抽水试验报告

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1、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目录第一章：工程概述及试验目的11.1工程概述 11.2 本次抽水试验的目的 1第二章：试验场地工程工程地质及水文地质条件22.1 气象水文 22.2 场地工程地质条件 22.3 水文地质条件 3第三章：抽水试验设计与实施43.1抽水井及观测井的设计与布置 43.2施工完成情况 43.3 抽水试验的方法 53.4 成井工艺 63.5 抽水试验进行情况 7第四章：试验资料整理94.1 原始记录整理 94.2 资料整理 9第五章：试验成果计算与分析135.1计算模式说明 135.2 计算与分析 13第六章：结论156.1

2、结论 15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+688.1SH (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

3、 长364m,其中倒虹吸管身段长195m。倒虹吸设计流量295ms/s,加大流量355ms/s, 倒虹吸管身横向为4孔箱形钢筋混凝土结构，单孔尺寸7mX6. 75m (宽X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

4、勘察规范(GB50027-2001)；水利水电工程钻孔抽水试验规范(SL 320-2005)；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14.4C，全年1月份温度最低，平均气温0.1C ；月平均 最低气温一4.3C,极端最低气温一16.3C； 7月份气温最高，月平均气温27C, 月平均最高

5、气温32.1C，极端最高气温42.3C。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

6、河道名称建筑物型式设计洪峰流量血/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363278200124.07123.74123.42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血/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22.012.04.5121.79121.46121.222.2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126.5132m 左右，岸坡较陡。河床宽度2545m，河底高程121.0121.36m，旱季无水；漫 滩两岸均有发育，宽1050m，地面高

7、程122. 0123.1m。区内东部发育一冲沟， 东西走向，长320m，宽1030m，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。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：砂壤土（alQ 2）,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，4距地表0.40.8m有褐黄色中粉质壤土夹层；砾石（alQi）,厚度1.31.5m,4松散，局部泥质微胶结；黄土状轻粉质壤土（dlplQ ）, 一般厚2.33.5m,3土质较均匀，垂直节理发育，分布于右岸表层；黄土状砂壤土 （dlplQ

8、 ），厚3度2.011.0m，垂直节理发育，岩性不均，局部夹壤土，分布于两岸；黄土状轻粉质粘土 （dlplQ ），厚度4. 015.6m，土质不均，局部夹有中砂薄层和粉3细砂薄层；中粉质壤土（dlplQ ）未揭穿，钻孔揭露最大厚度13.0m。2场区地震动峰值加速度0.10g，相当于地震基本烈度度。场地地下水为第四系孔隙潜水，主要赋存在河槽冲击砾石（alQ1）层和上更4新统黄土状轻粉质壤土 （dlplQ ）层中，特别是砾石厚度1.31.5m，松散结构，3构成本区富水层，而中粉质壤土 （dlplQ ）为相对隔水层。勘察期间所测潜水位2高程116.04117.83m。场区砾石（alQ 1）属强透水性

9、；中粉质壤土（dlplQ ）42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 HCO -Ca-Mg3型和HCO-Ca型，对混凝土均无腐蚀性。3进口渐变段（含检修闸）：渐变段基面和闸基建基面均位于第层中粉质壤土 （dlplQ ）层中，其承载力标准值为180kpa。该段地下水位116.04116.23m， 2高出开挖基坑约 38m。倒虹吸管段：建基面位于第黄土状轻粉质粘土（ dlplQ ）和第中粉质壤3土（dlplQ ）层中，其承载力标准值分别为150kpa、180kpa。该段上部全新统2地层为粘砾双层结构，第层砾石（alQ1）层具强透水性，第黄土状轻粉质粘4 土局部为砂壤土，为中

10、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黄土状轻粉质粘土（dlplQ ）和第中粉质壤土（dlplQ ）层中，出口渐变段基建面位于位于第 32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57m。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（Q，Q）、壤土（Q）。该段地下水含水层主要为第四系松散342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；

11、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

12、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1.53机制砂。试验井点平面布置示意图：试验井平面布置图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

13、抽水前、抽水中（次）53.3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

14、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#、Gl、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

15、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

16、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，QS 曲线，St曲线和Slgr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550, 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

17、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

18、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Gl、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：

19、非稳定流抽水试验井号用途孔口标咼(m)到抽水井距 离(m)静水位埋深(m)水位降深(m)出水量 (皿驸)4#抽水井122.74315.105542.424G1观测井122.4011410.551.11G2观测井123.10516.310.501.073.5.2 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

20、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16.34m”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123静止水位埋深m11.05静止水位高程m112.423动水位埋深m15.9420.1422.97动水位高程m96.48392.28389.453抽水开始时间d、h、min11月18日10:0011月18日17:0011月19日7:00抽水结束时间11月18号17:0011月19号7:0011月19号15:00抽水延续时间h9148降深（S）m4.899.0911.87流量（Q）m3/h

21、10.6213.82416.34单位涌水量（q）m3/h m2.171.521.38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#G1-11#4#G2第一级降深4.890.630.2950.0550.3850.305第二级降深9.090.920.480.150.6150.495第三级降深11.871.060.570.1750.7450.63.5.3 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

22、，目的是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；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20m28m段地层的透水性，即本地段勘察资料中的第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咼(m)静水位标高(m)静水位埋深(m)水位降深(m)出水量 (m“d)观2抽水井122.401111.60110.87.41293.9281#观测井123.105112.06511.040.1352#观测井122.915111.44511.470.443#观测井123.437112.34711.090.314#观测井12

23、2.743111.54311.20.53G2观测井122.315111.54510.770.42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、A h2-lgt及h2-lg(l+t/T)曲线，详见以下：kt第一阶段：4#试验性抽水抽水试验成果表4#非稳定流G1恢复水位h-lg(l+tk/tT )曲线4#非稳定流G2恢复水

24、位h-lg(l+tk/tT第三阶段：G1非稳定流抽水1hD15124IE22、ni=8.6；I1 =巴佗G1非稳定流抽水观测孔2#:-h-lgt曲线 DI护 护$iin2M16IH、X工ni = H.l =巴才X-、G1非稳定流抽水观测孔4#:- h-lgt曲线1Z “G1非稳定流:2#恢复水位h-lg(l+tk/tT)曲线4#恢复水位h-lgd+tk/tT)曲线G2恢复水位第五章：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

25、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542.424 m3/d、动水位最大孔深为25.755m； G1 (20m 深)最大出水量为392.928 m3/d、动水位最大孔深为18.21m。由此，粗略分析第 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) / (25.75518.21) =19.814 m3/dm。(2) 由于第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-(1

26、23-28)=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(SL 320-2005)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：K = 厂冒6* ) (arsh1-一 arsh)(公式 A)1 2

27、1 2l” = l-0.5 (S+S )0 1 2影响半径R：I 门 S (2H - S )lg r - S (2H - S )lg r lgR 二 1(S -S )(2h-S-S )21 (公式 B)1 2 1 2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；S、S2第一个观测井、第二个观测井水位降深，m；rr2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)r (m)1S (m)1r (m

28、)2S (m)2lK(m/d)R(m)第一级2#G1254.887.500.6323.400.3016.546.4364.962#1#254.887.500.6377.300.0616.665.6497.03G11#254.8823.400.3077.300.0616.834.57101.894#G2254.8817.400.3933.700.3116.6611.47431.30第二级2#G1331.787.500.9223.400.4816.306.4383.852#1#331.787.500.9277.300.1516.475.51123.33G11#331.7823.400.4877.3

29、00.1516.694.33134.114#G2331.7817.400.6233.700.5016.4510.00541.98第三级2#G1392.167.501.0623.400.5716.196.8591.812#1#392.167.501.0677.300.1816.385.68124.45G11#392.1623.400.5777.300.1816.634.28132.454#G2392.1617.400.7533.700.6016.339.80552.91从以上计算结果中看出，根据观测线（4#G）计算出的数据出现异常，分2析原因：直接因素是因为G2降深较大（稳定流抽水时观测初始水位

30、偏高）引 起的计算结果偏离；G2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Gl（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；G2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#G）计算出

31、的数据不采 用。所以米用本方法计算出的参数主要由3#2#G11#观测线计算得出，其 渗透系数K值为：4.28m/d6.43m/d,算术平均值552m/d；影响半径为：64.96 134.11m,算术平均值为105.99mo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，含水层主要为黄土状轻粉质粘土和第层中粉质壤土层，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，验证了本工程米取敞开式管井降水是可行的。