《抽水试验报告》word版.doc

南水北调中线一期工程总干渠沙河南南水北调中线一期工程总干渠沙河南黄河南郑州黄河南郑州 2 2 段段 第三施工标段金水河第三施工标段金水河抽水试验报告抽水试验报告 目目 录录 第一章：工程概述及试验目的1 1.1 工程概述 1 1.2 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2 2.1 气象水文 2 2.2 场地工程地质条件 2 2.3 水文地质条件 3 第三章：抽水试验设计与实施4 3.1 抽水井及观测井的设计与布置 4 3.2 施工完成情况 4 3.3 抽水试验的方法 5 3.4 成井工艺 6 3.5 抽水试验进行情况 7 第四章：试验资料整理9 4.1 原始记录整理 9 4.2 资料整理 9 第五章：试验成果计算与分析.13 5.1 计算模式说明 .13 5.2 计算与分析 .13 第六章：结论.15 6.1 结论 .15 1 第一章：工程概述及试验目的第一章：工程概述及试验目的 1.11.1 工程概述工程概述 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 7m6.75m（宽高） 。 本次抽水试验地段为金水河渠道倒虹吸段。 1.21.2 本次抽水试验的目的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 （SL 3202005） ； 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 2 第二章：试验场地工程工程地质及水文地质条件第二章：试验场地工程工程地质及水文地质条件 2.12.1 气象水文气象水文 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 设计洪峰流量(m3/s)设计洪峰流量对应天然水位(m) 序号河道名称建筑物型式 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 设计洪峰流量(m3/s)设计洪峰流量对应天然水位(m) 序号河道名称建筑物型式 5%10%20%5%10%20% 1 金水河渠倒虹 22.012.04.5121.79121.46121.22 2.22.2 场地工程地质条件场地工程地质条件 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 3 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 （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 0.40.8m 有褐黄色中粉质壤土夹层；砾石（alQ41），厚度 1.31.5m，松散，局部泥质微胶结；黄土状轻粉质壤土（dlplQ3），一般厚 2.33.5m，土质较均匀，垂直节理发育，分布于右岸表层；黄土状砂壤土 （dlplQ3），厚度 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（dlplQ3），厚度 4.015.6m，土质不均，局部 夹有中砂薄层和粉细砂薄层；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 1.31.5m，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 116.04117.83m。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 116.04116.23m，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（dlplQ3）和第中粉质壤 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，第层砾石（alQ41）层具强透水性，第黄土状轻粉质 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黄土状轻粉质粘土 （dlplQ3）和第中粉质壤土（dlplQ2）层中，出口渐变段基建面位于位于第 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。 2.32.3 水文地质条件水文地质条件 4 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第三章：抽水试验设计与实施 3.13.1 抽水井及观测井的设计与布置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 1.53 机制砂。 试验井点平面布置示意图： 自然地面 28000 井管 滤料(1.5-3滤砂) 管井结构图 试验井平面布置图 金 水 河 G1 G2 2# 3# 1# 4# 3.23.2 施工完成情况施工完成情况 5 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 静水位（次） 3 井数 （眼） 4+2 抽水期间（h） 31 地下水位观测 (多孔稳定流抽水) 恢复水位（h） 16 抽水周期（h） 9.5 地下水位观测 (非稳定流抽水) 恢复水位（h） 12.5 水井 进尺 （m） 112+40 河水观测抽水前、抽水中（次） 5 3.33.3 抽水试验的方法抽水试验的方法 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 6 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， 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。 3.43.4 成井工艺成井工艺 抽水井及观测井采用反循环施工工艺，清水钻进成孔，孔径 550，一径 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 7 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。 3.53.5 抽水试验进行情况抽水试验进行情况 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 122.74315.105542.424 G1 观测井 122.4011410.551.11 G2 观测井 123.10516.310.501.07 8 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 降 深 次 序 项目单位 123 备注 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 11 月 18 日 10:00 11 月 18 日 17:00 11 月 19 日 7:00 抽水结束时间 d、h、 min11 月 18 号 17:00 11 月 19 号 7:00 11 月 19 号 15:00 抽水延续时间 h9148 降深(S) m4.899.0911.87 流量(Q) m3/h10.6213.82416.34 单位涌水量(q) m3/h m 2.171.521.38 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 11.871.060.570.1750.7450.6 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 9 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 122.401111.60110.87.41293.928 1# 观测井 123.105112.06511.040.135 2# 观测井 122.915111.44511.470.44 3# 观测井 123.437112.34711.090.31 4# 观测井 122.743111.54311.20.53 G2 观测井 122.315111.54510.770.42 第四章：试验资料整理第四章：试验资料整理 4.14.1 原始记录整理原始记录整理 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 4.24.2 资料整理资料整理 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： 10 抽水试验成果表 4#非稳定流G1恢复水位h-lg（1+tk/tT）曲线4#非稳定流G2恢复水位h-lg（1+tk/tT）曲线 4#非稳定流抽水观测孔G1: h-lgt曲线 4#非稳定流抽水观测孔G2: h-lgt曲线 第一阶段：4#试验性抽水 11 1819 0 抽水开始时间 100 时间 时 日 抽水前 S（m)Q（m/d) 3 S-t曲线及Q-t抽水曲线 2009年11月 抽水结束时间 抽水延续时间 第一落程第二落程第三落程恢复 2009年11月18日10:00 2009年11月30日17:002009年11月19日15:00 2009年11月18日17:00 2009年11月19日7:002009年11月19日15:00 9h 14h8h 观察孔（2#、G1、1#）S-lgr关系曲线 第一落程 抽水孔(3#):Q-S曲线 观测孔:Q-S曲线 4# S1 S2 S3 2# G1 1# G2 第二落程 第三落程 自然地面 28000 井管 滤料(1.5-3滤砂) 管井结构图 试验井平面布置图 金 水 河 G1 G2 2# 3# 1# 4# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 300 200 400 111111120 21 22 23 24 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 Q1 Q2 Q3 第二阶段：多孔稳定流抽水试验 12 2#恢复水位h-lg（1+tk/tT）曲线 G1非稳定流抽水观测孔2#: h-lgt曲线G1非稳定流抽水观测孔4#: h-lgt曲线 4#恢复水位h-lg（1+tk/tT）曲线G2恢复水位h-lg（1+tk/tT）曲线 G1非稳定流抽水观测孔G2: h-lgt曲线 第三阶段：G1非稳定流抽水 13 第五章：试验成果计算与分析第五章：试验成果计算与分析 5.15.1 计算模式说明计算模式说明 (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 542.424 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）/（25.755-18.21）=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-（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。 5.25.2 计算与分析计算与分析 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 3202005）中 6.2.2 条的规定，采用规范中提供的附录 B 表 B2 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） ) ( 16 . 0 2121 r l arsh r l arsh SSl Q K l”l0-0.5（S1+S2） 影响半径 R： （公式 B） 112221 1212 (2)lg(2)lg lg ()(2) SHSrSHSr R SSHSS 以上公式中各个参数意义如下： 14 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)lK(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 G11# 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 G11# 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 1