城市雜填土抽水試驗分析

王慧玲 陳素云 張學(xué)平

（1北京市勘察設(shè)計研究院有限公司 北京 100038 2北京市環(huán)境巖土工程技術(shù)研究中心 北京 100038）

引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展，城市雜填土數(shù)量急劇增加，雜填土成分復(fù)雜，且堆填范圍、深度等均具有一定的隨意性[1-3]。涉及雜填土區(qū)域的設(shè)計、施工，尤其是地下水控制問題，就需要掌握雜填土的成分、性質(zhì)，及其涌水情況。

本文根據(jù)某道路勘察成果，分析城市雜填土的特征，通過在雜填土區(qū)域的抽水試驗，分析雜填土含水層的涌水情況，并應(yīng)用抽水試驗成果推測填土地下水控制區(qū)域，為地下水控制設(shè)計與施工提供依據(jù)。

1 工程概況

擬建道路位于北京市朝陽區(qū)，需下穿現(xiàn)狀鐵路，下穿段最大深度在7m左右，下穿路段北側(cè)分布有填土坑。

場區(qū)表層為人工堆積層，厚度在0.60～13.50m不等，主要為粉質(zhì)粘土素填土、房渣土、碎石填土及生活垃圾土，填土坑內(nèi)以房渣土、生活垃圾等雜填土和碎石填土為主。人工堆積層之下的第四紀(jì)沉積層由交互沉積的砂類土、黏性土和粉土組成，4～8m深度以細砂、粉砂為主，可賦存地下水，其下至14m深度以弱透水的粉質(zhì)黏土、黏土等為主。

2 地下水分布條件

道路沿線20m深度內(nèi)主要分布2層地下水，第1層地下水主要賦存于地表下8m深度范圍內(nèi)的細砂、粉砂層中，沿線該層水靜止水位標(biāo)高35.86～36.34m，水位埋深2.26～4.69m。第2層地下水分布于鐵路北側(cè)的填土坑范圍內(nèi)，主要賦存于人工堆積的雜填土中，靜止水位標(biāo)高32.25～32.56m，水位埋深6.48～7.46m。場區(qū)地層情況見圖1。

圖1 場區(qū)水文地質(zhì)剖面圖

由于填土坑內(nèi)含水層是在原人為挖土深坑的基礎(chǔ)上回填大孔隙的房渣土、碎石等形成的局部含水層，具有以下特點：一是分布范圍相對較小，僅局限于填土坑的范圍。根據(jù)調(diào)查訪問，填土坑?xùn)|西向長約500m、南北向長約250m，且不規(guī)則。二是厚度變化大，填土坑內(nèi)填土厚度為4.30～13.50m不等。含水層厚度在0～5.9m不等，在豐水季節(jié)水位較高時，含水層厚度相應(yīng)增大。三是滲透性強，由于填土坑內(nèi)人工回填土主要為房渣土和碎石填土，且回填時間較短，最早回填時間距今不超過3年，因此該填土層密實度差，孔隙大，從而導(dǎo)致了其滲透性強，鉆探時鉆孔涌水情況也反映出了涌水迅速的特點。

由填土坑所在位置典型水文地質(zhì)剖面圖可以看出，填土坑切穿了第1層含水層，填土坑內(nèi)地下水與道路處第1層地下水水位差異較大，可以將其視為相對獨立的不同含水層，但從兩層地下水賦存層位的接觸關(guān)系和水位變化規(guī)律上看，兩層地下水將存在一定的水力聯(lián)系，第1層地下水補給填土坑地下水。另外，考慮到兩個含水層的滲透性差異，即填土坑含水層的滲透性要遠遠大于第1層，可以認為填土坑含水層為第1層含水層的局部匯流入滲排泄區(qū)。

3 抽水試驗布置

道路路基及擋墻施工路段將直接涉及第1層地下水，穿越鐵路北側(cè)填土坑段，路基和擋墻基礎(chǔ)施工將涉及填土坑地下水。填土區(qū)域涌水量情況對于工程設(shè)計、施工有重要意義。

在鐵路北側(cè)填土坑范圍內(nèi)布置針對填土坑含水層的抽水試驗，試驗區(qū)段含水層底板標(biāo)高在26.57m左右，變化不大，水位標(biāo)高32.41m，含水層厚度6m左右，含水層巖性主要為房渣土。抽水試驗設(shè)計1眼抽水井，井深13.30m。并在不同間距布設(shè)3個觀測孔。3個觀測孔孔號分別為 w23(觀 1)、w22(觀 2)和 w27(觀 3)，深度分別為13.30m、13.40m和13.50m，過濾管長度分別為1.95 m、1.97 m、1.92m，距離抽水井間距分別為2.6m、5.6m、13.4m。

抽水試驗總計歷時3天，抽水平均穩(wěn)定流量為478m3/d(19.93m3/h)，抽水期間主井穩(wěn)定水位降深在 m，各觀測孔水位井深在0.16m左右，抽水過程中地下水位標(biāo)高歷時曲線見圖2。

圖2 抽水試驗觀測孔水位歷時曲線

4 抽水試驗成果分析

針對雜填土坑含水層的抽水試驗為潛水非穩(wěn)定流抽水，運用非穩(wěn)定流計算方法，利用觀測孔水位下降資料計算水文地質(zhì)參數(shù)，采用直線圖解法計算求得雜填土含水層的滲透系數(shù)可達500m/d之上。

填土坑內(nèi)地下水僅在有限范圍內(nèi)分布，非連續(xù)、穩(wěn)定層位，可視為有界含水層。雖然第1層含水層和第2層含水層之間存在一定的水力聯(lián)系，但第1層以粉砂、細砂為主的含水層滲透系數(shù)小于1m/d，第2層以雜填土為主的含水層滲透系數(shù)達500m/d以上，與漂石、塊石等的滲透性相當(dāng)[4-5]，兩個含水層的滲透系數(shù)差異極大，填土坑的邊界可近似考慮為隔水邊界。按照第2層含水層的滲透系數(shù)和分布面積推算，其影響范圍應(yīng)為整個填土坑的范圍。

從本次抽水試驗的資料整理、分析中也驗證了上述分析。依據(jù)地下水動力學(xué)相關(guān)理論，分析抽水試驗觀測孔的Δh2-lgt關(guān)系曲線（圖3）可以發(fā)現(xiàn)，曲線中出現(xiàn)多個直線段，說明抽水孔周圍存在多條隔水邊界。根據(jù)抽水試驗孔與初步圈定的填土坑部分界線的相關(guān)位置，試驗孔東側(cè)的邊界線距試驗孔最近，且基本為一條直線，可視其為一條直線隔水邊界。而圖3也表現(xiàn)出第2直線段斜率約為第1直線段的2倍。

圖3 w23觀測孔Δh2-lgt關(guān)系曲線圖

根據(jù)地下水非穩(wěn)定井流計算方法中的相關(guān)理論和計算方法[6]，可利用觀測孔資料確定抽水井至直線邊界的距離（λ）。計算方法如圖4所示。

圖4 井流試驗確定邊界位置示意圖

tc為第一、第二直線交點的時間；

（t01）為第一直線與lgt軸交點的時間。

計算得到w23觀測孔至虛井距離ρ＝16.6m，抽水井至隔水邊界距離λ為8.3m左右。與實際調(diào)查的填土坑邊界基本一致，也驗證了試驗分析的有效性。

綜合分析，填土坑內(nèi)以房渣土、碎石填土等雜填土為主的含水層滲透性強，滲透系數(shù)可達500m/d之上，但其影響范圍有限，主要還是局限于填土坑范圍，填土坑邊界距離抽水試驗井約8.3m。

結(jié)語

（1）城市雜填土成分復(fù)雜，以建筑垃圾、生活垃圾混合填埋為主，分布范圍、厚度等均有一定的隨機性。

（2）城市雜填土含水層涌水量主要與填埋成分相關(guān)，以房渣土為主的雜填土滲透系數(shù)可達到500m/d以上，與碎石土含水層的滲透系數(shù)相當(dāng),但其影響范圍主要受填土區(qū)域及填土性質(zhì)影響。

（3）雜填土抽水試驗成果可反應(yīng)出隔水邊界情況，可根據(jù)地下水非穩(wěn)定井流計算方法，利用觀測孔確定抽水井至直線邊界的距離。

[1]張振營,吳世明,陳云敏.城市生活垃圾土性參數(shù)的室內(nèi)試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2000，22（1）22-26.

[2]戴韶生，劉志明.城市雜填土土工特性的研究及常用地基處理方法[J].探礦工程，2002（5）20-21.

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[5]王雙，李小春，王少泉等.碎石土級配特征對滲透系數(shù)的影響研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2015(s2):4394-4402.

[6]陳崇希，林敏.地下水動力學(xué)[M].1999.