原位注水試驗在水利防滲墻抗?jié)B性能檢測上的對比

袁瑞佳（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司）

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原位注水試驗在水利防滲墻抗?jié)B性能檢測上的對比

袁瑞佳（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司）

在防滲墻中同時進行常水頭注水試驗、圍井注水試驗、芯樣室內滲透試驗。通過三者對比，排除公式計算條件中的實際誤差。圍井注水更能反映工程的實際情況。

圍井注水；滲透系數(shù)；防滲墻

塑性混凝土防滲墻作為軟基防滲處理、堤壩加固的新技術、新工藝被廣泛運用。塑性混凝土防滲墻的主要功能是防滲，因此采用原位試驗測定墻身的滲透系數(shù)對評價塑性混凝土防滲墻的防滲性能具有重要意義。原位測試測得的滲透系數(shù)為整個滲流區(qū)較大范圍內滲透系數(shù)的平均值，結果比較可靠。原位注水試驗方法有多種，鑒于壓水試驗時壓力過大（一般大于0.5MPa壓力）可能對防滲墻有破壞可能，而鉆孔降水頭試驗法由于精度要求，受限于現(xiàn)場條件難于精確進行試驗。因此本文對鉆孔常水頭注水試驗法，圍井注水法的特點進行了對比。

1　原位測試方法

1.1鉆孔常水頭注水試驗

用帶水表的注水管或量筒向套管內注入清水，使管中水位保持在管口，測出管口水位高出地下水位的水頭H。試驗時，首先按照5min時間間隔連續(xù)測量5次，然后每隔20min測量1次，并至少測量6次，當連續(xù)2次的注入水量之差不大于最后一次注入水量的10%時，視作流量穩(wěn)定，終止觀測。當試驗段在地下水位以下時，滲透系數(shù)為：

式中：K為試驗段的滲透系數(shù)，cm/s；Q為注入流量，L/min；H為試驗水頭，cm；A為形狀系數(shù)，由鉆孔和水流邊界條件確定，cm。

當試驗段在水位線以上，且50＜H/r＜200、H≤l時（r為鉆孔內半徑，cm；l為試驗段長度，cm），滲透系數(shù)為：

1.2圍井注水試驗

圍井注水試驗法主要用于高噴墻抗?jié)B性能檢測，采用常水頭法進行，即在圍井內設置一固定水位，通過量杯或便于計量的水表等，不斷向圍井內注入水，保持固定水位不變，測得穩(wěn)定水量Q后代入公式計算滲透系數(shù)。其墻體滲透系數(shù)為：

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為注入流量，m3/d；t為高噴墻的平均厚度，m；L為圍井周邊高噴墻軸線長度，m；H為試驗水位到井底的深度，m；h0為地下水位至井底的深度，m。

2　工程實例

2.1工程概況

某流域綜合治理一期工程（擋潮閘），由于閘門處地基土中存在砂層等強透水層，因此采用塑性混凝土防滲墻解決擋潮閘的滲透問題，塑性混凝土防滲墻設計參數(shù)見表1。

2.2注水試驗

經(jīng)過與該項目的業(yè)主及施工方溝通，在閘門防滲墻處平均選取了7個點進行鉆孔常水頭注水試驗。每個點鉆機均采用清水鉆進，每隔5m進行鉆孔常水頭注水試驗法，以套管孔口為控制水位進行注水試驗過程控制和記錄。

2.3滲透系數(shù)的計算

表1　塑性混凝土設計參數(shù)

常水頭試驗嚴格按照 《注水試驗規(guī)程》（YS5214-2000）的規(guī)定進行，并結合式（1）、式（2）計算滲透系數(shù)。利用注水試驗測得的試驗數(shù)據(jù)，結合防滲墻墻體鉆孔的實際情況，對圍井法計算模型進行簡化。當鉆孔達到某個深度并開始常水頭試驗時，以鉆孔圓心為中心截取邊長為70cm的正方形為圍井截面，此時圍井平均墻厚為15.5cm，軸線總長為280cm。假定鉆孔底部為相對隔水層，則可以代入圍井注水試驗的公式計算防滲墻的滲透系數(shù)，但考慮到防滲墻軸線方向的兩個截面未發(fā)生滲漏，因此將計算得到的滲透系數(shù)乘以2作為防滲墻的實際滲透系數(shù)。

兩種計算方法采用兩種數(shù)據(jù)處理方式：①注水試驗使用止水栓塞每隔5m進行一次，可計算每5m的滲透系數(shù)以及孔口-孔底段整段的滲透系數(shù)。②考慮到鉆孔常水頭注水試驗的結束條件是被評價段滲透穩(wěn)定的控制條件，因此可利用注水量減除的方法實現(xiàn)分段計算。結合本試驗即用圍井法計算滲透系數(shù)時每5m分別計算，若利用0～20m的注水量減去0～15m的穩(wěn)定滲流量，則可計算出15～20m的滲透系數(shù)。

基于常水頭注水試驗法，圍井注水試驗法，采用孔口-孔底整段計算方式得到的滲透系數(shù)見表2～3，采用每5m一段的計算方式得到的滲透系數(shù)見表4～5。

表2　常水頭注水試驗孔口-孔底計算滲透系數(shù)

表3　圍井注水試驗孔口-孔底計算滲透系數(shù)

表4　常水頭注水試驗每5m分段計算滲透系數(shù)

表5　圍井注水試驗每5m分段計算滲透系數(shù)

3　數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表2～3，樁號0+100、0+150孔位處所有測段滲透系數(shù)均相對較大，經(jīng)分析采用孔口-孔底整段計算時，兩種方法計算的防滲墻各段滲透系數(shù)受集中透水段的影響很大，會導致集中透水段以下各段滲透系數(shù)明顯偏大。說明孔口-孔底整段計算滲透系數(shù)的方法對于有集中滲漏情況存在的注水試驗不適用。排除上述2處孔位的數(shù)據(jù)，對滲透系數(shù)分布區(qū)間重新進行統(tǒng)計，結果見表6。

綜合表6，采用孔口-孔底整段計算時，常水頭注水法計算的滲透系數(shù)數(shù)量級為10-5、10-6cm/s；圍井法計算滲透系數(shù)數(shù)量級主要為10-6、10-7cm/s，后者比前者小1個數(shù)量級。采用每5m分段計算時，常水頭注水法計算的滲透系數(shù)數(shù)量級主要為10-6cm/s；圍井法計算滲透系數(shù)數(shù)量級主要為10-6～10-7cm/s，后者比前者小1個數(shù)量級。

表6　孔口-孔底整段計算滲透系數(shù)數(shù)值分布區(qū)間統(tǒng)計

于此同時，在鉆孔時同步取樣，取得的芯樣進行室內的滲透系數(shù)試驗，試驗結果表面大多數(shù)芯樣的滲透系數(shù)數(shù)量級為10-7cm/s，僅有約10%芯樣的滲透系數(shù)數(shù)量級為10-6cm/s。即大多數(shù)芯樣的滲透系數(shù)與圍井法計算得到的滲透系數(shù)相近，表明圍井法計算的滲透系數(shù)更符合工程的實際情況。

4　結語

防滲墻滲透系數(shù)的孔口-孔底整段測試方法適用于墻體整體防滲性能的評價；防滲墻滲透系數(shù)的分段測試方法可檢測出防滲墻較易滲漏的具體位置。

通過對兩種原位滲透試驗的滲透系數(shù)進行統(tǒng)計分析表明：圍井注水試驗法得出的滲透系數(shù)比鉆孔常水頭注水試驗方法得出的滲透系數(shù)小1個數(shù)量級，考慮到圍井注水試驗滲透系數(shù)的計算條件忽略了井內外地層滲流的水頭損失，其值會比實際的K值偏大，而這與同時進行的室內芯樣的滲透試驗的數(shù)據(jù)有很高的相似性，即圍井滲透系數(shù)檢測方法更符合工程的實際情況。

2016-5-1

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2095-2066（2016）14-0183-02