西安地区基坑降水

关键词单井涌水量

0.前言

莲湖路抽水试验是西安地铁降水研究课题的一个组成，场地位于西安市地铁一号线洒金桥～北大街区间北侧的一片空场地内，模拟基坑平面呈14m×21m长方形，基坑外环形布置降水井10眼，井深均为50m，间距8m，由基坑中心向东、北两方向布置观测孔21个，井深30m～50m，并在模拟基坑周边及建筑物布置沉降观测点。

图1场地平面布置图

1.地质条件

西安市莲湖路降水试验场地位于地铁一号线洒金桥~北大街区间，属皂河三级阶地地貌，场地50m范围内主要地层为第四系堆积物，即全新统人工填土、上更新统风积黄土、残积古土壤、中更新统风积黄土、残积古土壤、冲积粉质粘土夹中粗砂透镜体组成。

2.水文地质条件

潜水含水层的补给主要来自侧向径流和大气降水入渗补给；地下水的总体流向与西安地区地形基本一致，由东南流向西北，地下水的排泄方式以侧向径流为主。试验场地位于城区以内，地下水位年内变幅在0.5~1.5m之间，多年水位变化微弱，此段地下水受降水、绿化灌溉、蒸发等因素影响相对较小，水位变化缓慢。

莲湖路场地地下水位埋深6.7～7.8m（自孔口算起），高程394.65～395.02m，含水层厚度约50m，含水岩性主要为弱透水的黄土和粉质粘土，富水性弱。在42.9～43.8m段有薄层中粗砂透镜体呈不规则分布，厚度1.2～2.6m不等，砂层厚度由西向东逐渐变薄，颗粒由西向东逐渐变细。

3.单井出水量影响因素分析及评价

A抽水设备

试验初期，因为针对的是黄土地区尚未有过的24.0m大降深，并且要求能快速得出结论服务地铁建设，忽视了场地径流补给的快慢，过大的估计了基坑涌水量，导致试验开始不久就出现掉泵现象，出水量稳定性差，试验中止。

随后，选用了适合本场地地层及径流条件，合适扬程和功率的抽水设备，稳定的电压等，在此后的降水试验中，满足了要求。

B成井洗井

抽水试验准备过程中，采用锅锥施工抽水井，井径800mm，采用严格洗井工艺，进行下井管、投砾等工序；采用汽车钻施工观测孔，井径150mm，简单洗井，裸井。

抽水试验试抽初期，抽水孔水位急剧下窜，临近观测孔水位因土层中地下水来不及疏干，水位变化不明显；但是随着水位下降逐渐缓慢，个别观测孔中水位与两侧水位变化趋势不符，高出很多，采用小型水泵对其进行抽水，见抽即干，分析原因洗井工作不够彻底，孔内外水力联系被泥皮阻隔。不难推测，如果是抽水井，即便其孔径足够大，因为洗井工作不够严格，抽水试验将达不到目的，工程降水也将无章可循。

C井管

本次抽水试验一并进行抽水试验经济合理性验证，在管材成本上小做文章。

首先试验选取了有信誉的混凝土制管厂预定了一批井管，经现场浮力法测定其空隙率平均值为6%，而自制的钢制井管，其空隙率为20%。

抽水试验中，我们发现5个钢管井与5个混凝土管井之间的出水量并无差异，结论是，在黄土地区，选用混凝土管较经济。

我们要注意，黄土地区土层本身富水性并不大，这种情况下混凝土管与钢管井之间单井出水量的差异并不能显现出来，倘若地貌为漫滩、一级阶地等，地层主要为砂层和粉质粘土，补给通道畅通，水力联系紧密，此时，空隙率大小将直接影响单井出水量。

D地层岩性

抽水试验中期，群井抽水同时段模拟基坑内，场地西部各井较东部各井的出水量大2-4倍。通过对比分析东西两侧各因素，不难发现，场地局部地质特征的差异是引起此类情况的主导因素。

整个场地在43.0m处有一层不规则分布的中粗砂层，其水平展布由西向东厚度减小，呈楔形，且粒径组成也由西向东逐渐变细，因此东部含水层的水易于疏干且补给通道畅通，导致涌水量某个时段内东西部的差异。

一般来说，岩土工程师对各种地层岩性的富水性都有相当的把握，这里提醒大家，忽视夹层透镜体，无论是粘性土对地下水的隔水作用还是砂土提供给地下水的畅通路径，将会对降水工程造成不小的麻烦。

E抽水时间

抽水试验过程中，进行了2#抽水孔单井抽水试验及2#、4#、6#、9#、10#抽水孔5井的群井抽水试验，流量采用三角堰进行量测，分别通过48小时的观测显示：无论是单井或者是群井抽水，单井涌水量均随时间延长而逐渐减小。

降水初期，单井涌水量为疏干一定平面范围、垂直深度土层内的地下水，以及地下水的侧向补给，待降水漏斗不断的扩展，降深趋于稳定，此时，涌水量仅为边界外的侧向补给（影响半径扩大并趋向定值）。此时，单井出水量也逐渐趋于稳定值，抽水试验也将达到稳定状态。

了解抽水时间与单井出水量之间的客观关系，将从容把握降水进程。

图2抽水时间与单井出水量关系曲线

4.结论

A随着降水延时，降水漏斗稳定，单井出水量将随时间减小并趋于一个定值；

B易于疏干的K值较大的砂层，补给快，出水量稳定，不易疏干的K值较小的黄土层，补给径流慢，出水量易波动，且稳定较慢；

C适宜的抽水设备是保证降水工程顺利完成的重要因素；

D符合要求的成井、洗井直接影响单井出水量，是决定降水是否可以进行的关键工序；

E合适空隙率的井管，直接决定地层与井内水力联系的畅通及降水工程经济成本。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。