抽水试验报告.docx
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抽水试验报告
南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南郑州2段
第三施工标段金水河抽水试验报告
第一章：
工程概述及试验目的
1.1工程概述
沙河南～黄河南郑州2段工程第三施工段设计桩号SH（3）190+688.1～SH（3）197+408.1，标段长度6.72km，标段内共有各种建筑物6座，其中：
河渠交叉建筑1座，左岸排水4座，节制闸1座。
金水河渠道倒虹吸属于郑州2段内的河渠交叉建筑物，工程位于郑州市二七区齐里阎乡黄冈寺村西约300m处。
金水河渠道倒虹吸主要建筑物由进口至出口依次为：
进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口节制闸和出口渐变段组成。
渠道倒虹吸进口渐变段起点桩号为总干渠SH（3）195+721.2，出口渐变段终点桩号SH（3）196+085.2，建筑物总长364m，其中倒虹吸管身段长195m。
倒虹吸设计流量295m3/s，加大流量355m3/s，倒虹吸管身横向为4孔箱形钢筋混凝土结构，单孔尺寸7m×6.75m（宽×高）。
本次抽水试验地段为金水河渠道倒虹吸段。
1.2本次抽水试验的目的
（1）通过抽水试验施工，选取合适的井型结构等有关抽水井的参数。
（2）通过抽水试验了解含水层富水性、查明含水层的地层结构、复核含水层的渗透系数。
获取本地段综合地层渗透系数K，影响半径R等。
（3）确定单井出水量，预测基坑降水的实际涌水量，并根据涌水量和降深之间的关系选择合适的基坑降排水方案及降水深度及井间距。
本次抽水试验依据的主要规程规范：
《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）；
《水利水电工程钻孔抽水试验规范》（SL320－2005）；
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）
《南水北调中线一期工程郑州2段第三施工段设计招标图集》
第二章：
试验场地工程工程地质及水文地质条件
2.1气象水文
试验段段属温带大陆季风型气候区，夏秋两季受太平洋副热带高压控制，多东南风，炎热多雨，冬春两季受西伯利亚和蒙古高压控制，盛行西北风，干燥少雨。
段内多年平均气温14.4℃，全年1月份温度最低，平均气温0.1℃；月平均最低气温－4.3℃，极端最低气温－16.3℃；7月份气温最高，月平均气温27℃，月平均最高气温32.1℃，极端最高气温42.3℃。
最早地面稳定冻结初日在12月13日，终日2月14日，历年最大冻土深度27cm。
霜冻最早为10月10日，终日最晚为4月26日。
本渠段多年平均降雨量632.3mm，多年平均降水日数79.9d。
降水年内分布很不均匀，年际变化大，70%～80%集中在汛期，夏季受东南季风影响，雨量集中，且多暴雨，年降水量从山区到平原呈递减的趋势。
标段内总干渠沿线交叉河流的河道特征随着集流面积和地形、地貌的变化各有不同，集流面积大于20km2的有1条，河道洪水受降雨影响较大，且洪水历时较短，在枯水期径流较小。
各河道施工期设计洪水见表。
河道施工洪水（汛期）成果表
序号
河道名称
建筑物型式
设计洪峰流量（m3/s）
设计洪峰流量对应天然水位（m）
5%
10%
20%
5%
10%
20%
1
金水河
渠倒虹
363
278
200
124.07
123.74
123.42
河道施工洪水（非汛期10月~5月）成果表
序号
河道名称
建筑物型式
设计洪峰流量（m3/s）
设计洪峰流量对应天然水位（m）
5%
10%
20%
5%
10%
20%
1
金水河
渠倒虹
22.0
12.0
4.5
121.79
121.46
121.22
2.2场地工程地质条件
建筑物场区为河谷地貌形态，河谷呈“U”形，两岸地面高层126.5～132m左右，岸坡较陡。
河床宽度25～45m，河底高程121.0～121.36m，旱季无水；漫滩两岸均有发育，宽10～50m，地面高程122.0～123.1m。
区内东部发育一冲沟，东西走向，长320m，宽10～30m，由东向西逐渐变宽，会于金水河的出口处开阔。
沟底高程122.4m，沟顶高程133.27m，最大沟深10.9m。
沟内发育有崩塌体。
4
根据工程勘察资料，场区地层划分为6个工程地质单元分别为：
①砂壤土（alQ42），最大厚度5.0m，土质不均，顶部有0.4m厚的灰色粉煤灰，呈松散状，距地表0.4～0.8m有褐黄色中粉质壤土夹层；②砾石（alQ41），厚度1.3～1.5m，松散，局部泥质微胶结；③黄土状轻粉质壤土（dlplQ3），一般厚2.3～3.5m，土质较均匀，垂直节理发育，分布于右岸表层；④黄土状砂壤土（dlplQ3），厚度2.0～11.0m，垂直节理发育，岩性不均，局部夹壤土，分布于两岸；⑤黄土状轻粉质粘土（dlplQ3），厚度4.0～15.6m，土质不均，局部夹有中砂薄层和粉细砂薄层；⑥中粉质壤土（dlplQ2）未揭穿，钻孔揭露最大厚度13.0m。
场区地震动峰值加速度0.10g，相当于地震基本烈度Ⅶ度。
场地地下水为第四系孔隙潜水，主要赋存在河槽冲击砾石（alQ41）层和上更新统黄土状轻粉质壤土（dlplQ3）层中，特别是砾石厚度1.3～1.5m，松散结构，构成本区富水层，而中粉质壤土（dlplQ2）为相对隔水层。
勘察期间所测潜水位高程116.04～117.83m。
场区砾石（alQ41）属强透水性；中粉质壤土（dlplQ2）属微透水性；其余各层均属中等透水层。
场区地下水化学类型分别为HCO3-Ca-Mg型和HCO3-Ca型，对混凝土均无腐蚀性。
进口渐变段（含检修闸）：
渐变段基面和闸基建基面均位于第⑥层中粉质壤土（dlplQ2）层中，其承载力标准值为180kpa。
该段地下水位116.04～116.23m，高出开挖基坑约3～8m。
倒虹吸管段：
建基面位于第⑤黄土状轻粉质粘土（dlplQ3）和第⑥中粉质壤土（dlplQ2）层中，其承载力标准值分别为150kpa、180kpa。
该段上部全新统地层为粘砾双层结构，第②层砾石（alQ41）层具强透水性，第⑤黄土状轻粉质粘土局部为砂壤土，为中等透水性。
基础建基面均处于地下水位以下，施工时应采取适当的排水措施。
出口渐变段与节制闸段：
节制闸段基建面位于第⑤黄土状轻粉质粘土（dlplQ3）和第⑥中粉质壤土（dlplQ2）层中，出口渐变段基建面位于位于第⑤黄土状轻粉质粘土底部，其承载力标准值分别为150kpa、180kpa。
该段地下水位117.83m，高出开挖基坑约5～7m。
2.3水文地质条件
场区属黄河冲洪积平原，钻孔揭露深度范围内地层为第四系松散层，岩性主要为黄土状壤土（Q3，Q4）、壤土（Q2）。
该段地下水含水层主要为第四系松散层孔隙含水层组。
含水层组主要由第四系黄土状轻壤土、砂壤土组成。
黄土状壤土层层渗透系数属弱中等透水性；壤土渗透系数，属微～弱透水性。
地下水位高于渠底板，渠道存在施工排水、渠道渗漏和边坡稳定问题。
地下水主要接受大气降水入渗、侧向迳流等方式补给，以蒸发、侧向迳流及人工开采的方式排泄；根据渠线资料，场区上部潜水水化学类型多为HCO3-Ca型，沿线环境水水质良好，对混凝土均没有腐蚀性。
第三章：
抽水试验设计与实施
3.1抽水井及观测井的设计与布置
根据工程要求及现场条件，在管身段桩号SH（3）195+863附近适当的位置，布置6眼抽水管井（见抽水试验井点平面布置图），进行多孔抽水试验。
6眼井根据试验的需要，在不同的阶段分别作为抽水孔或观测孔使用。
水井设计：
井深28m，井内径300mm，外径400mm,孔径550mm；过滤器采用混凝土滤水管，为非淹没式设计；滤料采用1.5～3机制砂。
试验井点平面布置示意图：
3.2施工完成情况
整个现场试验工作，自2009年11月11日人员进场，由于大雪天气，于2009年11月16日机械设备进场施工，至2009年11月20日完成全部外业工作量。
主要完成的工作量见下表：
抽水试验工作量统计表
项目
数量
项目
数量
水井
井数
（眼）
4+2
地下水位观测
（多孔稳定流抽水）
静水位（次）
3
抽水期间（h）
31
进尺
（m）
112+40
恢复水位（h）
16
地下水位观测
（非稳定流抽水）
抽水周期（h）
9.5
恢复水位（h）
12.5
河水观测
抽水前、抽水中（次）
5
3.3抽水试验的方法
采用多孔稳定流抽水试验与非稳定抽水试验。
多孔抽水试验：
在1个主井内抽水，在其周围设置2条观测线，5个观测孔观测地下水位。
通过多孔抽水试验可以求得较为确切的水文地质参数和含水层不同方向的渗透性能及边界条件等。
非稳定抽水试验：
选择1眼井进行定流量抽水，其它井作为观测孔，同时记录流量、降深与时间关系。
两种试验方法都是为了求得本地段综合含水层组的渗透系数k与影响半径R；通过对获取参数的分析与利用，并针对本地段地层分部情况，提出合理的降水施工方法和建议。
抽水设备采用电潜水泵，电源而采用发电机组发电，出水量测量采用三角堰；水位观测采用电测水位计。
抽水主井和观测孔的水位使用电测水位计量测，在量测前分别对各个观测尺进行了校核，现场由一名指挥人员专门负责计时和发布观测指令，抽水主井和观测孔的各次观测同一时间进行，基本消除了时间差的误差。
抽水试验分三个阶段进行。
第一阶段为对4#的试验性抽水；第二阶段采用3#进行抽水，2#、G1、1#、4#、G2作为观测孔，分三个落程进行相对稳定流抽水试验，第三次降深抽水稳定后，进行恢复水位观测；第三阶段使用3#进行非稳定抽水、2#、G1、1#、4#、G2作为观测孔，不等水位稳定停抽进行恢复水位观测。
抽水过程中对所有井进行观测，同时记录时间水位降深和出水量。
（1）静水位观测：
由于在抽水试验前期，现场已施工完成2眼井，施工人员进场后对其静止水位进行3次观测，水位比较稳定，即作为静止水位值。
（2）动水位、出水量观测
对抽水井、观测井水位的观测在正式抽水试验开始后第1、3、5、10、20、30、40、50、60分钟各观测一次，以后每隔30分钟观测一次，直到水位相对稳定。
（3）恢复水位观测
抽水试验结束或中途因故停泵，需进行恢复水位观测。
观测时间间距为：
1分、3分、5分、10分、20分、30分，以后每隔30分钟观测一次，直至完全恢复，观测精度要求同稳定水位的观测。
（4）稳定水位观测
要求每30分钟测定一次，4小时内水位相差不超过2cm，即为稳定水位，根据时间要求，本次观测为相对稳定。
（5）抽水试验现场资料整理
抽水过程中，及时进行了资料整理（抽水主井和观测井地下水历时曲线，Q—S曲线，S—t曲线和S—lgr曲线等），以便发现问题，及时解决。
（6）与抽水试验配合的其它观测工作
由于枯水季节，抽水试验井旁边的小河沟的水流量很小。
在抽水前、抽水中都进行了对其水位的观测，水位基本稳定。
同时河水位高出地下水位9m左右，所以，本次抽水试验不用考虑河水的补给影响。
3.4成井工艺
抽水井及观测井采用反循环施工工艺，清水钻进成孔，孔径Ф550，一径到底，滤水管内径300mm，填砾厚度100-150mm。
3.4.1抽水井成井工艺
施工工艺流程：
测放井位—钻机就位—钻孔—清孔换浆—井管安装—填砾—洗井—置泵试抽水—正常抽水试验。
3.4.2施工程序及技术质量要求：
（1）井位测放：
按照井位设计平面图，根据现场要求控制座标测放井位；
（2）钻机就位：
平稳牢固，勾头、磨盘、孔位三对中；
（3）钻孔：
采取反循环成孔。
钻进过程中，垂直度控制在1%以内，钻进至设计深度后方可终孔；
（4）清孔：
终孔后应及时进行清孔,确保井管到预定位置；
（5）下井管：
采用水泥混凝土管。
管底用井托密封。
井管要求下在井孔中央。
管顶应外露出地面30cm左右；
（6）成孔后填砾料，用塑料布封住管口。
填砾时应用铁锹铲砾均匀抛撒在井管四周，保证填砾均匀，密实。
（7）洗井：
填砾和粘土结束，应立即洗井。
可采用大泵量的潜水泵进行洗井。
洗井要求破坏孔壁泥皮，洗通四周的渗透层；
（8）置泵抽水：
洗井抽出的水浑浊含砂，应沉淀排放，当井出清水后，进行抽水泵安装，以待抽水试验。
3.5抽水试验进行情况
整个抽水试验过程分三个阶段进行。
3.5.1第一阶段（试验性抽水）
当第一眼井（4#）完成后，采用5.5KW泵对其洗井，同时作为抽水试验前的试验性抽水。
利用现场已经存在的G1、G2作为观测孔，对其进行非稳定抽水试验观测。
本试验性抽水从11月16日17:
00分开始；至11月16日22:
30分停止抽水。
停抽后，进行了水位恢复观测，观测时间为11月16日22:
30分～11月17日7:
00分。
试验性抽水试验基本数据见下表：
非稳定流抽水试验
井号
用途
孔口标高（m）
到抽水井距离（m）
静水位埋深（m）
水位降深（m）
出水量（m3/d）
4#
抽水井
122.743
15.105
542.424
G1
观测井
122.401
14
10.55
1.11
G2
观测井
123.105
16.3
10.50
1.07
3.5.2第二阶段（多孔稳定流抽水试验）
采用3#进行抽水，1#、2#、4#、观1、观2作为观测孔，分三个落程进行相对稳定流抽水试验。
试验时间为11月18日10:
00分～11月18日17:
00分（第一落程）；11月18日17:
00分～11月19日7:
00分（第二落程）；11月19日7:
00分～11月19日15:
00分（第三降深）；第三落程后进行水位恢复观测。
每次落程降深分别为4.89、9.05和11.87m，出水量分别为10.62、13.824和16.34m3/h。
抽水试验基本数据见下表：
抽水井（3#）抽水试验基本数据表
项目
单位
降深次序
备注
1
2
3
静止水位埋深
m
11.05
静止水位高程
m
112.423
动水位埋深
m
15.94
20.14
22.97
动水位高程
m
96.483
92.283
89.453
抽水开始时间
d、h、min
11月18日10:
00
11月18日17:
00
11月19日7:
00
抽水结束时间
11月18号17:
00
11月19号7:
00
11月19号15:
00
抽水延续时间
h
9
14
8
降深（S）
m
4.89
9.09
11.87
流量（Q）
m3/h
10.62
13.824
16.34
单位涌水量（q）
m3/h·m
2.17
1.52
1.38
各观测井降深情况见下表：
各观测井降深情况表
抽水次序
3#
2#
G1-1
1#
4#
G2
第一级降深
4.89
0.63
0.295
0.055
0.385
0.305
第二级降深
9.09
0.92
0.48
0.15
0.615
0.495
第三级降深
11.87
1.06
0.57
0.175
0.745
0.6
3.5.3第三阶段（对G1井进行非稳定抽水）
11月20日6:
00分～11月20日10:
00分对G1井进行非稳定流抽水，停抽后随即进行恢复水位观测。
G1、G2为前期施工井，深度20m,其它井（1#、2#、3#、4#）深度为28m。
对其进行抽水，目的是①获得非稳定流观测数据，利用水位恢复数据计算相关水文参数；②通过对不同深度的井进行抽水，对其出水量的差别进行比较分析，进一步探求本地段20m～28m段地层的透水性，即本地段勘察资料中的第⑥层中粉质壤土层的透水性。
各观测井降深情况见下表：
G2非稳定流抽水试验
井号
用途
孔口标高（m）
静水位标高（m）
静水位埋深（m）
水位降深（m）
出水量（m3/d）
观2
抽水井
122.401
111.601
10.8
7.41
293.928
1#
观测井
123.105
112.065
11.04
0.135
2#
观测井
122.915
111.445
11.47
0.44
3#
观测井
123.437
112.347
11.09
0.31
4#
观测井
122.743
111.543
11.2
0.53
G2
观测井
122.315
111.545
10.77
0.42
第四章：
试验资料整理
4.1原始记录整理
将现场采集的每阶段数据进行了汇编，详见以下：
第一阶段：
抽水孔与观测孔的抽水及恢复的t-s记录；流量观测记录
第二阶段：
每个落程的水位观测记录、流量观测记录
第三阶段：
抽水孔与观测孔的抽水及恢复的t-s记录；流量观测记录
4.2资料整理
现场资料整理主要是绘制Q-s曲线、s-t曲线、s-lgr、△h2-lgt及h2-lg（1+tk/Tt）曲线，详见以下：
抽水试验成果表
第五章：
试验成果计算与分析
5.1计算模式说明
（1）试验过程中，不但对3#进行了3个落程的多孔稳定流抽水试验外，同时通过对4#（28m深）和G1（20m深、根据勘察资料孔底为含水层底板）两个不同深度的井分别进行了最大流量（泵下到底、掉泵）非稳定抽水，试验结果为：
4#（28m深）最大出水量为542.424m3/d、动水位最大孔深为25.755m；G1（20m深）最大出水量为392.928m3/d、动水位最大孔深为18.21m。
由此，粗略分析第⑥层中粉质壤土层具有一定的出水能力，单位出水量估算：
（542.424-392.928）/（25.755-18.21）=19.814m3/d•m。
（2）由于第⑥层中粉质壤土层的详细地质资料和深度表现没有查明，同时该层又具有一定的透水性，所以，其含水层深度按抽水井（井深28m）底部至现场实测静水位高程112m高差计算，含水层厚度＝112-（123-28）＝17m，采用潜水非完整井计算。
（3）本次水文参数的计算包括：
通过稳定流抽水试验获得渗透系数k与影响半径R；通过非稳定流抽水试验获得渗透系数k。
（4）在进行含水层参数计算时，尽量以观测孔的水位为主，故抽水主井内的水跃现象不会对渗透系数K和影响半径R的计算结果造成影响，基本保证计算结果的准确性。
5.2计算与分析
根据多孔稳定流抽水试验资料，及《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL320－2005）中6.2.2条的规定，采用规范中提供的附录B表B－2中的公式，按照潜水非完整井模式进行计算。
渗透系数K：
（公式A）
l”＝l0-0.5（S1+S2）
影响半径R：
（公式B）
以上公式中各个参数意义如下：
K——含水层渗透系数，m/d；
Q——管井涌水量，即抽水量，m3/d；
H——含水层的厚度，17.0m；
L0——静水位至井底深度，17.0m；
S1、S2——第一个观测井、第二个观测井水位降深，m；
r1、r2——第一个观测井、第二个观测井与抽水井的距离，m。
根据公式A、公式B计算结果如下：
渗透系数及影响半径计算结果表
抽水井降深（m）
观测井号
Q（m3/d）
r1（m）
S1（m）
r2（m）
S2（m）
l''
K（m/d）
R（m）
第一级
2#～G1
254.88
7.50
0.63
23.40
0.30
16.54
6.43
64.96
2#～1#
254.88
7.50
0.63
77.30
0.06
16.66
5.64
97.03
G1～1#
254.88
23.40
0.30
77.30
0.06
16.83
4.57
101.89
4#～G2
254.88
17.40
0.39
33.70
0.31
16.66
11.47
431.30
第二级
2#～G1
331.78
7.50
0.92
23.40
0.48
16.30
6.43
83.85
2#～1#
331.78
7.50
0.92
77.30
0.15
16.47
5.51
123.33
G1～1#
331.78
23.40
0.48
77.30
0.15
16.69
4.33
134.11
4#～G2
331.78
17.40
0.62
33.70
0.50
16.45
10.00
541.98
第三级
2#～G1
392.16
7.50
1.06
23.40
0.57
16.19
6.85
91.81
2#～1#
392.16
7.50
1.06
77.30
0.18
16.38
5.68
124.45
G1～1#
392.16
23.40
0.57
77.30
0.18
16.63
4.28
132.45
4#～G2
392.16
17.40
0.75
33.70
0.60
16.33
9.80
552.91
从以上计算结果中看出，根据观测线（4#～G2）计算出的数据出现异常，分析原因：
①直接因素是因为G2降深较大（稳定流抽水时观测初始水位偏高）引起的计算结果偏离；②G2观测初始水位之所以偏高，是与G1相比较的，G1与G2孔深相近，它们在抽水前的静水位与之前的抽水降深及恢复程度几乎一致，而本阶段观测中，G2在三个落程的降深均大于G1的降深，但在与抽水孔（3#）的距离上G2（33.7m）大于G1（23.4m），这种反常的表现说明，G2的初始水位观测数据不能代表地下水真实水位值；③G2的初始水位观测数据之所以不能代表地下水真实水位值，因为G2距离河边很近（2m），同时在其附近有一大泥浆坑，本次所观测的初始水位数据由于受泥浆坑水的渗流影响，而引起初始水位值在观测时间段内短时间偏高。
根据以上分析采用观测线（4#～G2）计算出的数据不采用。
所以采用本方法计算出的参数主要由3#—2#—G1—1#观测线计算得出，其渗透系数K值为：
4.28m/d～6.43m/d，算术平均值5.52m/d；影响半径为：
64.96～134.11m，算术平均值为105.99m。
通过以上计算分析，含水层的综合渗透系数K值的选取，以求得的平均值（K＝5.52m/d）作为本地段降深范围内地层组的综合渗透系数。
影响半径为105.99m。
第六章：
结论
本次抽水试验严格按设计方案和有关技术规范要求实施，试验达到了预期的目的。
通过对实验数据的整理与分析，得到如下的结论：
6.1结论
（1）抽水试验金水河倒虹吸管身段地属黄河冲洪积平原，地下水为第四系孔隙潜水，含水层主要为⑤黄土状轻粉质粘土和第⑥层中粉质壤土层，水平方向分布比较均匀。
综合地层组总体上属中强透水性。
试验期间静止水位标高为112.0m左右。
（2）本次试验所得的含水层渗透系数为含水层组综合渗透系数。
渗透系数推荐值K＝5.52m/d；影响半径R＝105.99m。
（3）通过抽水试验，验证了本工程采取敞开式管井降水是可行
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