钻孔抽水试验报告.docx
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钻孔抽水试验报告
黑龙江干流堤防工程第二十标
街津口闸现场抽水试验成果报告及
基坑深井降水设计和施工方案
第一章抽水试验成果报告
1工程概况
街津口闸址河床高程43.3~45.28m左右，揭露的地层岩性主要有：
①低液限粉土、②级配不良中砂、③级配良好中砾、③-1级配不良中砂、④低液限粉土、⑤级配良好中砾、⑥低液限粘土、⑦级配良好中砾等。
闸址区地下水为第四系孔隙潜水，含水层岩性为级配良好中砂、级配良好中砾，底部高程31.0m以下为低液限粘土，级配良好中砂渗透系数经验值为K=2×10-2cm/s-3×10-2cm/s，级配良好中砾渗透系数经验值为K=1.5×10-1cm/s-2.0×10-1cm/s。
地下水与河水水力联系密切，水位随莲花河水位变化而波动。
2实施深井降水背景
2.1搅拌桩试桩
原设计街津口闸基坑四周设置多头小直径搅拌桩防渗墙，以拦截地下水，确保基坑施工期安全。
2015年7月19日~2015年7月21日我部在街津口闸左侧下游部位采用ZCJ-25型一次成墙搅拌桩机分别进行了4组水泥土搅拌桩的试桩施工，钻进至地面以下14.0m（高程36.0m）处均出现钻杆抖动、卡钻现象，并能听到钻头撞击、摩擦坚硬障碍物的声响，经过多次提钻、下钻、改变钻头反复尝试均无法穿越该层，无法达到设计深度（底高程29m）。
2.2地质条件勘探
2015年7月1日~7月15日，我部在导流明渠右侧0+00～0+600位置进行了9口降水井施工，钻进至13.0~15.0m时钻杆内部有硬物碰撞声响，钻杆并无异样，至15.0～18.0m（高程35.0～32.0m）时钻杆有响声、有振动、底部有较大碰撞及摩擦声音，多次发生卡钻现象，泥浆及钻头带出砾石粒径在2mm～200mm之间，且大粒径含量较多。
为进一步验证该区域地层砾石部位、粒径及存在的普遍性，2015年7月21日我部在闸站（X=5311075.763，Y=562528.082，H=47.5m）处施工一口试验井，钻进至13.5～15.0m（高程34.0～32.5m）时钻杆有响声、有振动、底部有较大碰撞及摩擦声音，与明渠降水井揭示地层情况基本一致。
2015年7月25日我部在（X=5311055.894，Y=562502.243，H=50.8）处施工一口抽水试验井，降水井钻孔直径700mm。
钻至13.8m（高程37.0m）时出现大颗粒砾石，底部有较大碰撞及摩擦声音，钻杆出现抖动，卡钻取出石块直径200mm，至17.5m（高程33.3m）穿越大颗粒砾石层。
施工期间我部对钻井抽出砾石进行了筛分（部分遗落在泥浆池中），在监理工程师的见证下进行了取样，称量计算如下表：
抽水试验井大颗粒砾石统计表
粒径
重量（kg）
砾石体积（m3）
孔内砾石层体积（m3）
大颗粒砾石占总体积的百分比（%）
5~10cm
48.65
0.01822
1.42
1.3
＞10cm
46.31
0.01734
1.2
总计
94.96
0.036
1.42
2.5
注：
1砾石比重取2.67g/cm3；
2大颗粒砾石出现层高3.7m，孔径700mm。
综上所述在街津口闸区域地面以下15m～18.0m处（高程35.0m～32.0m）普遍存在较大粒径砾石且砾石较为集中，多头小直径搅拌桩无法穿越该层进入低液限粘土层，无法达到设计要求深度（桩底高程29.0m），防渗墙无法起到防渗作用。
2.3降水方案的确定
根据以前的类似工程砂层、砂砾石地层的降水经验，本工程采用深井的降水方案是切实可行和有效的，能够将地下水降低到设计高程并确保持续有效运行，保证基坑边坡的稳定及旱地施工。
经多方面的充分讨论确定了试验方案、试验场地确定后，立即组织各种资源进场施工，按照试验方案要求，自2015年7月23日开始钻井，到2015年7月28日完成了单井试验工作。
共完成1眼降水井，井底高程为28.5，井深23m。
并完成3眼观测井，先后进行了单井三次降深抽水试验。
3降水试验的目的和任务
（1）对成井结构及单井出水量进行测验。
（2）通过抽水试验求得含水层的综合渗透系数。
（3）确定漏斗曲线及影响半径。
（4）确定单井最大出水量、干扰出水量，计算基坑总涌水量，最终确定基坑降水方案，合理地选择水泵泵型。
（5）确定最佳的井间距，完全拦截外围地下水向基坑的侧向补给，确保闸基坑边坡安全，实现渠道土方工程旱地开挖施工。
4试验场地的选择
单井抽水试验选择时考虑到作业方便、代表性等因素，单井降水试验选择在街津口闸左侧上游（X=5311055.894，Y=562502.243）部位，该处地下水位埋深3m左右，供电及排水条件均较好，符合开展试验的主要条件。
通过试验，确定单井出水量、渗透系数、影响半径等基本的设计数据，绘制或计算漏斗曲线，为闸站基坑降水提供参数。
5降水试验方案的实施
5.1试验井的结构及平面布置
抽水井（单井试验井）井深为21m，成井直径700mm，井管全部采用直径500mm的钢管，其中下部15m为花管作为过滤器，上部为实管，花管外包60目滤网，各管接头部位采用焊接接头。
滤料为豆石（1-5mm）。
1#、2#、3#观测井井深21m，成孔直径500mm，井管全部采用直径300mm的UPVC管，下部15m为花管：
滤料为豆石（1-5mm）。
为了保证井的出水量以及观测井的水位变化灵敏度，所有井采用反循环钻机进行钻孔，泥浆护壁，成井后立即大泵量抽水洗井直到完全出清水为止。
各井之间的相对位置见《试验井平面布置示意图》。
试验井布置详见下图：
5.2试验井及观测井技术参数
试验井及观测井技术参数详见下表：
试验井、观测井技术参数
井类别
井深（m）
钻孔直径（mm）
井管直径（mm）
井底高程（m）
备注
试验井
21.5
700
500
28.5
1#观测井
21.5
470
150
28.5
1#观测井
21.5
470
150
28.5
1#观测井
21.5
470
150
28.5
5.3降水设备
参考导流明渠降水效果，抽水试验选用三种型号的水泵进行三次降深抽水试验：
第一次降深水泵：
250QJ型潜水泵，水泵流量80m3/h；扬程20m；功率7.5kw。
第二次降深水泵：
250QJ型潜水泵，水泵流量125m3/h；扬程32m；功率18.5kw。
第三次降深水泵：
300QJ型潜水泵，水泵流量180m3/h；扬程40m；功率30kw。
5.4试验步骤
由于考虑到地下水含水层岩性比较单一、渗透系数较大、抽水井水位降深较小，因此试验采用单井稳定流三次降深进行数据收集及计算。
（1）先进行单井一次降深抽水试验：
抽水井采用水泵（250QJ80-20/7.5）抽水，1#、2#、3#观测井进行观测。
一次降深抽水稳定后停机恢复水位，并更换水泵。
（2）二次降深抽水试验：
恢复水位稳定后，采用水泵（250QJ125-32/18.5）抽水。
1#、2#、3#井进行观测。
二次降深抽水稳定后停机恢复水位，并更换水泵。
（3）三次降深抽水试验：
恢复水位稳定后，采用水泵（300QJ180-40/30）抽水。
1#、2#、3#井进行观测。
三次降深抽水稳定后停机恢复水位，并更换水泵。
5.5试验数据记录表
各井水位观测记录及出水量记录见附表
5.6抽水试验设备器具配置
抽水试验设备器具配置表
设备器具名称
型号
单位
数量
回转钻机（反循环）
ZJ-200
台
1
柴油发电机
50kw
台
1
深井潜水泵
250QJ80-20/7.5
台
1
250QJ125-32/18.5
台
1
250QJ125-32/18.5
台
1
电测水位计
支
4
水表
个
1
本次抽水试验采用潜水泵抽水、系统电源作为动力。
水量采用水表测量，测量精度符合规范要求。
5.7人员配置
本次抽水试验配备专人负责，为了测得数据的精确性，将测量人员分为两组（每组4人，分黑白两班二十四小时不间断观测井水位。
安排专人指挥测量，以统一观测时间。
抽水试验于2005年11月10日开始，试验具体操作如下：
单井降深抽水试验：
2015年07月28日～2015年07月29日进行单井一次降深抽水试验，稳定出水量为90m3/h；2015年07月30日～2005年07月31日进行二次降深抽水试验，稳定出水量175m3/h。
5.8抽水试验数据观测要求：
1）抽水井动水位、观测井水位均采用了电测水位计同步观测（每口井各一支）。
抽水试验都进行了静止水位观测（静止标准：
连续2小时水位变化不大于1cm）。
在每口井抽水开始后的5、10、15、20、25、30min都进行了水位观测，以后每隔30min观测了一次，3个小时后改为1小时观测一次。
2）抽水结束后立即观测了恢复水位，观测时间每隔30min观测一次，直至稳定。
3）抽水井出水量采用水表观测。
抽水试验都进行了初始水表读数的观测，抽水试验开始后每隔1小时进行观测一次。
4）水位稳定符合规范要求：
2小时内变幅不大于1cm，稳定延续时间不少于6小时。
5）现场记录均采用了规范的表格进行记录。
字体均比较工整、清晰，观测人员均签字确认。
6试验数据成果汇总
表3抽水试验流量、降深水位观测成果汇总表
井号
抽水井1次降深
Q=90m3/h
抽水井2次降深
Q=175m3/h
抽水前
静止水位（EL）
降深
（m）
稳定水位
（EL）
抽水前
静止水位
降深
（m）
稳定水位
（EL）
抽水井
44.15
1.24
42.91
44.05
1.79
42.26
1＃观测井
44.16
0.72
43.44
44.05
1.28
42.77
2＃观测井
44.16
0.65
43.51
44.08
1.21
42.87
3#观测井
44.2
0.55
43.65
44.10
0.98
43.12
7水文地质参数计算及整理分析
7.1渗透系数k值计算
（1）利用裘布衣公式法求k值：
适用条件：
潜水含水层，多孔完整井。
表5渗透系数k值计算成果表
降深
观测井
计算K值
抽水井第一次降深
1＃，2＃
384
1＃，3＃
258
2＃，3＃
171
抽水井第二次降深
1＃，2＃
782
1＃，3＃
296
2＃，3＃
150
经过验算剔除一些不合理的结果，最终确定K值为218m/d。
（2）考虑邻河因素，利用裘布衣公式法求k值（一个观测孔）：
适用条件：
潜水含水层，邻河、完整井、观测线垂直岸边且近河一边，一个观测孔
表5渗透系数k值计算成果表
降深
观测井
计算K值
抽水井第一次降深
1＃
121
2＃
90
3＃
70
抽水井第二次降深
1＃
134
2＃
96
3＃
78
经过验算剔除一些不合理的结果，最终确定K值为98m/d。
（3）虑邻河因素，利用裘布衣公式法求k值（2个观测孔）：
适用条件：
潜水含水层，邻河、完整井、观测线垂直岸边且近河一边，一个观测孔
表5渗透系数k值计算成果表
降深
观测井
计算K值
抽水井第一次降深
1＃，2＃
410
1＃，3＃
285
2＃，3＃
199
抽水井第二次降深
1＃，2＃
836
1＃，3＃
327
2＃，3＃
175
经过验算剔除一些不合理的结果，最终确定K值为246m/d。
分析以上K值计算，采取一个观测孔计算的数值没有两个观测孔的计算数值准确，因此采用
（1）和（3）的选取结果进行平均，即K值为232m/d。
7.2影响半径R计算：
（1）利用裘布衣公式法计算影响半径
R—影响半径。
S1,S2—观测孔水位降深。
r1,r2—观测井至抽水井距离
H—含水层有效厚度（m）
表4影响半径计算成果表
降深
观测井
计算R值（m）
抽水井第一次降深
1＃，2＃
93819
1＃，3＃
3178
2＃，3＃
520
抽水井第二次降深
1＃，2＃
74558
1＃，3＃
3805
2＃，3＃
449
考虑到1号井距离抽水井较近，受地下水流影响较大，因此影响半径采用2#和3#抽水井观测的数据计算结果取影响半径R为500m，这个结果也和砾石层的经验数值较为接近。
7.3水文地质参数成果
根据以上稳定流各种实用条件下所得出的结果分析，进行选取水文地质参数。
表9水文地质参数推荐值表
R（m）
K（m/d）
500
232
本次单井抽水试验所得出的水文地质参数将用于下一步闸基坑的深井降水设计
附件：
现场抽水试验观测数据资料
第二章基坑深井降水设计方案
1降水深度
地下水水位标高46.0m，为满足施工要求，地下水位降至基坑底1.0m（基坑底部高程38.0m），故水位降深为46-37.0=9.0m。
2含水层水文地质参数确定
（1）渗透系数K
根据抽水试验结果，渗透系数K=232m/d。
（2）影响半径R
根据抽水试验数据计算影响半径R=500m。
（3）基坑等效半径r0
基坑视为矩形基坑，r0=0.29（a+b）
其中a、b分别为基坑的长和宽，a=210；b=110。
经计算：
r0=0.29（210+110）=92.8m。
3基坑总涌水量
基坑涌水量：
式中：
Q总—基坑总涌水量（m3/d）；
K—渗透系数（m/d），取K=232m/d；
H—潜水层厚度（m），46-31=15m；
S—降水深度（m），46-37.0=9.0m；
r0—等效半径（m），r0=92.8m；
R0：
等效引用半径（m），R0=R+r0=592.8m。
经计算：
基坑总涌水量Q总=73946m3/d。
4干扰井单井出水量
式中：
K—渗透系数（m/d）；
H—潜水层厚度（m）；
S—降水深度（m）；
r0—等效半径（m）
R—引用影响半径（m）；
rw—井管半径（m），半径取0.25m；
n—降水井数。
经试算：
当n=25时，Q′单=3078m3/d=128.3m3/h，则Q′总=76959m3/d，满足要求。
根据现场明渠抽水情况来看，干扰单井出水量计算结果与实际相符合。
5总井数
为确保降水安全系数，实际井数按1.2倍的计算数量考虑，因此现场实际打井个数为1.2×25=30（口）。
6降水井布置
计划在街津口闸四周布置30眼降水井，基坑内部布置2眼观测井，考虑导流明渠渗透对基坑的影响，导流明渠6眼降水井继续运行，以截断导流明渠渗水，缓解基坑降水压力。
考虑基坑补水方向，基坑上、下游侧各布置9眼井，间距21m；左侧布置7眼井，间距18.5m；右侧布置5眼井，间距27.5m。
详见街津口闸降水井平面布置图。
7降水井结构
（1）井口
井口应高于地面以上30cm，以防止地表污水及泥土渗入井内。
（2）井壁管
井壁管均采用焊接钢管，直径Φ500，壁厚3mm。
（3）滤水管
本方案采用桥式滤水管，滤水管的直径、壁厚与井壁管相同。
（4）沉淀管
沉淀管焊接在滤水管底部，成锥形，长度为1.0m。
（5）滤料
地面以下2.0m至孔底部位围填中粗砂滤料，其上粘土封闭。
（6）井底高程控制
考虑到水泵高度较大，而且基坑降水深度较大，水位降低到设计高程后，剩余的含水层厚度只有5-6m，滤管进水量受到限制。
因此将井底高程适当降低到含水层以下，使含水层的水跌落至井内，同时也可以使水泵始终处于一定的淹没深度，综合考虑各方因素，降水井井底高程控制在EL23。
降水井结构详见附图“降水井结构示意图”。
8水泵选型
根据抽水量、扬程、地质情况等综合因素考虑，选用QJ250型潜水泵，单台功率18.5kw、扬程32m、流量125m3/h，水泵排水管直径为6寸管。
9降水供电设计
为了防止大面积停电的突然发生及现场电路系统故障，降水井运行的整个过程采用双电源，即采用工业用电为主，配备柴油发电机作为备用电源，同时在电路设计时采用双向闸刀，确保工业用电与柴油机发电供电自由切换，系统电源和备用电源之间切换不大于2分钟。
双向闸刀切换控制箱结构示意图如下：
图9-1双向闸刀切换控制箱结构示意图
双电源线路布置主要考虑线路负载及降水电箱负载两个主要方面，每级电路所用电线必须达到负载要求，同时电箱作为降水专用电箱，其他用电设备不能随意接入。
本次降水方案现场共布置降水井30眼，水泵功率18.5kw/台，主电缆采用3×300+1×120mm2电缆；分控电箱至水泵电缆采用3×10+1mm2电缆。
电路布置示意图如下：
10降水运行工期安排
根据施工总进度计划的安排，降水施工及运行工期安排如下：
（1）2015年8月20日完成基坑左、右侧降水井施工；
（2）2015年8月30日完成上下游侧降水井施工；
（3）2015年9月1日至2015年10月20日完成冬季前降水施工；
（4）2015年10月20日至2015年10月30日逐步减少降水井的运行数量，待平压后暂停降水，确保降水设备安全越冬；
（5）2016年4月1日至2016年9月30日完成基坑降水，观察地下水位情况，逐步减少降水井数量，通水后停止降水井运行。
11深井降水工程量
深井降水工程量见下表。
深井降水主要工程量汇总表
名称
型号
单位
数量
备注
潜水泵
250QJ125-32
台
50
含备用
滤管
Φ500
m
750
钢管、井管壁厚3mm
井壁管
Φ500
m
160
钢管、井管壁厚3mm
PVC螺旋管
Φ150
m
120
观测井用
排水管道
Φ400
m
480
钢管
滤料
中粗砂
m3
300
PVC
6寸
m
4500
抽水用
水泵电缆
3×10+1mm2
m
2400
主电缆
3×300+1×120mm2
m
800
12意见与建议
（1）导流明渠采取30cm厚粘土护底，增加防渗性能，降低导流明渠向基坑的渗水量；
（2）街津口闸基坑上、下游围堰在原设计位置的基础上向外移，使围堰远离基坑，降低围堰外侧河水向基坑的渗水量。
附件：
附图1：
街津口闸降水井平面布置示意图
附图2：
:
降水井断面布置示意图
附图3：
降水井结构示意图
第三章深井降水施工方案
1施工方案
采用反循环回旋钻机进行成孔，孔径800mm，采用直径500mm桥式透水管（厚3mm钢板卷制），管外包裹孔径60目的滤网2层，管节之间采用焊接方式连接。
其外填充中粗砂滤料。
2施工顺序及工期安排
（1）施工顺序
基坑左侧→基坑右侧→基坑上游侧→基坑下游侧。
（2）工期安排
2015年8月10日至2015年8月15日施工闸站基坑左侧7眼降水井；
2015年8月16日至2015年8月20日施工闸站基坑右侧5眼降水井；
2015年9月10日至2015年9月15日完成闸站基坑上、下游18眼降水井；
3降水井成井施工
3.1施工工艺流程
测量定位→埋设护筒→挖泥浆池→成孔→冲孔换浆→吊放井管→填滤料→止水封孔→洗井→水泵安装。
3.2施工方法
（1）井位测量定位
测量人员根据降水井布置图，使用全站仪、水准仪放出井位，测量井口地表高程并记录。
（2）护筒安设
护筒采用3mm钢板卷制而成，长约1.2m，直径约100cm。
可导向定位，保证钻进垂直度，并保护井口段钻进过程中不塌孔，防止外部泥浆和水破坏孔口段进入。
护筒制作完成后，可对照井中心位置人工挖坑，坑直径应略大于护筒直径，坑深0.8m。
护筒中心线应与井中心线基本重合，护筒外超挖部分可用土回填。
（3）挖泥浆池
泥浆池布置在距井2～3m处，尺寸4×3×1.2m。
泥浆池与护筒回浆口通过挖沟连接，沟槽尺寸400×300mm。
泥浆池底部及侧面应铺设防渗薄膜，泥浆沉淀后应将清水抽走，并清理泥浆。
（4）成孔
成孔采用反循环SPC100型钻机，柴油机驱动，钻进采用自造泥浆循环钻进，根据泥浆稠度情况加水，钻进过程中，通过打捞渣样判明地层地质情况，并记录在钻孔记录内。
钻至设计深度后，停钻进行泥浆置换。
（5）泥浆置换
泥浆置换关系到成井的质量（出水量），对防止井壁塌孔也有重要影响，应采取逐步稀释泥浆的办法。
置换时可保持原泥浆循环，在泥浆池内加清水，回浆沟内增加一台污水泵抽排回浆，使得泥浆池和井孔内泥浆逐步得到稀释。
（6）井管安设
安装前检查过滤器的缝隙是否符合要求，测量孔深是否达到设计要求，下管时在滤水管上下两端各设一套直径小于5cm的扶正器，以保证井管能居中。
井管分节安装，每节井管5.0m长，井管连接采用焊接，焊接应牢固、垂直、不透水。
滤网搭接宽度1.0m。
（7）填滤料
井管下设完成后，沿井壁四周均匀的投填滤料。
在下井管和填滤料过程中，间隔使用污水泵将返出的泥浆抽排到泥浆池外。
（8）洗井
滤料填充完成后，应立即洗井，以免护壁泥浆逐渐硬化影响渗水效果。
洗井采用空压机，使残留在滤料内的泥浆随着水流带出来，增加其透水性能。
4排水施工
降水井抽水管采用6寸PVC管。
左、右侧抽出的水排入基坑边缘修筑的集水池（3m×3m×2.5m），然后通过敷设的排水管自流排入莲花河内（围堰以外），排水管道采用Φ400mm钢管，坡降3‰，埋深不小于500mm；上、下游侧降水井排出的水直接通过排水管排入上、下游围堰外侧。
5供电设施
5.1变压器
现场布置两台变压器，闸站左侧布置一台三维立体卷铁心油浸式电力变压器，型号SB11-M.RL-630/10；右侧布置一台箱式变电站，型号YB-315/10。
5.2备用电源
现场配备4台150kw星光柴油发电机组，并联同时供电能够满足降水井的负荷需求发电机组布置在变压器旁边。
5.3电缆敷设
考虑安全及文明施工要求，主电缆（3×300+1×120mm2）沿降水井暗敷，水泵电缆（3×10+1mm2）通过控制柜与主电缆连接。
6降水井运行及管理
6.1水位和水量控制
根据不同的工况，开挖的深度，实时监控降水井的出水量和地下水位情况，及时调整降水井运行的井数和运行时间，在保证基坑安全和干地施工的前提下，尽可能的减少地下水的抽水量，即节约了能源，又能使周围的环境影响降低到最小限度。
6.2井管保护
降水工程贯穿施工的前后，存在较多交叉施工，井管易受破坏，开挖井管部位时，安排专人指挥，井管四周采用人力挖土。
井管应高出地面30cm，高出部分张贴反光贴条警示；每口井边放置标识牌，标明井号、位置、高程及运行人员姓名。
6.3降水运行保障措施
（1）人员保障
为保障降水运行的顺利实施，建立岗位责任制，明确分工职责，现场配备负责人1人、电工2人（每班）、运行人员4人（每班）、维修人员2人（每班），人员分工见下表。
降水运行人员职责分工表
序号
人员
职责
1
负责人
统一指挥，协调管理，负责工程降水的运行；
负责降水资料收集整理及数据分析；
负责地下水水位实时监控。
2
电工
负责施工现场降水电路布置；
负责降水设备、电路系统的检查工作；
负责电源切换，确保供电系统正常。
3
降水人员
负责水位观测，原始数据收集；
24小时值班
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