緬甸蒂洛瓦地區(qū)抽水試驗效果分析

牛建光，肖雄丙

(中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300220)

引言

在地下水儲存豐富的地區(qū)，人類進行工程活動時，經(jīng)常會發(fā)生由于地下水作用而引發(fā)的巖土工程問題。為保證工程安全，在前期的地質(zhì)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(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，為建筑設(shè)計提供水文地質(zhì)資料[1]。

測定巖土層的滲透系數(shù)可以通過野外現(xiàn)場測定或室內(nèi)試驗兩種手段，室內(nèi)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(shù)；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(qū)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(qū)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(xiàn)場抽水試驗和室內(nèi)滲透試驗綜合分析，求取該地區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)，為基坑降水方案設(shè)計施工提供水文地質(zhì)依據(jù)。

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(zhì)演化歷史上既具有發(fā)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(xiàn)出明顯的分帶性，從而使緬甸在地層與構(gòu)造上具有明顯的分區(qū)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(qū)，地處仰光河?xùn)|岸，距離河流入海口約30 km。

1.2 水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)勘察結(jié)果表明，本場地鉆探深度內(nèi)土層分布較有規(guī)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(zhì)粘土、②3粘土；

4）上更新世陸相沖積層：③1粘土、③2粉質(zhì)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(nèi)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(nèi)的地下水資料，該承壓水含水層厚度大于100 m。

2 現(xiàn)場抽水試驗

試驗過程中各環(huán)節(jié)的標準應(yīng)滿足《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)程》（SL 320-2005）的規(guī)定[4]。

2.1 抽水試驗前穩(wěn)定水位觀測

正式抽水試驗前，進行靜止水位觀測，直至穩(wěn)定，本次試驗過程中同步觀測仰光河河水水位變化。繪制穩(wěn)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(qū)的承壓水水位處于變動狀態(tài)，原因為受仰光河規(guī)律性潮汐變化影響明顯，故測得的承壓水水位為規(guī)律性變化狀態(tài)，處于一定的范圍內(nèi)。

圖1 C1、G1、G2 水位與潮位變化曲線

2.2 抽水試驗中的數(shù)據(jù)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(wěn)定標準。

通過現(xiàn)場抽水過程中各數(shù)據(jù)的觀測記錄、資料整理，結(jié)合參數(shù)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(jié)果的影響，同步進行場地內(nèi)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(fēng)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(qū)的試驗結(jié)果影響不大。

2.4 恢復(fù)水位觀測

抽水結(jié)束后，根據(jù)《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)程》（SL 320-2005）的規(guī)定進行恢復(fù)水位觀測[4]?；謴?fù)水位穩(wěn)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(xiàn)場抽水過程恢復(fù)水位觀測數(shù)據(jù)、資料整理，結(jié)合參數(shù)計算需要，編制了抽水井C1 恢復(fù)水位曲線，詳見圖5。

圖5 抽水井C1 恢復(fù)水位曲線

2.5 原狀砂樣采取

為了方便對比現(xiàn)場抽水試驗與室內(nèi)滲透試驗的試驗結(jié)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(nèi)滲透試驗，試驗結(jié)果見表2。

3 試驗數(shù)據(jù)分析

受潮汐影響，觀測孔的水頭達不到規(guī)范要求的穩(wěn)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(guī)范計算公式所要求的條件。

3.1 滲透系數(shù)（K）參數(shù)計算

根據(jù)本場地承壓水特點，選取《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)程》（SL320-2005）規(guī)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(shù)為：

Q——抽水井穩(wěn)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(yīng)的流量值分別帶入公式①，計算的滲透系數(shù)（K）結(jié)果詳見表1。

承壓水多孔非完整井公式：

非穩(wěn)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(guān)系曲線上拐點處的斜率計算滲透系數(shù)，選用公式如下[4]：

mi——S-lgt 關(guān)系曲線上拐點處的斜率。

3.2 影響半徑（R）參數(shù)計算

依據(jù)《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)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(shù)值帶入公式④，影響半徑（R）計算結(jié)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(shù)（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(shù)值帶入公式⑤，影響半徑（R）計算結(jié)果詳見表1。

3.3 計算結(jié)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(shù)據(jù)分別帶入公式①～⑤，計算的滲透系數(shù)和影響半徑結(jié)果詳見表1。

表1 抽水試驗計算結(jié)果表

依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)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(shù)，因此采用承壓水多孔抽水結(jié)果來進行含水層的滲透系數(shù)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(jié)果作為含水層的滲透系數(shù)。

將原狀砂樣的室內(nèi)滲透試驗結(jié)果整理詳見表2。

表2 室內(nèi)試驗結(jié)果表

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

1）室內(nèi)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(xiàn)場采取原狀土樣運輸?shù)綄嶒炇疫M行室內(nèi)滲透試驗，在原狀土樣的采取、搬運、制備各個環(huán)節(jié)中均不可避免地會產(chǎn)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(xiàn)場原狀土樣的特性[6]。

3）室內(nèi)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(nèi)試驗相比，現(xiàn)場抽水試驗?zāi)軌蚋玫胤从惩馏w的實際情況，因此所得到的試驗結(jié)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(nèi)試驗結(jié)果可知，承壓水水位受仰光河規(guī)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(nèi)規(guī)律性變化狀態(tài)。建議本工程承壓水的滲透系數(shù)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(jié)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(yīng)用

根據(jù)水文地質(zhì)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(dǎo)致承壓水水頭對基坑底板沖潰突涌現(xiàn)象，突涌形式可能為：

①基底涌突；

②基底發(fā)生流砂現(xiàn)象；

③基底發(fā)生似“沸騰”的噴水冒砂現(xiàn)象。

本場地基坑底是否會發(fā)生沖潰突涌現(xiàn)象，將由下列方法驗算，依據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)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(nèi)外水力聯(lián)系時，承壓水作用下的坑底突涌穩(wěn)定性應(yīng)符合下式[7-8]：

經(jīng)計算，當D≥15.9 m 時，基坑不產(chǎn)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(fēng)險。

基坑開挖前，應(yīng)根據(jù)含水層厚度和滲透系數(shù)確定基坑涌水量與降水井數(shù)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(jié)，以便減少施工難度。施工期間，需保證供電連續(xù)，防止基坑開挖過程中停電，可能引起承壓水水頭上升導(dǎo)致坑底隆起破壞。應(yīng)考慮施工期內(nèi)可能遭遇的最高承壓水水頭，若施工期內(nèi)遇雨季、風(fēng)暴潮等，應(yīng)考慮潮位抬升對承壓水水頭的影響，采取相應(yīng)的降壓措施。

5 結(jié)語

1）本場地臨近仰光河，承壓水水頭變化與潮位關(guān)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(cè)，低潮時承壓水由陸側(cè)流向仰光河。

2）受潮汐影響，觀測孔的水頭達不到規(guī)范要求的穩(wěn)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(guī)范計算公式所要求的條件[4,9]。

3）與室內(nèi)試驗相比，現(xiàn)場抽水試驗有著無可比擬的優(yōu)點，能夠更好地反映土體的實際情況，因此所得到的試驗結(jié)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(fēng)險，基坑開挖時需要注意上覆土層厚度。

5）基坑開挖前，應(yīng)根據(jù)滲透系數(shù)確定基坑涌水量與降水井數(shù)量，以保證基坑開挖的安全。應(yīng)考慮施工期內(nèi)可能遭遇的最高承壓水水頭，若施工期內(nèi)遇雨季、風(fēng)暴潮等，應(yīng)考慮潮位抬升對承壓水水頭的影響，采取相應(yīng)的降壓措施。

6）通過本次抽水試驗，評價場區(qū)水文地質(zhì)條件，為基坑降水方案設(shè)計施工提供水文地質(zhì)依據(jù)，具有較好的經(jīng)濟效益[10]。