
廣東省化工地質(zhì)勘查院 廣東 廣州 510800
抽水試驗(yàn)是確定水文地質(zhì)參數(shù)的重要手段,在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的勘察中具有極其重要的意義[1,2],由于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性,對(duì)應(yīng)的抽水試驗(yàn)方法也具有了多樣化的特征,合理選擇抽水試驗(yàn)方法是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)[3]。馬鞍山公園地鐵站位于廣州市花都區(qū)迎賓大道與百壽路交界處,全長(zhǎng)約180m,為地下車站,采用島式站臺(tái)。站點(diǎn)采用明挖法施工,車站主體明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻,連續(xù)墻深度23m,基坑深度19.26m。
由于站點(diǎn)位于廣花盆地隱伏巖溶區(qū),松散巖類孔隙水、巖溶水等給地鐵車站近20m的深基坑施工帶來很大困難。2014年7月~9月,在九號(hào)線新世紀(jì)廣場(chǎng)地鐵實(shí)驗(yàn)站的施工過程中因地下水豐富,補(bǔ)給量充足,基坑止水、降水任務(wù)十分艱巨。因此,如何正確選擇抽水試驗(yàn)的試驗(yàn)方法、確定水文地質(zhì)參數(shù)對(duì)今后車站施工降水和基坑維護(hù)方案尤為重要。
第四系土層主要有人工填土,沖洪積成因的粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂及可~硬塑狀粉質(zhì)粘土,灰?guī)r殘積成因的流~可塑粉質(zhì)粘土,其中人工填土層厚0.8~3.3m、砂層厚8.2~19.65m、粘性土厚2.3~6.8m。下伏基巖主要為石炭系石磴子組灰?guī)r及炭質(zhì)灰?guī)r,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,淺部巖溶發(fā)育,單個(gè)溶洞高0.3~2.6m,見洞率28%。
地下水類型主要有松散巖類孔隙水與巖溶水。松散巖類孔隙水主要賦存于砂層中,含水層厚8.2~19.65m,透水性較強(qiáng),含水量豐富;巖溶水主要賦存于溶洞、巖溶裂隙、孔洞中等,區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育,水量豐富,具承壓性。局部上覆地層缺失殘積粉質(zhì)粘土,為第四系沖洪積層,砂性土分布廣且層厚較厚,故溶洞連通性好,第四系松散巖類孔隙水交換強(qiáng)烈。站點(diǎn)地下水位的變化受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水補(bǔ)給來源及排泄等因素控制,勘察期間揭露本站點(diǎn)地下水穩(wěn)定水位埋深1.90~4.30m。
根據(jù)鉆孔巖土層結(jié)構(gòu),砂層為潛水含水層,砂層底部為一定厚度粘性土相對(duì)隔水層,試驗(yàn)段為整個(gè)砂層,其符合完整井的要求;巖溶水主要賦存于溶洞、巖溶裂隙、孔洞中等,試驗(yàn)段處于有溶洞或巖溶裂隙段,其下為裂隙弱發(fā)育、無巖溶分布的微風(fēng)化灰?guī)r,可視為相對(duì)隔水層,其基本符合完整井要求。試驗(yàn)前經(jīng)過試抽,在一定持續(xù)的抽水時(shí)間后,流量和水位同時(shí)達(dá)到相對(duì)平衡,符合穩(wěn)定流特征。同時(shí),考慮當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn),本次潛水層與承壓水均采用完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。完整井多孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)孔垂直于地下水流向布置,試驗(yàn)孔同側(cè)布置2個(gè)觀測(cè)孔,與抽水孔成一直線,第1只觀測(cè)孔距離主孔一般2~3m,第2只觀測(cè)孔距離主孔8~10m。
(1)抽水試驗(yàn)孔過濾管直徑:松散層127mm,基巖110mm。抽水試驗(yàn)孔終孔直徑:較過濾管直徑大1-2級(jí),填料時(shí)大150-200mm。基巖中,當(dāng)孔壁穩(wěn)定或溶洞充填物較少時(shí),可不設(shè)置過濾器,鉆孔直徑不小于91mm。
(2)分層抽水時(shí)要確保止水效果,管外水位在兩小時(shí)內(nèi)變化小于0.1m。
(3)根據(jù)地鐵結(jié)構(gòu)的標(biāo)高確定抽水試驗(yàn)孔的深度,一般鉆至地鐵結(jié)構(gòu)底板以下4m。
當(dāng)?shù)叵滤疄闈撍畷r(shí),最大降深水位宜接近含水層厚度(完整孔)或過濾器長(zhǎng)度(非完整孔)的1/2深度處;承壓含水層最大降深不宜低于含水層頂板。
抽水試驗(yàn)進(jìn)行三次抽水降深。根據(jù)砂層和填礫料的易移動(dòng)和容易堵死過濾管的特點(diǎn),降深順序采取由小到大進(jìn)行,按1/3S3、2/3S3和S3(S3為最大降深)的降深差進(jìn)行。為基巖裂隙水的降深順序采取由大到小進(jìn)行。當(dāng)抽水孔的出水量較小或出水量已達(dá)到極限時(shí),水位降深次數(shù)可適當(dāng)減少,但不得少于2次。
當(dāng)抽水試驗(yàn)孔深度范圍內(nèi)有兩個(gè)以上含水層時(shí),應(yīng)分層量測(cè)靜止水位。觀測(cè)下一層水位時(shí),應(yīng)下置套管封閉上一含水層的地下水。通常為每小時(shí)測(cè)定一次,三次所測(cè)的水位相同或4h水位差不超過2cm,即為靜止水位。
在抽水穩(wěn)定延續(xù)時(shí)段內(nèi),水位波動(dòng)值不超過水位降低值的1%;涌水量波動(dòng)值不超過正常流量的5%。抽水過程中的水位和涌水量歷時(shí)曲線不能有逐漸增大或減少趨勢(shì)。
抽水試驗(yàn)的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間要求不小于8h。
當(dāng)采用堰箱或孔板流量計(jì)時(shí),水位測(cè)量應(yīng)讀到毫米;當(dāng)采用容積法時(shí),量桶充滿水的時(shí)間不宜少于15s;當(dāng)采用水表時(shí),讀數(shù)精確到0.001m3。
采用指針式電流表和單極探頭進(jìn)行水位觀測(cè),讀數(shù)到cm。抽水孔的恢復(fù)水位觀測(cè)時(shí)間在每次降深完成后即進(jìn)行觀測(cè),時(shí)間延續(xù)≥8h。
根據(jù)抽水試驗(yàn)所取得的有關(guān)數(shù)據(jù),依據(jù)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50027-2001)及引用《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)的相關(guān)內(nèi)容,本場(chǎng)地水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算公式選擇如下:
1)穩(wěn)定流潛水完整井:
2)穩(wěn)定流承壓水完整井:
3)計(jì)算結(jié)果
根據(jù)本車站3個(gè)抽水孔不同降深的有關(guān)參數(shù)計(jì)算,各典型土、巖層滲透系數(shù)k和影響半徑R見表1所示。
抽水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表
1、正常抽水時(shí),S-t和Q-t曲線在抽水初期表現(xiàn)為水位下降和出水量較大,且不穩(wěn)定;隨著抽水的進(jìn)行,水曲線位、流量逐漸趨向穩(wěn)定狀態(tài),呈現(xiàn)水位、流量?jī)汕€平行。
2、Q-S曲線呈拋物線型,符合潛水與承壓水抽水試驗(yàn)特征,表明采用的試驗(yàn)方法適合本站點(diǎn)地層。
3、炭質(zhì)灰?guī)r及裂隙不發(fā)育灰?guī)r的滲透系數(shù)一般較小,含溶洞的微風(fēng)化灰?guī)r和砂層的滲透系數(shù)一般較大;粗礫砂層含水量豐富,滲透性強(qiáng),影響半徑大;灰?guī)r含水量與其自身結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、裂隙、巖溶發(fā)育情況密切相關(guān)。
4、淺層地下水非常豐富,涌水量大,將給基坑施工帶來較大困難。下伏基巖總體上透水性和富水性較弱,但遇溶洞部位地下水較豐富,在揭穿巖溶頂板時(shí),瞬間水量可能較大。
抽水試驗(yàn)在水文地質(zhì)試驗(yàn)中應(yīng)用非常廣泛,但要取得符合實(shí)際地質(zhì)條件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)卻十分困難,因此如何選取合理可行的抽水試驗(yàn)方法尤為重要。廣州地鐵九號(hào)線馬鞍山站勘察抽水試驗(yàn)方法科學(xué)合理,并在具體試驗(yàn)過程中嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程操作,為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)提供了真實(shí)可靠的水文地質(zhì)參數(shù),減少或降低了基坑施工風(fēng)險(xiǎn)。