高喷板墙围井抽水试验渗水流量计算.doc

高喷板墙围井抽水试验渗流量计算蓝奉水 周垂田 卢现海 张忠华摘要 采用围井抽水试验方法检查高喷板墙质量时,需要确定稳定抽水量Q。在实际工作中，有时确定稳定抽水量比较困难。本文作者根据围井内水位下降和回升之间的水量关系，推导出了围井渗流量计算公式，并对公式的应用条件进行了阐述。由于稳定抽水量等于围井渗流量，利用计算得到的渗流量代替稳定抽水量，可满足计算围井渗透系数的要求。高压喷射灌浆构筑防渗板墙属隐蔽工程施工，其质量检查常用围井方法。围井检查深度不受限制，而且抽完水后可在围井内开挖较深进行直观检查，能较好的反映板墙整体质量。围井检查分注水和抽水试验两种方法。由于人为因素影响，注水试验计算出的渗透系数K值往往偏小，在实际工作中我们以抽水试验结果为主。利用围井抽水试验计算渗透系数K值，关键是确定稳定抽水量Q。在实际工作中，只要板墙质量符合要求，围井渗水量是很小的，其流量往往小于水泵流量。在这种情况下，围井内水位不稳定，稳定抽水量Q就无法确定。实际上，稳定抽水量等于围井渗流量。因此，可通过抽水试验取得的数据来推求围井渗流量，用围井渗流量计算渗透系数。一、围井渗流量计算公式的推导围井抽水试验是在围井中心部位钻孔，下入过滤管，然后在管内抽水，如下图所示。1、渗透系数K值计算公式高压喷射灌浆技术规范（讨论稿）推荐K值计算公式为：K=（1）Qt L（s/2+h0）s式中： K渗透系数（m/d）Q稳定抽水量（m/d）t高喷板墙厚度（m）L围井中心线处周长(m)s围井内外水头差(m),s=H-h0H围井外水位至井底距离（m）h0围井内水位至井底距离（m）如前所述，实际工作中稳定抽水量Q较难确定。特别是在粉砂地层，当围井内水位降至接近井底时，水泵容易被粉砂堵塞，甚至烧坏电机。针对这种情况，我们认为如果水位降至接近井底时仍不能稳定，可以停止抽水，让水位回升一定高度，利用水位下降和回升之间的水量关系求得围井渗流量Q。2、公式推导如图1所示，如果水位降深h1(m)时的抽水时间为T1(min)，出水量为W(l)，假定这个时段内围井渗流量平均为Q(l/min)，围井含水层中的出水量应为W-QT1，平均每米深围井中的水量为(W-QT1)/h1。如果停止抽水后水位回升h2(m)的时间为T2(min)，围井渗水总量应为h2(W-QT1)/h2，渗水总量还应等于QT2，即：h2(W-QT1)/h2=QT2于是，我们得到渗流量计算公式：Q=（2） Wh2 T1h2+ T2h1式中： T1抽水时间（min）T2回升时间（min）W时段T1的出水量（l）h1时段T1的水位降深（m）h2时段T2的水位回升高度（m）Q时段T1的平均渗流量（l/min）二、公式应用条件1、h1、h2的取值范围从公式的推导过程可以看出，利用公式2求出的渗流量是一个平均值，而Q随水头差的增大而增大，但不是正比例关系。因此，在抽水试验中，应尽可能减小h1、h2的取值。另外，由于不同地层含水量不同，h1、h2必须位于同一地层中。由公式（1）变换得：Q=（3）KL（H2h02） 2t从公式3可以看出，Q与h0呈抛物线关系，如下图所示。从上图可以看出，当h00.3H时，Q变化小于9%，Q与h0可近似看成直线关系，h1、h2控制在离围井底0.3H的范围内，其影响对K值的计算可忽略不计。另外，为提高Q的计算精度，h2变化必须控制在h1的范围内。2、水位观测停止抽水后，水泵出水管内的水回流到过滤管内，造成管内水位高于管外水位，此时不宜立即进行水位回升观测，应等滤水管内外水位相同后进行。3、围井内外水头差S由于渗流量Q是水位降深h1时的平均值，故需确定一个S值与Q相对应。因h10.3H时，流量变化不大，S与Q近似成正比例关系，S可按h1的中点计算。三、计算实例2001年10月在哈尔滨松花江堤消险加固工程中应用高喷板墙帷幕防渗，工程质量检查采用了开挖、钻孔取样和围井三种方法。现将三标段围井试验情况介绍如下，以资参考。该工程板墙深度25m，高喷孔距2m，水泥用量0.25t/m2，要求K值达到i10-6cm/s。试验围井为长方形，周长6m，板墙厚度为0.3m。因板墙底部是透水层，围井进行封底，封底深度23m，封底厚1m，故围井深22m。滤水管下至围井底，管径168mm。水位观测从地面起算，出水量用量水桶加水表计量。抽水开始后进行了水位观测，围井外水位埋深5.8m，故H=22-5.8=16.2m。按h00.3H的原则，h1从18m开始观测，至21m结束，时间为45min，出水量1540l。水位回升从20.6m开始观测，至20.32m结束，时间10min。从以上叙述可知：L=6m，t=0.3m，H=16.2m，h0=2.5m，s=13.7m，h1=3m，T1=45min，W=1540l，h2=0.28m，T2=10min。将以上数据代入公式2：Q=10.1l/min=14.544m3/d15400.28450.28+103于是，围井渗透系数可按公式1求得：K=0.00568m/d=6.610-6cm/s14.5440.36(13.7/2+2.5)13.7满足设计要求。作者简介蓝奉水、卢现