Гидрологические исследования. Бурение скважин на воду

Гидрогеологические изыскания являются составной частью инженерно-геологических и геотехнических изысканий.
Гидрогеологические исследования выполняются для изучения режима подземных вод, их температуры, химического состава, агрессивности, фильтрационных свойств грунтов, а также прогноза изменения гидрогеологических условий в процессе строительства и при эксплуатации сооружений (подтопления), определения возможных водо- притоков в котлованы и разработки системы строительного водопонижения. Опытно-фильтрационные работы (откачки и наливы) следует осуществлять в соответствии с ГОСТ 23278-2014.

Мы осуществляем бурение скважин на воду, геологоразведочное бурение (оценка полезных ископаемых), бурение инженерно-геологических скважин в минской, гомельской, бресткой, витебской, могилевской и гродненской областях.

Оставляйте заявку и мы ответим на любые вопросы о стоимости и ценах на бурение.

Фильтрационные свойства грунтов

Характеристикой водопроницаемости грунта является коэффициент фильтрации, представляющий собой скорость фильтрации при градиенте напора, равном единице. За скорость фильтрации принимается расход воды в единицу времени, отнесенный к площади поперечного сечения образца грунта. Ориентировочные значения коэффициента фильтрации грунтов приведены в таблице.
Скорость фильтрации воды в грунтах V характеризуется законом Дарси
Ориентировочные значения коэффициента фильтрации грунтов

Следует иметь в виду, что в некоторых грунтах, например, плотных глинах, фильтрация возникает лишь тогда, когда градиент напора превысит некоторое критическое значение, называемое начальным градиентом напора. При значительных величинах начального градиента напора следует учитывать его влияние при решении задач уплотнения грунта. Кроме того, в слабых глинистых грунтах в процессе их консолидации под нагрузкой коэффициент фильтрации значительно уменьшается при увеличении их плотности.

Полевые опытно-фильтрационные работы

В общий комплекс инженерно-геологических, инженерно-геотехнических и гидрогеологических изысканий входят и полевые испытания проницаемости грунтов.
Методы полевых испытаний водопроницаемости грунтов в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий рекомендуется выбирать в соответствии с табл. 13 (ГОСТ 23278).
Опытно-фильтрационные работы включают в себя пробные одиночные, опытные одиночные и кустовые откачки воды из скважин, опытные наливы воды в скважины и экспресс-опыты (откачки и наливы) в скважинах. Опробуются все водоносные горизонты в пределах проектируемой глубины заложения подземного сооружения и нижеза- легающий водоносный горизонт, если из него ожидается водоприток. Определяются гидрогеологические параметры водоносных слоев (горизонтов) и грунтов зоны аэрации (коэффициенты фильтрации), направление и скорость движения подземных вод.
Пробные откачки из одиночных скважин производятся для получения предварительной оценки фильтрационных свойств водовмещающих грунтов и химического состава подземных вод на стадиях разработки предпроектной документации, при рекогносцировке.
Опытные откачки из одиночных скважин производятся для определения ориентировочных значений коэффициентов фильтрации грунтов и водопроводимости пластов, установления зависимости дебита от понижения и применяются в простых гидрогеологических условиях (однородные или однородно-анизотропные пласты) на всех стадиях проектирования.
Опытные кустовые откачки применяются в сложных гидрогеологических условиях.

Дополнительно к опытным откачкам производятся экспресс- откачки или экспресс-наливы с целью массового определения фильтрационных свойств грунтов, а также для изучения фильтрационных свойств слабопроницаемых грунтов.
При наличии грунтовых вод коэффициент фильтрации Кф определяют методом откачки, в случае сухих пород - нагнетанием воды в скважины или методом налива в шурфы.
Откачка захватывает значительный объем водоносного массива, что позволяет получить усредненную характеристику водопроницаемости пород массива, удобную в инженерно-геотехнических и гидрогеологических расчетах. В ряде случаев откачка экономичнее массовых лабораторных определений нормативного значения коэффициента водопроницаемости.
Откачка является надежным способом определения водопроницаемости водоносных песков и гравия, из которых невозможно отобрать монолитные образцы для лабораторных испытаний.
Однако в практике инженерно-геотехнических изысканий откачки из одиночных и кустовых скважин применяются только для сооружений 1-го класса. Методика испытаний достаточно подробно изложена в различных источниках, в том числе и учебном пособии «Дорожное грунтоведение». В остальных случаях чаще всего применяются откачки из шурфов и наливы в шурфы и скважины как более простые и экономичные.

Метод откачки воды из шурфов

Откачку из шурфов целесообразно применять при определении фильтрационных свойств слабопроницаемых водоносных пород, залегающих на небольшой глубине от поверхности земли.
Коэффициент фильтрации по данным откачек из шурфов круглого сечения (дудки) определяется по формуле В.Д. Бабушкина.

При расстоянии дна шурфа круглого сечения от подошвы пласта, превышающем его диаметр не менее чем в пять раз, и Кф/Н < 10 расчет коэффициента фильтрации может производиться по формуле Форхгеймера.

Методы налива воды в шурфы

Для определения водопроницаемости грунтов в зоне аэрации, когда зеркало грунтовых вод находится на глубине не менее 5 м, проводятся опыты по инфильтрации воды из шурфов и скважин [5].

Испытание методом налива воды в шурфы выполняют в необ- водненных однородных по литологическому составу и плотности сложения грунтах при постоянном напоре воды по следующим схемам:
¥    установившегося движения воды до стабилизации расхода воды при условии, что глубина промачивания в период проведения испытаний не должна достигать капиллярной каймы грунтовых вод или границы слоя грунта с иной водопроницаемостью;
¥    неустановившегося движения воды - без необходимости стабилизации расхода воды и ограничения глубины промачивания. Метод А.К. Болдырева - определение водопроницаемости неводонасыщенных грунтов с помощью инфильтрации воды из шурфа.
В испытуемой породе вырывают шурф. У бровки шурфа устанавливают два сосуда емкостью по 10...20 л, из которых на дно шурфа по опущенной вниз трубке непрерывно подается вода. Уровень воды в шурфе все время должен оставаться постоянным - около 10 см над уровнем дна. Опыт продолжается до тех пор, пока расход воды не станет более или менее постоянным.
Затем определяют количество воды Q, поступающей в шурф в единицу времени, для чего по опытным данным строят кривую Q = f(t). Считая гидравлический уклон равным единице, вычисляют коэффициент фильтрации.

Метод Болдырева дает преувеличенное значение коэффициента фильтрации, так как в нем не учитывается зона бокового растекания из шурфа. Этим методом можно пользоваться в тех случаях, когда требуется лишь приближенное определение коэффициента фильтрации в песчаных и трещиноватых породах, где влияние капиллярных сил ничтожно.
Метод Н.К. Гиринского, разработанный им в 1951 г., позволяет учитывать растекание фильтрационного потока, силы капиллярного всасывания и влияние защемленного воздуха, остающегося в порах породы при фильтрации воды из шурфа.
В дно шурфа вставляют цилиндр (однокольцевой инфильтро- метр) из листового железа толщиной 1,5.2,0 мм и высотой 35 - 40 см. В процессе опыта строится график зависимости расхода воды от времени Q = f(t).
Зависимость значений Кф от Q для определенного диаметра цилиндра выражается следующей формулой:
Кф = ZQ, м/сутки, 
где Z- коэффициент, величина которого зависит от Н + 1пк; Q - установившийся расход воды, л/мин; Н - высота столба воды в цилиндре, м.
Величину Н + 1пк ориентировочно можно получить из табл. 14, а значения Z для случая, когда диаметр цилиндра равен 35 см и заглублен в дно зумпфа на 1 см, приведены в таблице.

Метод Н.С. Нестерова

Н.С. Нестеров усовершенствовал метод А. К. Болдырева, что позволило исключить ошибки на фильтрацию вверх по стенкам шурфа и значительно уменьшить боковое растекание воды.

Рис. 80. Опытная установка Н. С. Нестерова: 1 - мерные линейки; 2 - бутыли с водой; 3 - слой гравия; 4 - внутреннее кольцо; 5 - внешнее кольцо
 

При проведении опыта по методу Н.С. Нестерова в спланиро-
ванное дно шурфа на глубину 5.8 см, не нарушая плотности грунта,
соосно вдавливают два стальных цилиндра высотой 20 см, один не-
сколько меньше другого по диаметру. Уровень воды 10 см в них под-
держивают постоянным в течение всего опыта. Опыт продолжают до
стабилизации расхода воды.
При использовании двухкольцевого инфильтрометра предпо-
лагается, что вода из внутреннего кольца идет главным образом на
инфильтрацию в вертикальном направлении, что позволяет принять
поперечное сечение инфильтрационного потока равным поперечному
сечению внутреннего цилиндра.
Значение капиллярного давления, близкое примерно 50% максимальной высоты капиллярного поднятия, Н.Н. Биндеман рекомендует определять по таблице.

Глубину просачивания z определяют бурением двух скважин небольшого диаметра вблизи шурфа и в центре внутреннего кольца. Из обеих скважин отбирают образцы для определения влажности грунта. По сопоставлению влажности устанавливается глубина просачивания воды за время опыта.
Метод Н.С. Нестерова дает лучшие результаты в слабопроницаемых породах, особенно в покровных суглинках и лёссах со столбчатой структурой, когда преобладает вертикальная составляющая фильтрации. Недостатком этого метода является длительность опыта.
Метод Н.Н. Биндемана предусматривает вычисление водопроницаемости ненасыщенных грунтов на основании уравнений неуста- новившегося движения. Опыт проводится по способу двухкольцевой инфильтрации, предложенному Н.С. Нестеровым.
Коэффициент фильтрации по Н.Н. Биндеману может быть определен по формуле.

Метод налива воды в скважины

Опытные наливы воды в скважины для определения коэффициента фильтрации сухих пород можно производить как в совершенные скважины, при небольшой мощности пласта, так и несовершенные, при значительной его мощности.

Определение коэффициента фильтрации по данным опытных наливов в сухой грунт

Методику определения коэффициента фильтрации Кф по данным опытных наливов в сухой грунт, подстилаемый горизонтальным водо- упором, разработали Г. И. Баренблатт и В.М. Шестаков.

Рис. 81. Схема к расчету фильтрационного потока при наливах воды в совершенную скважину в неводоносных изотропных породах:
1 - кривая депрессии; 2 - наблюдательная скважина
 

Опыт заключается в наливе постоянного количества воды в совершенную скважину и наблюдении за изменением во времени уровня свободной поверхности созданного таким образом грунтового потока. Наблюдения осуществляются в опытной скважине.
Для расчета коэффициента фильтрации необходимо иметь два замера уровней воды в опытной скважине на моменты времени t = t1 и t = t2 и расход воды Q, подаваемой в скважину.
Для опытной скважины величина коэффициента фильтрации рассчитывается по формуле.

Мы можем выполнить гидрогеологические исследования и бурение скважин на воду, бурение водозаборных скважин, проект на бурение водозаборных скважин, бурение скважин для воды, бурение промышленных водозаборных скважин, бурение промышленных водозаборных скважин для строительства, бурение скважин для питьевой воды, бурение водозаборных скважин, бурение артезианских скважин для воды.