水文地质钻探在土壤调查采样中的应用

王 磊

(黑龙江省生态地质调查研究总院，哈尔滨 150027)

水文地质钻探是水文地质调查中的重要组成部分[1]，其主要作用是通过钻探获得地下水的相关数据，从而对地质条件及水质环境有一个初步的了解，通过技术分析为后期其他工作提供基础数据[2]。随着近代工业的快速发展，环境污染日益加剧，“土十条”的发布，再一次将土壤调查推到了显著的位置。2020年开展的重点行业企业土壤调查采样工作，主要针对企业用地中的土壤污染情况。土壤和地下水存在相互影响，地下水的污染情况能侧面体现土地的现状，地下水井施工是地下水样品采集工作中的基础支撑[3]。

1 地下水钻探设备及采样井深度

地下水钻探主要采用探坑法、手工钻探、冲击钻探、螺旋钻探、直推式钻进方法，一般建议使用非搅动式钻探方法及设备，以降低对所取样品影响的可能性。

采样井深度依据采样施工地块内工程勘察报告进行设置。如果没有相关资料可根据临近地块地质条件及现场人员确认，来初步确认地下水采样井深度，具体实际成井深度根据现场土壤钻探进尺情况确定。

2 采样井建设过程

2.1 钻孔

开孔直径应对后期下管、填料、止水不产生影响。钻孔达到设定深度后进行钻孔掏洗，以清除钻孔中的泥浆和钻屑，然后静置2 h并记录静止水位。

2.2 下管

2.2.1 井管型号选择

考虑到井管内径过大可能会导致地下水紊流，容易致土壤颗粒进入地下水中，故在满足洗井与样品采集要求的前提下，尽可能选择小口径井管。

2.2.2 井管材质选择

井管材质应选择坚固、耐腐蚀且不会对地下水水质造成污染的材料制成的。采样地块内地下水检测项目为有机物或地下水需要长期监测时，不锈钢材质的井管应作为首选。当检测项目为无机物或地下水腐蚀性较强时，氯乙烯(PVC)材质的井管应作为首选。管材的选择不是一成不变的，应随地块的实际地质情况进行选择。

2.2.3 滤水管类型

滤水管使用0.2～0.5 mm缝宽的割缝筛管或空隙能够阻挡90%的滤层材料的管材，根据现场滤层材料相应选择割缝筛管。滤水管管孔的直径不宜超过5 mm，管孔与孔壁的间距离应在10～20 mm。滤水管外应以铁丝包裹，并固定钢丝网或尼龙网2～3层，包网在40目左右。

2.2.4 下管过程

下管前应校正孔深，并按先后次序逐根丈量井管，排列顺序，统一编号，逐一试扣，确保地下隐蔽工程的准确无误，保证下管深度的准确和滤水管的安装位置对采样不产生影响。应放缓井管下放速度，中途遇阻时，在保证安全成井的前提下，可提动或转动井管。如仍无法完成下管工序，应将井管提出，在清除孔内阻碍物后再重新尝试下管。整个下管工序完毕后，将井管扶正、固定，确保井管与钻孔的轴心重合[2]。

2.3 滤料填充

在管壁与孔壁中的环形空隙内使用导砂管，将滤料缓慢填，沿着井管四周，一边填充一边晃动井管，做到均匀填充，以防止滤料填充时造成架桥或卡锁等现象。要对滤料填充过程进行定时测量，确保滤料达到设计高度。滤料层在沉淀管底部一定距离直至滤水管顶部以上50 cm处。选择球度和圆度好、无污染的石英砂作为滤料层材料，使用前需进行筛选和清洗，预防对地下水质产生影响[2]。根据目标含水层土壤的粒度来确定滤料粒径，一般以1～2 mm粒径为宜。

2.4 密封止水

2.4.1 止水层

止水层其作用主要为防止滤料层以上的外来水通过滤料层进入地下水井内，造成采样水质的影响。止水部位根据钻探施工后的含水层的分布情况确定，一般情况下在隔水层或弱透水层处，应填充在滤料层以上50 cm的位置。为确保止水的稳定性，易采用直径在20～40 cm的球状膨润土进行两段填充。第一段位于滤料层往上，使用干膨润土至少填充30 cm，之后再使用加水膨润土或者膨润土浆继续填充，直至距离地面50 cm处[2]。

2.4.2 回填层

回填层位于止水层之上至采样井顶部。依据调查地块的实地质条件对回填材料进行选择。回填材料优先选用膨润土，只有在地下水成分有可能导致膨润土水化不良时，才选择混凝土浆作为备选材料。当选择混凝土浆材料进行回填时，为延缓固化时间，可添加5%～10%的膨润土混入混凝土浆中。

2.5 井台构筑

隐藏式井台。隐藏式井台与地面水平，适用于路面等特殊位置。

明显式井台。明显式井台在地上部分露出井管应保留在30～50 cm，使用井管同材质的管帽对井口进行封堵。井管应采用管套对地上部分进行保护，使用混凝土浆对管套与井管间空间进行固定。井台应设置明显标识牌，清楚指明该采样井编号、建井负责人、相关联系方式等信息。

2.6 成井结构

在前期地下水井施工完成后，形成采样井结构示意图，见图1。

图1 采样井结构示意图Fig.1 Structure of sampling well

2.7 成井洗井

建成后，井内填料在充分养护、稳定后，方可进行洗井。洗井时对流量进行控制，小于3.8 L/min。完成洗井的标准：先直观判断，目测水质基本上达到水清砂净，水质相应检测数据参数值基本稳定或其浊度不大于50 NTU。洗井过程防止交叉污染。设备在洗井前清洗。

2.8 采样井建井记录单

成井后测量记录点位坐标及管口高程，填写成井记录单、地下水采样井洗井记录单等。成井过程中对关键环节或信息拍照记录，每个环节不少于1张照片，以备质控。