劉海兵

(華北地質(zhì)勘查局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

現(xiàn)在高層建筑越來越多，使得地下或深基坑工程施工越來越多，尤其在高層海景建筑基坑開挖時，由于地下水埋藏較淺，水量較大，為了防止地下水作用而引起的滲流、流砂、管涌、坑底隆起、邊坡滑塌以及坑外地層過度變形，保證施工過程中處于疏干和穩(wěn)態(tài)的工作條件下進(jìn)行開挖，必須做好對地下水的控制工作，因此在基坑設(shè)計(jì)前，應(yīng)做好水文地質(zhì)勘察工作，查明場地的水文地質(zhì)條件，確定基坑設(shè)計(jì)所用到的水文地質(zhì)參數(shù)，如:地下水位、含水層滲透系數(shù)及給水度，其中尤以滲透系數(shù)為基坑設(shè)計(jì)里最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，它關(guān)系到基坑降水能否滿足施工要求。

1 滲透系數(shù)的測定方法

在工業(yè)與民用建筑工程中，常用的測定滲透系數(shù)的方法有室內(nèi)試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)兩種，優(yōu)缺點(diǎn)如下:

室內(nèi)試驗(yàn)具有設(shè)備簡單、費(fèi)用低的特點(diǎn)，但由于取樣的擾動和土樣尺寸、方向及脫離天然環(huán)境的局限性，使得測得的滲透系數(shù)與土的實(shí)際滲透系數(shù)有所偏差，測出的滲透系數(shù)往往不能很好地反映土體的實(shí)際滲透性。

抽水試驗(yàn)測得的結(jié)果為整個滲流區(qū)較大范圍內(nèi)土體滲透系數(shù)的平均值，更能貼近實(shí)際情況。抽水試驗(yàn)主要分單孔抽水試驗(yàn)和多孔抽水試驗(yàn)。

單孔抽水試驗(yàn)由于無專門水位觀測孔，只能用經(jīng)驗(yàn)公式及試算法求影響半徑，使單孔抽水試驗(yàn)資料所求得的水文地質(zhì)參數(shù)精度較差，其使用價值亦因此受到局限。

多孔抽水試驗(yàn)可以求得較為確切的水文地質(zhì)參數(shù)和含水層不同方向的滲透性能及邊界條件，對于掌握地下水的分布規(guī)律具有良好的效果。

因滲透系數(shù)直接關(guān)系到制定有效排水方案，其精度顯得尤為重要，因此在工程勘察中，取得較準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)對于海景高層建筑基坑開挖參數(shù)的確定尤為重要，降水關(guān)系到基坑開挖安全和施工成本，多孔抽水試驗(yàn)較室內(nèi)滲透試驗(yàn)、單孔抽水試驗(yàn)具有精確地測定滲透系數(shù)、影響半徑和下降漏斗形狀，還能確定含水層間的水力聯(lián)系等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了室內(nèi)滲透試驗(yàn)及單孔抽水試驗(yàn)的局限性，在工程勘察中對確定降排水方案具有重要意義。

2 多孔抽水試驗(yàn)工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

金夢海灣X 號位于秦皇島市海港區(qū)，東南距渤海約300 m，東距湯河入海口1 200 m，由地上32 層地下2 層住宅樓及地下2 層地下車庫組成，地下室基礎(chǔ)埋深9.0 m。

2.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

場地為海岸帶，地貌單一，地勢平坦。據(jù)地質(zhì)勘探揭露，巖土層名稱及厚度為:①雜填土():層厚0.30 m～2.60 m;②中砂(Qm4):層厚0.70 m～4.60 m;③強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖(Ar):層厚12.90 m～32.30 m;④中等風(fēng)化混合花崗巖(Ar):厚度未穿透。

地下水為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，第四系孔隙潛水含水層主要為砂性土，屬富水強(qiáng)透水層;基巖孔隙裂隙水含水層主要為強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，屬弱富水弱透水層，局部破碎帶或巖脈賦存構(gòu)造裂隙脈狀水，含水層具統(tǒng)一的地下水位。地下水主要補(bǔ)給源為大氣降水的垂直補(bǔ)給及側(cè)向滲透越流補(bǔ)給，并以蒸發(fā)和側(cè)向滲透方式排泄，水位變化與潮汐影響關(guān)系密切。

場地緊鄰湯河入?？诩安澈＃瑴?、渤海與地下水有明顯的潮汐水力聯(lián)系，水補(bǔ)給豐富。實(shí)測鉆孔內(nèi)靜止水位埋深0.70 m～2.70 m，水位標(biāo)高變化在1.27 m～1.36 m 之間。

2.3 野外工作方法

多孔抽水試驗(yàn)即在一個主孔抽水，其周圍設(shè)置若干觀測孔觀測地下水位的抽水試驗(yàn)。根據(jù)場地水文地質(zhì)條件，為取得②和③含水層的綜合滲透系數(shù)，采用帶2 個觀測孔的潛水非完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)方法。在場地布置1 眼抽水井C1 和2 眼觀測井G1及G2，成孔直徑550 mm，孔中間安裝外徑380 mm 的無砂混凝土井管，內(nèi)徑295 mm，濾料為粒徑2 mm～4 mm 礫石，抽水井C1 井深14.5 m，觀測井G1 和G2 井深10.0 m。抽水試驗(yàn)自11月23日15 點(diǎn)35 分開始，11月27日18 點(diǎn)00 分結(jié)束。采用深井潛水泵抽水，第一次降深用1.5 kW 潛水泵抽水，第二次降深用0.75 kW 潛水泵抽水，待抽水井和觀測井動水位穩(wěn)定時間滿足規(guī)范要求后，進(jìn)行水位恢復(fù)至初始水位。多孔抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)計(jì)算模型如圖1 所示。

2.4 試驗(yàn)成果

通過野外試驗(yàn)工作，獲得抽水試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 抽水試驗(yàn)成果一覽表

抽水試驗(yàn)的計(jì)算模型為帶2 個觀測井的潛水非完整井，含水層為非均質(zhì)層狀含水層，第一層含水層為第②層中砂，含水層厚度為2.753 m，第二層含水層為第③層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，含水層厚度為24.747 m，由于第④層中風(fēng)化混合花崗巖裂隙較少且含水量也較少，可視為相對隔水層。

根據(jù)場地水文地質(zhì)條件及模型邊界條件，計(jì)算方法如下:

補(bǔ)給半徑R 的計(jì)算:

式(1)引自YS 5215—2000，J 103—2001 抽水試驗(yàn)規(guī)程。

圖1 多孔抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)計(jì)算模型

根據(jù)S—lgr 曲線圖解法確定補(bǔ)給半徑R，詳見圖2。滲透系數(shù)K 的計(jì)算:

圖2 S—lgr 關(guān)系曲線圖

式(2)引自《水利水電工程地質(zhì)手冊》中的納斯別爾格公式。

式(3)引自《水利水電工程地質(zhì)手冊》中的斯卡巴拉諾維奇公式。

經(jīng)資料整理獲得場地補(bǔ)給半徑和含水層的綜合滲透系數(shù)見表2。

表2 補(bǔ)給半徑(R)和滲透系數(shù)(K)計(jì)算一覽表

2.5 結(jié)果評述

野外抽水試驗(yàn)過程中通過編制Q，S—t 過程曲線圖表，用以指導(dǎo)并檢查試驗(yàn)情況，野外試驗(yàn)過程滿足規(guī)范要求。

通過對試驗(yàn)結(jié)果的整理，Q=f(S)關(guān)系曲線圖形態(tài)為過原點(diǎn)的曲線(詳見圖3)，曲線代表含水層的滲透性、補(bǔ)給條件好，出水量大的抽水試驗(yàn)曲線，屬正常曲線，符合實(shí)際情況，通過后期基坑降水追蹤走訪，滲透系數(shù)取其平均值作為參數(shù)值是可靠的，試驗(yàn)結(jié)果是合理的。

圖3 Q=f（S）關(guān)系曲線圖

3 結(jié)語

對于高層海景建筑勘察中滲透系數(shù)的獲得，多孔抽水試驗(yàn)在實(shí)踐中獲得了良好的效果，對于有效制定降排水方案起到了至關(guān)重要的作用，在工程實(shí)踐中得到了普遍推廣。

［1］《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊［M］.第4 版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院.水利水電工程地質(zhì)手冊［M］.北京:水利電力出版社，1985.

［3］YS 5215—2000，J 103—2001，抽水試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［4］GB 50021—2011，巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)［S］.