抽水试验中的滤水护壁作用保证试验顺利进行

5.8.1　抽水试验

在岩土工程勘察阶段和施工开始阶段常用的抽水试验是稳定流单孔抽水试验和双孔抽水试验。

稳定流单孔抽水试验仅在一个钻孔中进行试验，是一种方法简单、成本较低的抽水试验方法，但只能取得含水层钻孔出水量与水位下降关系以及概略地取得渗透系数的资料；稳定流多孔抽水试验是在抽水孔（或主孔）周围配置一定数量的观测孔，在试验过程中观测其周围试验层中地下水位变化的一种试验方法。它除了能完成单孔抽水试验的全部任务外，还可测定试验段内含水层不同方向上的渗透系数、影响半径、水位下降漏斗形态及其扩展情况等，并可进行流速测定。因此稳定流多孔抽水试验具有精度高，获得资料全等优点。

5.8.1.1　抽水试验设备

抽水试验设备包括:抽水设备、过滤器及水位、流量、水温等测量器具和排水设备等。

1.抽水设备

抽水设备种类较多，常用卧式离心泵和立式深井泵。

其中，低压卧式离心泵，具有排水量大、出水均匀、调节落程方便、能抽含沙浑水等优点，但吸程小，一般6～7m。当地下水埋藏很浅、降深要求不大时，经常使用这种水泵进行抽水。立式深井泵的特点是扬程大、出水均匀，但要求孔径较大，孔斜小（＜1°）。当地下水埋藏较深，水量较大，且精度要求较高时多采用这类水泵抽水。

2.过滤器

在钻孔中进行抽水试验时，除了在孔壁较完整的基岩中可直接安装抽水设备进行试验外，对破碎的岩层，特别是在松散沉积层中，必须在孔内安装过滤器。它起到防止孔壁坍塌和固体颗粒涌入孔内的滤水护壁作用，从而保证抽水试验正常进行。

抽水试验过滤器的类型，根据不同含水层性质可按表5-30选用。

表5-30　抽水试验过滤器类型

3.测水用具

常用测水用具有电测水位计、流量计两种。出水量测量以采用堰箱和孔板流量计较多。

5.8.1.2　抽水试验过程中应注意的事项

1.准备工作

做好试验前准备工作。包括熟悉掌握试验地段的地形地貌、水文地质条件和钻探抽水等施工技术资料，检查抽、排水设备和测水用具，以及准备各种记录表册等。

2.洗井

抽水试验孔必须及时进行洗孔，以保证获得正确的抽水试验资料。

3.抽水试验现场观测记录的内容

（1）测量抽水试验前后的孔深；

（2）观测地下水天然水位、动水位和恢复水位；

（3）观测钻孔出水量；

（4）观测气温、水温。

4.抽水试验技术要求

（1）为了研究井（孔）抽水特征曲线（Q-S关系曲线），正确选择计算水文地质参数的公式，并验证参数计算的准确程度以及推算抽水孔最大可能出水量，一般要求进行三次水位下降的抽水试验。

最大降深值Smax主要取决于潜水含水层的厚度、承压水的水头及现有抽水设备的能力。三次水位降深的间距，应尽量均匀分配，最好符合下列要求:

式中:S₁、S₂、S₃——第1、2、3次抽水的降深值。

水位降深的顺序，取决于含水层的岩性。对松散的砂质含水层，为了便于自然过滤层的形成，落程应由小到大。在粗大的卵石层或基岩含水层中抽水时，落程应由大到小进行，以利于再次冲洗含水层中的细颗粒，疏通渗流通道。

（2）抽水试验的稳定延续时间主要取决于勘察的目的、要求和试验地段的水文地质条件。当地下水补给条件较好，含水层是透水性大的承压水，或主要为了求渗透系数时，延续时间可短一些（8～24h）。相反，若试验层为透水性较差的潜水层且补给贫乏，水位和水量不易稳定的地区，其延续时间就需要长一些（24～72h）。

5.8.1.3　抽水试验资料整理

1.绘制降深S、流量Q历时曲线

一般在抽水试验正常时，S-t，Q-t曲线在抽水初期表现为水位下降和出水量较大，且不稳定，随着抽水进行一段时间后，水位、流量逐渐趋向稳定状态，呈现水位降深、流量两曲线平行，如图5-45所示。

2.绘制出水量与水位降深的关系曲线

即，Q-S曲线（图5-46）。通过该曲线特征可确定钻孔出水能力，推算出钻孔的最大可能出水能力和单位出水量，判断含水层的水力性质，同时Q-S曲线也是检查抽水试验成果的重要依据。

图5-45　S-T、Q-T曲线　　　　　　　　　　　　图5-46　Q-S曲线

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ⅰ-潜水曲线；Ⅱ-承压水曲线；Ⅲ-试验进行不正确时的曲线

3.计算渗透系数

（1）单（孔）井稳定流抽水试验，当利用抽水（孔）井的水位下降资料计算渗透系数时可按裘布衣公式进行计算。计算原理如图5-47所示。

图5-47　抽水试验时地下水向（孔）井内运动计算图

（a）完整承压水井；（b）完整潜水井

当Q-S曲线为直线形时，按下式计算渗透系数:(www.xing528.com)

对于完整承压水（孔）井:

对于完整潜水（孔）井:

式中:Q——出水量，m³/d；

R——影响半径，m；

r_w——抽水井过滤器的半径，m；

Sw——水位下降值（降深），m；

M——承压含水层的厚度，m；

H0——自然情况下潜水含水层的厚度（或承压水的原始水头值），m；h_w——抽水井中的水头值，m。

对于非完整承压水井:

当M＞150r_w，L/M＞0.1时，

或当过滤器位于含水层的顶部或底部时，

对于非完整潜水井:

当h＞150r_w，L/H0＞0.1时，

或当过滤器位于含水层的顶部或底部时，

式中:h——潜水含水层在自然情况下和抽水试验时厚度的平均值；

L——过滤器的长度；

其他符号意义同上。

（2）当多（孔）井稳定流抽水，利用观测孔中的水位下降资料计算渗透系数时，可利用下式计算:

完整承压水井:

完整潜水井:

式中:Q、M、H0同前；

S₁、S₂——观测孔1和观测孔2的水位降，m；

r₁，r₂——观测孔1、观测孔2距抽水孔轴心的距离，m。

4.计算影响半径

利用稳定流抽水试验观测孔中的水位下降资料计算影响半径时，可采用下式:

图5-48　多（孔）井潜水完整井抽水试验示意图

完整承压水井:

完整潜水井:

当缺少观测孔的水位下降资料时，影响半径可采用经验数据。

抽水试验资料整理时，除了确定渗透系数、影响半径外，还经常涉及到单位出水量、释水系数等参数，可根据相关试验规程或规范按要求确定。

图5-49　完整注水井示意图