抽水试验参考

第二节抽水试验

一、抽水试验的目的及其类型

（一）抽水试验的目的

确定抽水钻孔（井）的特性曲线和实际涌水暈，评价含水层的富水性，推断和汁算钻孔（井）最大涌水量和单位涌水量。

确定含水层的渗透系数，用以预测坑道的可能涌水量，为坑道疏千排水方案提供依据。

确定影响半径和降落漏斗的形态及扩展情况。

了解地下水与地表水及不同含水层间的水力联系。

（二）抽水试验的类型

根据抽水孔与观测孔数量分类

（1）单孔轴水试验，即只有抽水孔（上孔），而无观测孔的抽水试验，上要是确定含水层的富水性、渗透性及出水量与水位下降的关系。此法简单，成本低，但所获成果精度差。

（2）多孔抽水试验，即有一个抽水孔（主孔）抽水和一到数个观测孔观测水位。主要是确定含水层在不同方向上的渗透性、漏斗彩响范围和形态、补给带宽度、各含水层间或与地表水之间的水力联系。可较准确地确定水文地质参数，但成本较高。

在同一钻孔中根据含水层的多少分类

（1）分层抽水试验，即分别确定各含水层的水文地质参数。当布有不同深度的观测孔时，尚可了解各含水层间的水力联系。该试验应严格分层止水。

（2）混合抽水试验，即概略的确定某一含水层组的水文地质参数。

根据钻孔揭露含水层的情况分类

（1）完整井抽水。钻孔深度达到含水层的底部，且含水层的整个厚度都是透水的，即过滤器的氏度等于含水层的厚度（当过滤器长度大于3/4含水层厚度时，也可视为完整井）。除大厚度含水层地区外，一般均应进行完整井抽水，以确定含水层的水文地质参数。

（2）非完整井抽水。钻孔深度末达到含水层底部，即过滤器K度小于含水层厚度。当为大厚度含水层或从经济条件考虑时，方采用非完整井抽水。

二、抽水试验的方法与要求

（一）抽水试验孔及观测孔的布置

抽水试验孔的布置

抽水孔应布置在对工程地质稳定性和建筑物有较大彩响、可能充水的构造破碎带及地下水富集的松散含水层地段。

观测孔的布置

观测孔应根据含水层的性质、均匀性，结合工程要求布置，一般可布置1〜3个；必要时也可布置1〜2排。当布置1排观测孔时，应垂直地下水流向或平行地下水流向；当布置2排观测孔时，一排应垂直地下水流向，另一排应乎行地下水流向。每排上观测孔的数量应不少于2个。

观测孔至抽水孔的距离，一般按表2-3-1确定。

抽水孔与观测孔之间的距离表2-3-1

含水岩层

渗透系数

K（m'd）

地下水性质

观测孔至抽水孔距离（m）

影响半径近似值

（m）

1

2

3

坚硬多裂隙的岩层

>60

承压水

15-20

30〜40

60〜80

>500

潜水

10〜15

20〜30

40〜60

坚硬稍有裂隙的岩层

60〜20

承压水

6~8

10〜15

20〜30

150〜250

潜水

5~7

8-12

15〜20

没有细颗粒的纯砾卵石层，均质的粗、中砂

>60

承压水

8〜10

15-20

30〜40

200〜300

潜水

4~6

10〜15

20〜25

倉有大虽细颗粒的砾石土和卵石土

60〜20

承压水

5~7

8-12

15〜20

100〜200

潜水

3〜5

6~8

10〜15

非均质的杂粒砂和细砂

20〜5

承压水

3〜5

6~8

10〜15

80〜150

潜水

2~3

4〜6

8〜12

(二)抽水试验的技术要求

试验抽水

试验抽水是为了清洗钻孔；

检查抽水机械运转是否止常；

了解最大降深的涌水量，作为止式抽水确定降深的依据；

试验抽水仅作一次最大水位降深，其延续时间一般为4〜8h,试抽后要止确测定静止水位及孔深。

止式抽水试验的技术要求

水位降深

止式抽水试验一般进行三次降深，其最大降深值可接近井的设计动水位，其余两次降深值宜分别为最大降深值的1/3和2/3,各次降深的差值应不少于lm。

当钻孔出水量很小(qV0.1L/s・m),试验时的出水量已达到钻孔极限出水能力时，水位下降次数可适当减少。

各次水位降深的水泵吸水管口的安装深度应相同。

每次水位降深稳定时间

卵石、圆砾和粗砂含水层为8h。中砂、细砂和粉砂含水层为16ho基岩含水层(带)为24h。

当含水层或邻近含水层水质复杂，以及地下水补给来源不明确或有其它问题需要进行氏期抽水试验时，其延缓时间可适当延长。

非稳定流抽水试验的延续时间，应按水位下降与时间(S或(或A//2)-lgH关系曲线确定(S为水位降深，^h2=H2~h2,Jt中H为潜水含水层的自然厚度，力为抽水后潜水含水层的厚度)。若S(或A/,2)・lgr关系曲线有拐点，则延续时间宜至拐点后的线段趋于水平为止；如无拐点，则延续时间宜根据试验目的确定，但不得少于一个对数周期。

在承压含水层中抽水时，一般采用S・lgr关系曲线。在潜水含水层中抽水时，采用A/r-lgr关系曲线。

拐点是指曲线上斜率的偏导数等于零的点。

当有观测孔时，应以最远观测孔的S(或△/,)・1刃关系曲线判定。

抽水试验的稳定标准

在抽水稳定延续时间内，出水量和动水位与时间关系曲线只在一定的范围内波动，且没有持续上升或下降的趋势。

在稳定时间段内，用水泵抽水时，动水位允许波动范围为3〜5cm,用空压机抽水时，动水位允许波动范围为5〜10m,出水量波动范围均不宜超过5%o

当有观测孔时，应以最远观测孔的水位达到稳定为标准。

在判断动水位有无上升或下降趋势时，应考虑自然水位的彩响因素。

水位降深与出水量观测

抽水试验时，对动水位和出水暈的观测，应同时进行。

按稳定流抽水试验时动水位和出水量观测的时间，宜在抽水开始后的第5、10、15、20、25、30min各观测一次，以后每隔30niin观测一次。

按非稳定流抽水试验时，出水量应保持常量，对出水量、丄孔和观测孔的水位观测宜在

抽水开始后第1、2、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120niin各观测一

次，以后每隔30min观测一次。

多孔抽水时，观测孔的水位测量与抽水孔一致。如果有两个以上的观测孔，应先观测近的，后观测远的，从抽水孔起，由近而远，依次观测。

（5）水温、气温观测

每次水位降深开始时，水温、气温应同时观测一次，若水温变化幅度不大时，以后则每隔2〜4h观测一次。

（6）恢复水位观测

每次抽水试验结束后，对抽水孔和观测孔应在停泵后的第1、2、3、4、6、8、10、15、20、

25、30niin各观测一次恢复水位，以后每隔30inin观测一次，直至接近或达到静止水位。

（7）抽水试验时对排水要求

为防止抽出的水渗人到抽水岩层，应根据地形坡度，含水层的埋深。地下水流向和地表渗透性能等因素确定排水方向和排水距离，并使排水通畅。

（8）水样采取

应分别在每次降深结束前各采取水样一个。水样采取数暈根据工程的要求确定。

三、抽水试验的设备

（一）抽水机具

根据地下水的埋深，单孔最大涌水量以及井管直径来选择泵型：

往复式水泵（钻机上附属水泵）：吸水深度一般4.5〜6.5m,出水量1〜3L/s,较适于小口径钻孔抽水，调整降深及测量水位方便。

拉杆式水泵：吸水深度60m,出水量2.5〜5.2L/S,可用于水位较深、水量较小的抽水试验孔。

离心泵：吸水深度6〜7m,出水量大，可根据单孔最大涌水暈及钻孔葺径选用适当的型号，运用简便，经济，

深井泵：可在水位埋深70〜150m的钻孔中做大降深抽水试验，但要求钻孔•苴径要大，并对水中含砂量限制严格，根据单孔最大涌水暈、钻孔苴径、水位降深来选择适当的深井泵型县。

空气压缩机：一般用在水位埋深50〜70m的钻孔中进行抽水试验，试验孔管径不宜小于127mm,所需配套设备较多，试验成本较高。

（二）过滤器

过滤器是抽水时保护孔壁、防止孔壁坍塌的上要设备。过滤器选择得是否合理，苴接彩响抽水试验的质量。过滤器的类型，应根据含水层的岩性来选择。

（1）某岩具有裂隙、溶洞（其中有充填物），可采用骨架过滤器、缠丝过滤器或填粒过滤器。

（2）卵（碎）石、圆（角）砾，可采用缠丝过滤器或填粒过滤器。

（3）粗砂、中砂，可采用包网过滤器、缠丝过滤器或填粒过滤器。

（4）细砂、粉砂，可采用包网过滤器或填粒过滤器。

装置过滤器的位置和长度的一般要求，见表2-3-2o

非填粒的包网过滤器的网眼尺寸和非填粒的缠丝过滤器的缠丝间隙尺寸，宜符合下列要求：

（1）均匀的中砂和粗砂类含水层，包网的网眼尺寸，宜采用血的1.5〜2倍，缠丝的间隙

尺寸，宜采用〃50的1〜1・5倍。

（2）非均匀的砂类含水层，网眼的尺寸和缠丝间隙的尺寸，中砂宜采用〜d50,粗砂宜采川〜〃40。

装置过滤器的位置和长度的一般要求表2-3-2

试验孔类型及倉水层特征

装置过滤器的位置或长度

附注

完整孔抽水

过滤器穿孔部分长度一般不应小于金水层厚度的

80%〜90%

河床底下的单孔抽水过滤器顶端至河底的距离：

亠7

°ln（//7-）

1一一过滤器有效工作长度：

7——钻孔半径。

过滤器的下端，宜有封底沉

淀管，其长度2~4m

不完整孔抽水

按淹没式过滤装建其长度不应少于2~3m按非淹没式过滤器装置其长度垠好为介水层厚度的1/3。进行嚴大降深时，过滤器实际进水部分长度不应小于l~2m

完整孔多孔抽水

抽水孔附近的观测孔下过滤器的深度和长度可比抽水略浅一些、短一些，距离抽水孔愈远则其深度应更小

非完整孔多孔抽水

观测孔下过滤器的深度和长度应视存水层透水性能及影响半径而定，一般距抽水孔兪远则兪小

非均质金水层中抽水

过滤器最好安装在透水性较强的地段

在倉水层厚度较大的钻孔中抽水

过滤器穿孔部分不应小于当侖水层厚度小于

10m,应尽力装置成完整井

河床底下的单孔抽水

1.含水层厚度在12~15m以上者，过滤器位于含水层中部，过滤器顶部至河底的距离，应以不受其影响为准：2.若倉水层厚度不大，过滤器应靠近隔水层底部,并且过滤器的长度不应超过倉水层厚度的1/3

填粒过滤器的滤料规格可按下列规定确定：

（1）当砂土类含水层的不均匀系数时，填粒过滤器的填粒规格宜采用式2-3-4II-算：

Z）5o=（6〜8）〃50（2-3-4）

式中D5o一一填粒筛分级配曲线上颗粒含量为50%为粒径；

（ho——含水层土筛分级配曲线上颗粒含量为50%的粒径。

（2）当碎石土类含水层时，填粒过滤器的填粒规格，宜采用式2-3-5计算：

D50=（6〜8）^0（2-3-5）

式中d20——含水层土筛分级配曲线上颗粒含量为20%的粒径。

（3）当碎石土类含水层的时，充填粒径10〜2Onmi的滤料；

（4）填粒过滤器填粒的不均匀系数值应小于等于2；

（5）填粒过滤器的填粒厚度，粗、砾砂等含水层宜为75mm；中、细、粉砂含水层宜为

lOOmnio

（三）试验测量设备（见表2-3-3）

试验测最设备表2-3-3

名称

种类

适用条件

优缺点

注意事项

优点

缺点

水位计

测钟

任何深度水位

使用携带方便，

操作简单

长期使用绳会收缩，测呈谋差大，深水位不易听到响声

估计近水面时勤放，所得出数据较准

续上表

名称

种类

适用条件

优缺点

注总事项

优点

缺点

水位计

电测水位计

任何深度水位

谋差较小，测虽:水位方便，大小钻孔均适用

灯光水位计

抽水固定观测

灵敏度高

在小孔径斜孔中不好使用

绝缘不良时，资料有较大的谋差

浮标水位计

水位浓度不大

使用方便，对于水位跳动能及时发现

水位降深大时，需将标尺升降，使用不便

流

计

容积法（S

桶）

流虽:不大

准确度高

当容积太大时，増加安装和运输的困难

使用容积法测流呈时，一次充水时间不应小于20s,以减少测定谋差

流虽表

流呈大小均适用

使用方便，减少计算时间

蒂确度差

堰箱（三角堰.梯形堰）

流一大小均适用

制作使用均方便

水而波动大时，所求流量准备性较差

用堰测前须校正,测水头（力）须在堰口上游测，流量较小时用三角堰和梯形堰较宜

温

计

泉水温度计

浅孔中水温测星

使用方便

当钻孔很深时，测虽不准确

泉水温度计，测喷水温水，水温计小球应放在水流中读数，无框水温计要在水中停留3-5niinc如用在浅孔中测水温，则泉水温度计需放在孔中30min,若含水层很厚应分3段测虽，即水位2~3m处含水层的中间和底部，但不要将温度计放在钻孔底，要稍微高出一些

缓变温度计

浅孔或较深孔中

水温测虽：

温度升降缓慢，故在较深孔中测虽水温，它可保持温度5~10mm,或更多

野外制作困难

深孔温度计

深孔中水温测星

在水压很大的孔中很准确测虽水温，不受孔深影响

使用时，注意升降套筒平稳，不得使其发生很动和摇荡，否则就可能形响测虽的准确性,因为丧动和急放可使温度计中的水银押落，放入钻孔中的停留时间应不少于40nun

1一井壁曾&空水晉;

出水®丨

风客I

4一混音器；

6•—許ik水位i

7—动乩位.

四、空气压缩机抽水

（一）空气压缩机抽水的原理

当压缩空气从风管经混合器喷进出水管时,在出水管内空气与水混合，其混合液比重较轻,便顺出水管迅速上升并喷出管口，向井外排出，同时井中地下水位形成相应的降深。

空压机抽水装置如图2-3-2所示。

（二）空压机抽水的有关计算

浸没比：

H

a二X100%（2-3-6）

H+h

沉没系数：

X二—（2-3-7）

图2-3-2空气压缩机抽水装进示总图

每上升ll£水所需的空气容积:

V=K

77+10

10

(2-3-8)

每小时抽水0（m?）时所需的空气容积:

(2-3-9)

抽水开始时的启动压力:

抽水时的工作压力：

出水管直径:

几=10(H+h—ho+2)

Pp=10(H+Zp)

d=I土•空尘

Vnv

(2-3-10)

(2-3-11)

(2-3-12)

式中a——浸没比（％）,—般a值不应小于50%〜60%,也可由图2-3-3査血

H风管浸没深度，从动水位算起（m）；h——液体上升高度，从动水位算起（m）；

无——沉没系数，一般不应小于0.6〜0.8,作长期抽水时宜用1.0〜1.2；

V-——每上升lm‘水所需空气容积（3）；也可查图2-3・4求得；

K——系数，AT=2.17+0.0164//：

Vn——每小时抽水0（n?）时所需空气容积（m'/min）；

Pn——抽水开始时的启动压力（kPa）；

//0——静水位至出水管口高度（U1）；

Pp——抽水时的工作压力（kPa）；

Lp——空气运送途中的压力损失值，一般不超过5,通常为2〜3；

d出水管直径（m）；

q\出水量（m'/s）；

1一垠小允许深度：2—最佳深度：力一动水位至出水口高度<m）：凤一混合器至出水口高度（m）

M!(l12III

图2-3-4每扬li£水所需空气容积曲线

1—垠佳工作深度时空气消耗虽：2—垠小允许深度时空气消耗量：力一动水位深度（m）：宀空气消耗虽（m3）e

qi——空压机送出的空气容量(m3/s)；

U——出水管中水气混合体上升速度(m/s),经验值u=8〜9。

扬程与沉没深度关系见表2・3・4。

扬程与沉没深度关系表2-3-4

扬程刀(m)

<10

10〜50

50〜100

>100

沉没深度H(m)

3力

1.5/7

(0.6-1)h

(0.35〜0.6)h

五、抽水试验资料的整理

(-)现场整理

绘制0、S・r过程曲线如图2-3・5所示。

2--$llr$?|

图2-3-5Q、SJ过程曲线图

(G按稳定流计算:(b)按非稳定流计算。

绘制S・10过程曲线图，如图2・3・6所示。图中：

段为积分指数函数曲线段。当管壁阻力较大时，会呈现上部之虚曲线，不宜作计算段;

BC段：无越流及管壁阻力的影响，一般宜作K、a、“的计算段；

CQ段：为越流偏离段；

DE段:可作为求越流系数的线段。

图2-3-7O=f(S)关系曲线图

3・绘制Q=f(S)关系曲线图，如图2-3-7所示。

图中曲线：

—承压水；

—潜水或承压水受管壁(包括过滤器)阻力和三维流、紊流的