對(duì)《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》的幾點(diǎn)商榷

尚許雯，尚銀生

(1.山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032；2.山西省勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030013)

2017年3月實(shí)施的JGJ 111—2016《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》[1]，將原規(guī)范[2]適用范圍降水工程擴(kuò)展為地下水控制工程，增加了隔水帷幕、回灌、監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)和施工相關(guān)規(guī)定，對(duì)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了大量的合并、修改、補(bǔ)充和完善；明確了強(qiáng)制性條文“地下水控制工程不得惡化地下水水質(zhì)，導(dǎo)致水質(zhì)產(chǎn)生類別上的變化”。但其中個(gè)別基本概念、有關(guān)地下水滲流的部分計(jì)算公式仍有待商榷。

1 關(guān)于鉆孔注水試驗(yàn)滲透系數(shù)計(jì)算時(shí)利用的形狀系數(shù)

JGJ 111—2016推薦的鉆孔常水頭注水試驗(yàn)的滲透系數(shù)計(jì)算式為

(1)

式中，K—土的滲透系數(shù)，cm/s；Q—穩(wěn)定水流量，cm3/ s；F—形狀系數(shù)，cm；H—試驗(yàn)水頭，cm。

顯然，JGJ 111—2016附錄A簡(jiǎn)圖示意的水文地質(zhì)概念模型都屬于半無限厚含水層中的非完整井，含水層很厚，從而近似地忽略了隔水底板對(duì)水流的影響，因而在實(shí)際工程應(yīng)用中存在一定的局限性；否則，還應(yīng)考慮隔水底板的影響，將含水層作為有限厚來處理。

即便以半無限厚含水層來處理，根據(jù)滲流理論，以井底進(jìn)水、井底與井壁同時(shí)進(jìn)水的承壓水非完整井為例，其流量計(jì)算公式相應(yīng)為[3-6]：

Q=2πKrs

(2)

(3)

式中，r—井半徑，cm；s—水位降深，cm；其他符號(hào)意義同上。

同樣都是以達(dá)西定律為基礎(chǔ)，假定含水層半無限厚等推導(dǎo)而來，但井底進(jìn)水時(shí)兩者形狀系數(shù)差別較大；井壁進(jìn)水時(shí)兩者比較接近。因此，有必要探尋問題的根源及更為恰當(dāng)?shù)臐B透系數(shù)計(jì)算公式。

無論是井底進(jìn)水的潛水、承壓水含水層，還是井底、井壁同時(shí)進(jìn)水的潛水、承壓水含水層，它們都是半徑為r的鉆孔，形狀相同，進(jìn)水條件相同，似乎形狀系數(shù)應(yīng)該相同但卻不同。因?yàn)樗鼘?shí)際上包含了眾多試驗(yàn)條件。即利用同樣的公式[式(1)]，只是用不同的形狀系數(shù)，來反映不同的水力性質(zhì)——潛水或承壓水；來反映不同的進(jìn)水條件——井底進(jìn)水、井底與井壁同時(shí)進(jìn)水；來反映半無限厚含水層滲流特征，顯然有些簡(jiǎn)單化。何況，雖然稱之為形狀系數(shù)，但量綱卻是長(zhǎng)度，或者說，以長(zhǎng)度量綱反映形狀至少還不夠確切。因此，形狀系數(shù)不是一個(gè)恰當(dāng)?shù)男g(shù)語。SL 345—2007《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)其定義為反映鉆孔注水試驗(yàn)段邊界條件的參數(shù)，其中明顯包含了水文地質(zhì)信息?；蛟S，直接根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)滲流理論及水文地質(zhì)試驗(yàn)、數(shù)值模擬的利用，能夠得到更為適宜的、相應(yīng)水文地質(zhì)條件下的滲透系數(shù)計(jì)算公式。

2 關(guān)于井壁允許出水能力及單井出水能力

(1)JGJ 111—2016中5.3.7節(jié)規(guī)定管井過濾器長(zhǎng)度宜與含水層厚度一致。當(dāng)含水層較厚時(shí)，過濾器的長(zhǎng)度可按下式計(jì)算確定：

q=π·d·ne·v·l

(4)

該式利用的濾水管進(jìn)水流速是吉哈爾特經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)而計(jì)算單井出水量，而吉哈爾特經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)含水層巖性特征，來計(jì)算井壁進(jìn)水流速，并以此來確定單井出水能力。因此，式(4)不僅將(設(shè)計(jì))單井出水量與單井出水能力、也將濾水管進(jìn)水流速與井壁允許進(jìn)水流速混淆在一起。

(2) 附錄C.0.5中降水管井的單井出水能力按下式確定：

(5)

式中，r—過濾器半徑，m；k—土的滲透系數(shù)，m/d。

實(shí)踐教學(xué)是增強(qiáng)高校思想政治教育實(shí)效性的必要環(huán)節(jié)，閩東特色文化資源為高校實(shí)踐育人提供了豐富的物質(zhì)和精神素材。[8]把閩東特色文化資源融入實(shí)踐教學(xué)的主要方式有：

3 非完整井向完整井的轉(zhuǎn)化條件

JGJ 111—2016中條文解釋4.2.3節(jié)中提到：對(duì)于巨厚含水層，水位降深與含水層厚度相比較小時(shí)，可轉(zhuǎn)化為完整井計(jì)算。

在含水層很厚或埋藏較深的地區(qū)，由于受經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件限制或因含水層部分厚度就能滿足工程的要求，常采用非完整井開采地下水，或降低地下水水位。按過濾器在含水層中的進(jìn)水部位不同，非完整井分為井底進(jìn)水、井壁進(jìn)水、井壁和井底進(jìn)水三類。地下水流向非完整井的水流形式與完整井的水流形式不同，流向非完整井的地下水流為三維流，而且，當(dāng)其他條件相同時(shí)，非完整井的流量小于完整井的流量。再者，水量計(jì)算時(shí)必須考慮過濾器在含水層中的位置和頂?shù)装鍖?duì)水流狀態(tài)的影響，如果含水層很厚，則可以近似地忽略隔水底板對(duì)水流的影響，按半無限厚含水層來考慮，以半無限厚含水層中的非完整井、井壁進(jìn)水的潛水非完整井為例，

(6)

當(dāng)水位降深與含水層厚度相比較小時(shí)，它依然是一個(gè)不完整井井流計(jì)算公式，因?yàn)樵谶@個(gè)井壁進(jìn)水的潛水非完整井公式中，由于含水層很厚,利用的是過濾器長(zhǎng)度，未涉及含水層厚度。

當(dāng)水位降深與過濾器長(zhǎng)度相比較小時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為

(7)

式中，R—影響半徑。

4 關(guān)于非穩(wěn)定流狀態(tài)下的影響半徑

JGJ 111—2016中4.4.4條提出：降水影響半徑的確定可按下式計(jì)算：

(8)

非穩(wěn)定流理論中，無論是Theis公式還是Jacob公式，本身不包含影響半徑的概念，因此，理論上講，在無限延伸的無越流補(bǔ)給的含水層中是不存在影響半徑的。

將用于承壓水計(jì)算的Jacob簡(jiǎn)化式(式9)與穩(wěn)定流理論Dupuit公式(式10)作對(duì)比，即

(9)

(10)

將用于潛水水量計(jì)算的Jacob簡(jiǎn)化式(式11)與穩(wěn)定流理論Dupuit公式(式12)作對(duì)比，即

(11)

(12)

都可得出上述結(jié)論。然而對(duì)于非穩(wěn)定流理論，無論是Theis公式還是Jacob公式等，都可以直接計(jì)算任何位置、任何時(shí)間的降深，因而再計(jì)算所謂的影響半徑無任何意義。如JGJ 111—2016中式(E.0.1-1)、式(E.0.1-3)雖然沒有影響半徑這個(gè)參數(shù)，但已經(jīng)進(jìn)行了有關(guān)水位的預(yù)測(cè)。

5 其他

(1)JGJ 111—2016中2.2節(jié)符號(hào)中，T為導(dǎo)壓系數(shù)，應(yīng)為導(dǎo)水系數(shù)，而且似乎沒有必要在此列出，因?yàn)镴GJ 111—2016中并沒有直接利用該系數(shù)。

(2)式(C.0.3-1)、式(C.0.3-2)中常用對(duì)數(shù)應(yīng)為自然對(duì)數(shù)。

(3)條文解釋4.5.1節(jié)、4.5.2節(jié)中L3應(yīng)為L(zhǎng)4。

(5)式(E.0.2-1)、式(E.0.2-2)與表B.0.5中線狀基坑涌水量計(jì)算公式本質(zhì)相同，只不過前者根據(jù)水流連續(xù)性原理利用已知一個(gè)斷面的位置與水頭等來計(jì)算所求斷面的水位降深。因此，附錄E.0.2“條狀……”應(yīng)該為“線狀……”。

6 結(jié)論

由于地下水控制工程的復(fù)雜性及人工地基對(duì)水文地質(zhì)條件的改變，需要相應(yīng)的理論公式或經(jīng)驗(yàn)公式來盡可能正確地反映地下水滲流特征[8]，簡(jiǎn)單化的形狀系數(shù)難以響應(yīng)。當(dāng)有利用三維流理論解決問題的條件時(shí)，盡可能不利用平面二維流理論；當(dāng)有利用非穩(wěn)定流理論解決問題時(shí)，盡可能不利用穩(wěn)定流理論，并盡可能利用數(shù)值法。因而JGJ 111—2016應(yīng)包括相應(yīng)鼓勵(lì)性研究型條款。