輸水干渠高地水位渠段土方開挖降水方法試驗方案

1、輸水干渠高地下水位渠段土方開挖降水方法研究的試驗大綱一、試驗項目的提出哈達山水利樞紐工程輸水干渠樁號32公路以下渠段，渠道挖深一般68米，最大挖深15米，地下水位一般高于渠底23.5米，最高達5.5米，渠床土質(zhì)滲透系數(shù)設計指標為：黃土狀壤土731.51105cm/s，極細砂761.2104cm/s、壤土921.15105cm/s。樁號47公里試驗段現(xiàn)場測試指標為：黃土狀壤土739.3105cm/s，極細砂76為6.75.7104cm/s，較室內(nèi)試驗成果大。樁號47公里試驗段地下水位高于設計渠道3.2米，從目前的明排水施工試驗情況看，初步認為：該類土質(zhì)渠道，地下水位高于渠底2米左右以下時，采用明

2、排降（地下）水方法，在采取相應的施工措施和完善施工機械設備及施工方法后，還是可行的。而對地下水高于渠底2米以上渠段，根據(jù)2008年12月初有關專家的咨詢意見，水下土方開挖及護坡工程若要實現(xiàn)干地施工只適宜采用深井降水方案，且降水一般為間歇性抽水。為此，必須進行現(xiàn)場試驗，以便確認方案的可行性和相關技術、經(jīng)濟參數(shù)。二、降水方法試驗研究的思路 結合該工程實際情況，進行深井降水方案試驗的基本思路是：根據(jù)高地下水位渠段含水層土質(zhì)情況確定抽水試驗井井深，并結合輸水干渠設計斷面布置群井；進行單井抽水試驗，揭示單井的降水特性；根據(jù)試驗結果和井流理論，反推確定降水試驗模型。通過群井抽水試驗檢驗模型的正確性，驗證相

3、應的干擾抽水流量，以及控制點達到設計降深的時間；初步計算出不同水文地質(zhì)條件下，降水井的井深、井距、超前降水時間、抽水設備等以及井徑等的合理方案；提出深挖方降水施工初步方案，為招投標及施工提供依據(jù)。三、試驗區(qū)抽水井及觀測井的布置 1 90 1010 10 10 2 8 10 10 10 I3 12 I181010102101 I2 10 10 10 15 圖1 抽水（觀測）井 觀測井 水躍觀測井 注：圖中尺寸以米計。 試驗區(qū)長度約170米，共布置抽水井7眼、觀測井13眼。試驗區(qū)井的布局結合渠道設計斷面。四、試驗井、觀測井的結構設計和施工要求（一）、抽水井、觀測孔的結構設計1、抽水井的結構如圖2所

4、示井 深井口地面砼管壁尼龍紗層纏絲層填礫層土孔壁10025010088圖2 抽水井結構示意 單位： mm圖中井管采用當?shù)卮蚓畯V泛使用的砼井管，其規(guī)格為內(nèi)徑250280，管壁厚40。管壁濾水孔直徑 ，孔距 ，孔隙率 ，每節(jié)長 ，管的外包濾網(wǎng)為60-80的尼龍紗，管周填礫為粒徑小于0.5-5mm，厚度100的礫石。纏絲為12號鐵絲，間隙為20。井底置第一層細砂層（或亞砂土層）與下伏粘土層的接觸面，井深40米左右。2、觀測孔分為砼井管觀測孔和PVC管觀測孔。砼井管觀測孔同抽水井結構，PVC管觀測孔結構如圖3所示。井 深井口地面 PVC管壁尼龍紗層纏絲層填礫層土孔壁10010044100圖3 PVC觀

5、測孔示意圖，單位：mm 圖中，塑料管為PVC管，內(nèi)徑100mm，管壁厚3-5mm；濾水孔直徑14，分布為沿管周梅花形排列，孔隙率10% ，管的外包濾網(wǎng)為80目尼龍紗，管周填礫為粒徑0.5mm-5mm ,厚度100mm的礫石，纏絲為14號鐵絲，間隙200mm。（二）、抽水井和觀測孔的施工施工工序為成孔下井管填濾料封井口洗井。1、成孔 確定抽水井成孔直徑560mm，觀測孔成井直徑為308mm，分別用當?shù)卮驒C井通用的反循環(huán)鉆機或反循環(huán)土鉆機施工，要求孔壁豎直，表面光滑，截面尺寸均勻。2、下井管下井管包括下管前的探孔、沖孔、換漿、井管接長、包濾網(wǎng)。（1）、探孔：為保證下管時所要求的垂直、圓滑、規(guī)則的孔

6、壁及所需的孔深，下管前都應進行探孔。探孔方法為異向器探孔。即用一根45米長的套管，兩端焊上兩個導向圈做成。異向圈的最大外徑比孔徑小約50毫米，外部鑲有合金片。把探孔器下入孔內(nèi)反復提拉，由導向圈削孔壁以消除阻力。若多次提拉阻力尚未消除，應重新進行掃孔。（2）、沖孔換漿：為了防止孔內(nèi)泥漿沉淀和保證下管深度，必須將孔內(nèi)含大量泥砂的稠泥漿全部換為新泥漿，以保證下管、填礫和洗井工作的順利進行。沖孔換漿一般在下管前進行。當擴孔結束后，利用擴孔鉆具將稀泥漿壓入孔底，由下而上將井里稠泥漿逐漸頂替換?。ɑ蛉繐Q成清水）。（3）、井管接長和包裹濾網(wǎng)。對下井管要求每節(jié)井管連結牢固，水平方向管位居中，垂直方向管線鉛直

7、；對包裹濾網(wǎng)，要求濾網(wǎng)材料一律使用80目的正品尼龍紗，且包裹緊密，纏絲緊，間隙均勻。3、填濾料濾料應選用粒徑5mm，且符合當?shù)禺a(chǎn)濾料的標準級配的堅硬砂礫石。濾料投放應沿井壁外側(cè)從里向外均勻投放，且要監(jiān)測記錄不同高程管段的投放量，以評價填礫層的實際密度。填濾料的質(zhì)量要求（1）、礫料的形狀應以均質(zhì)近圓形為宜；（2）、礫料最好采用石英砂巖的礫石，嚴禁采用爐渣、碎磚、瓦塊等宜溶物質(zhì)。礫料運至現(xiàn)場后，要過篩、沖洗，剔除雜質(zhì)、土和不合規(guī)格的礫石；（3）、根據(jù)含水層（組）本身顆粒級配的情況，選擇相應的濾料規(guī)格。在均質(zhì)的砂層中，以含水層顆粒直徑d50-60(指篩分析時留在篩上的顆粒重量為5060時的篩孔直徑)

8、的810倍作為濾料規(guī)格最適宜。在卵石、礫石含砂的含水層中，如均勻性較好時，可用d70-90的810倍作為填礫規(guī)格；如均勻性較差時，可采用d70-90的68倍。填濾料的方法：先沖后填法，在填濾料前進行徹底換漿，然后停泵進行填料?？蓮挠^測井口返水時的水頭形態(tài)，判斷投料有無堵塞。此方法簡單，適用于較穩(wěn)固的地層。填礫比較密實。4、封井口在井口用粘土沿井管周外填寬0.3m。深0.6m的粘土隔離帶并予以夯實。5、洗井洗井的質(zhì)量要求為：（1）、用不同工具反復洗井后，進行試驗抽水，最后兩次試驗抽水在相同水位下降時的單位涌水量之差不超過15；試驗抽水時的出水量，不應小于正式時的抽水量；（2）、抽水開始后十分鐘，

9、含砂量不超過1/10000,抽出的水要清。洗井方法：稠抽水洗井法，即利用空壓機振蕩洗井，即按送風停風再送風再停風的程序，上下移動風逐段沖洗。五、間歇抽水試驗大綱（一）、抽水試驗的目的和類型1、試驗目的（1）、確定抽水井的特性曲線和實際涌水量，評價含水層的富水性，推斷和計算井最大涌水量與單位涌水量；（2）、確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)，為評價地下水資源、預測基坑涌水量、確定基坑疏干排水方案提供依據(jù)；（3）、確定影響半徑、合理井距、降落漏斗的形態(tài)及其擴展情況；2、試驗類型（1）、多孔抽水試驗多孔抽水是在抽水井周圍配置一定數(shù)量的觀測孔，以便在抽水井抽水時，從觀測孔中可觀測到降落漏斗的形態(tài)合該擴展情況。（2

10、）、群井（干擾井）抽水試驗群井（干擾井）抽水由二個以上抽水井和配置一定數(shù)量的觀測孔組成。先對抽水井進行單孔抽水，其他各井同時進行水位觀測；然后抽水井同時抽水，觀測觀測孔的水位。（二）、試驗的方法與要求1、抽水方式為間歇抽水，間歇時間為兩小時。2、抽水井與觀測孔的布置原則（1）、觀測孔的布置方向沿渠頂?shù)缆贩较蚣按怪狈较?。?）、觀測孔的數(shù)量、每排觀測孔不少于3個、用非穩(wěn)定流方法，如利用Slgt關系整理抽水資料時，布一個觀測孔即可利用Slgr關系整理抽水資料時，觀測孔不宜少于3個。、在一條測線上，設置兩個水躍觀測孔，控制井到抽水井的距離不大于2米。、在一條測線上，設置兩個反映實測影響半徑的觀測孔。

11、（3）、觀測孔的距離、對潛水含水層，在下降漏斗曲面水力坡度小于0.25的范圍內(nèi)。、各觀測孔水位下降要明顯，最遠觀測孔水位下降應不小于10倍觀測誤差；相鄰兩觀測孔水位下降值的差應不小于0.1米；、用非穩(wěn)定流方法抽水，觀測孔的相互距離，在對數(shù)軸上需分配均勻（大致相等）。（4）、觀測孔的孔徑和深度、觀測孔的孔徑不宜小于50mm；、觀測孔過濾器長度取為觀測孔初始地下水位下的深度。沉淀管長度不小于2米。、觀測孔孔深深入控制下降水位3米，水躍觀測孔深度與抽水井埋深一致。3、試驗落程單井抽水試驗，一般進行三個落程的試驗。但對下列情況，可只作一個最大落程的試驗。（1）、水量不大（q0.1升/秒米）的含水層；（

12、2）、精度要求不高或研究價值不大的含水層；（3）、已掌握一定水文地質(zhì)資料的地區(qū)，布設一般勘探孔或輔助勘探孔抽水時；（4）、含水層補給量充沛、涌水量大，抽水設備最大抽降能力小于1米。進行三個落程抽水試驗時，最大降深S3對于潛水應等于1/3到1/2H（H為從含水層底板算起的水柱高度，不完整井為自孔底算起的水柱高度）；對于承壓水應盡可能降至含水層頂板，且S22 /3S3，S11/3S3。以上二個落程代替三個落程時，S11/3S3，S2由計算求得，以便控制QS曲線性狀，減少計算誤差。如達不到上述要求時，應盡機械的最大抽降能力，一般盡可能使動水位降低到考慮計算涌水量所采取的最大降低值。如單純?yōu)榱饲蟮盟?/p>

13、地質(zhì)參數(shù)，宜采用小降深抽水，以避免或減少抽水時產(chǎn)生的三維流的影響。各次落程的差值不少于1米。4、試驗延續(xù)時間和穩(wěn)定標準抽水試驗穩(wěn)定時間的長短，應根據(jù)勘察目的要求和水文地質(zhì)復雜程度而定。按穩(wěn)定流公式計算參數(shù)時，S和Q需保持相對穩(wěn)定數(shù)小時至數(shù)天，且最遠觀測孔水位穩(wěn)定時間不少于24小時；按非穩(wěn)定流公式計算參數(shù)時，非穩(wěn)定狀態(tài)延續(xù)至Slgt曲線呈直線延伸時，其水平投影在lgt軸的數(shù)值（單位為秒或分）不少于兩個對數(shù)周期。對抽水試驗的穩(wěn)定標準有如下要求：（1）、抽水過程中的水位和涌水量歷時曲線不能有逐漸增大或減少的趨勢；（2）、在穩(wěn)定時間段內(nèi)，主孔水位波動值不超過水位降低值的1；當降深小于10米時，水位波動

14、值不應超過35厘米（用空壓機抽水時，水位波動值不超過1020厘米）。觀測孔水位波動值不應超過23厘米；（3）、涌水量波動值不超過正常流量的5，當涌水量很小時，可適當放寬。5、水位、水量的觀測（1）、靜水位觀測一般地區(qū)，每小時測定一次，三次所測數(shù)字相同或4小時內(nèi)水位相差不超過2厘米，即為靜止水位；（2）、動水位及水量觀測抽水孔動水位，水量的觀測與觀測孔水位的測量工作需同時進行。較遠的觀測孔，可在開泵后延遲一段時間觀測。觀測孔較多時，可分組進行觀測。、按穩(wěn)定流公式計算參數(shù)時，抽水孔的觀測時間間距視穩(wěn)定情況而定。一般開泵后水位和水量波動較大，應每510分鐘觀測一次。然后，視穩(wěn)定程度，改為15分鐘或3

15、0分鐘觀測一次。、按非穩(wěn)定流計算參數(shù)時，抽水孔應保持出水量（或水位）為常量，若前后兩次觀測的流量變化超過5時，應即時調(diào)整。觀測時間主要應滿足于繪出計算用的各種曲線圖，特別是對數(shù)關系曲線。要求在開泵的頭1020分鐘內(nèi)，盡可能準確記錄較多的數(shù)據(jù)。一般觀測時間間距如下（分）：1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、10、10、20、20、20、30、30。（3）、水溫、氣溫的觀測一般每24小時觀測一次，并同時記錄地下水的其他物理性質(zhì)有無變化。（4）、恢復水位觀測抽水試驗結束或中途因故停泵，應進行恢復水位觀測。觀測時間間距，應按水位恢復速度確定。一般為1、3、5、10、15、30分鐘，直至完

16、全恢復。觀測精度的要求同靜止水位的觀測。6、試驗場地排水如果當?shù)貧鉁馗哂谒谋c溫度，根據(jù)地形坡度、含水層埋深、地下水流向和地表滲透性能等因素確定采用水泥砂漿襯砌的明溝排水，排水距離須大于120m，如果當?shù)貧鉁氐陀谒谋c溫度，采用埋暗管將水排入，距離抽水井50m的集水坑要求坑底和周圍側(cè)壁水泥砂漿抹面，然后在坑頂設溢流孔，再用暗管引入滲水井。排水時應使水流暢通，防止抽出的水滲入到抽水巖層中。（三）、抽水設備及試驗量測器具1、水泵：抽水量小于5m3/h，揚程大于50m。2、水表：家用水表，要求接口直徑2寸及連結件。3、水位計：具有自動數(shù)據(jù)采集和處理的水位計一臺，其它為土法制水位計。4、鐘表（包括

17、秒表）（四）、試驗方案與觀測工作計劃1、試驗場地的平面圖布置如圖：見圖1抽水試驗的類型定為多孔非穩(wěn)定流抽水試驗和群井（干擾井）非穩(wěn)定流抽水試驗。這兩種類型抽水試驗涉及的試驗方案如下：（1）、多孔非穩(wěn)定流抽水試驗、按1為抽水井的單井方案（渠道右案）三個落程，目的在于確定渠道右案的降水特性和水文地質(zhì)系數(shù)，工作量為進行三個落程的試驗測試。、按2井為抽水井的單井三個落程或一個落程的方案，目的在于確定渠道左半部土的降水特性和水文地質(zhì)參數(shù)，工作量為進行三個落程或一個落程的試驗測試量。2、群井（干擾井）非穩(wěn)定流的抽水試驗、按1、1、3為抽水井的三群井方案（一個落程），目的在于檢驗由單井試驗建立的井流模型和參

18、數(shù)的應用效果，以及為從理論上建立群井干擾井流類型提供實測的基本資料。、按1、3井為抽水井的雙井方案，目的在于從最簡單干擾因素出發(fā)建立干擾井的理論計算模型，工作量為進行一個落程的試驗測試量。、按1、2、3、2、1、2六群井的方案，目的在于檢驗理論井流計算模型和參數(shù)的應用效果，同時為本工程的井點設計方案評價提供可靠的實例依據(jù)。工作量為進行一個落程的試驗測試量。3、試驗方案組合的控制時段編號試驗任務時間1方案1三個落程與方案3一個落程組合的方案45天左右2方案1三個落程與方案2、3、4、5一個落程組合的方案70天3方案1、2三個落程與方案3、4、5一個落程組合的方案100天（五）、試驗資料整理1、現(xiàn)場資料整理（1）、繪制水位流量歷時曲線。（2）、繪制出水量與水位下降的關系曲線即QS曲線。2、室內(nèi)資料整理（1）、繪制抽水試驗綜合成果表、鉆孔地質(zhì)、水文地質(zhì)、施工技術柱狀圖、簡易水文觀測成果曲線；、Q，St 曲線；、QS曲線、抽水試驗成果表；、鉆孔平面位置圖；（2）、非穩(wěn)定流抽水試驗資料整理繪制水位下降與時間的對數(shù)關系曲線即Slgt曲線。根據(jù)曲線形狀，選擇計算參數(shù)的公式。如有若干個觀測孔時，可繪制Slgr曲線即觀測孔水位下降與抽水孔徑向距離的對數(shù)關系曲線。在雙對數(shù)紙上繪制水位降深和時間的曲線（lgSlgt曲線），用標