淺析鉆孔壓水試驗(yàn)技術(shù)在基坑施工中的實(shí)踐應(yīng)用

王婧 朱貝貝

摘要：對(duì)施工地區(qū)的巖體進(jìn)行鉆孔高壓壓水試驗(yàn)，以了解巖體在高水頭壓力下產(chǎn)生劈裂的臨界水壓力、巖體裂隙對(duì)高壓水流長(zhǎng)時(shí)間沖蝕作用的抗御能力等;對(duì)施工中壓力管道部位的巖體進(jìn)行鉆孔壓水試驗(yàn)，了解巖體在不同的高壓水流下的透水性變化情況，為保障基坑的穩(wěn)定設(shè)計(jì)提供可靠的資料。

關(guān)鍵詞：鉆孔壓水試驗(yàn);巖體裂隙;基坑施工;技術(shù)措施;試驗(yàn)步驟

壓水試驗(yàn)是用高壓方式把水壓入鉆孔，根據(jù)巖體吸水量計(jì)算了解巖體裂隙發(fā)育情況和透水性的一種原位試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)是用專門的止水設(shè)備把一定長(zhǎng)度的鉆孔試驗(yàn)段隔離出來，然后用固定的水頭向這一段鉆孔壓水，水通過孔壁周圍的裂隙向巖體內(nèi)滲透，最終滲透的水量會(huì)趨于一個(gè)穩(wěn)定值。根據(jù)壓水水頭、試段長(zhǎng)度和穩(wěn)定滲入水量，可以判定巖體透水性的強(qiáng)弱。通常以透水率q表示，單位為呂榮（Lu）。定義為：壓水壓力為1MPa時(shí)，每米長(zhǎng)度每分鐘注入水量1L時(shí)，稱為1Lu。q=Q/（P*L）式中，q為透水率，Lu;Q為壓入流量，L/min;P為作用于試段內(nèi)的全壓力，MPa;L為試段長(zhǎng)度，m。

壓水試驗(yàn)鉆孔的開孔，用φ94mm的合金鉆具鉆穿地表松散堆積層及全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖石，并下入φ91mm套管保護(hù)孔壁。然后采用φ91mm及φ75mm金剛石鉆具造孔，一般在進(jìn)尺5m左右后停止鉆進(jìn)，取出鉆具進(jìn)行鉆孔壓水試驗(yàn)。

鉆孔壓水試驗(yàn)必需將試驗(yàn)段和上部已經(jīng)試驗(yàn)的孔段隔離開來，按照國(guó)內(nèi)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，止水栓塞長(zhǎng)度大于8倍鉆孔直徑時(shí)，可以有效地減小栓塞漏水，并且繼續(xù)增加栓塞長(zhǎng)度對(duì)于降低繞栓塞滲漏意義不大。根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)并且結(jié)合施工工程的實(shí)際，采用特制的橡膠栓塞，在φ91mm鉆孔中用8個(gè)栓塞中間加有鋼質(zhì)墊片作為止水栓塞，在φ75mm鉆孔中用6個(gè)栓塞中間加有鋼質(zhì)墊片作為止水栓塞，通過在試驗(yàn)過程中從工作管外測(cè)量孔內(nèi)地下水變化情況，表明止水效果良好，可有效地將試驗(yàn)段與上部已經(jīng)試驗(yàn)的孔段隔離。

由于壓水試驗(yàn)采用鉆桿作為工作管，鉆桿接手在車制加工時(shí)很難絕對(duì)吻合，在長(zhǎng)期使用過程中變形較大，可能成為試驗(yàn)用水滲漏的一個(gè)途徑。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中，首先在鉆桿接手部位纏繞棉線，并且抹上黃油，然后再扭緊鉆桿，經(jīng)過檢查，這種方法能有效地解決試驗(yàn)用水從鉆桿接手部位的滲漏。

鉆孔壓水試驗(yàn)應(yīng)隨鉆孔的加深自上而下地用單栓塞分段隔離進(jìn)行。試驗(yàn)應(yīng)按三級(jí)壓力、五個(gè)階段進(jìn)行（P1-P2-P3-P2-P1）。本次壓水試驗(yàn)共分5段進(jìn)行，每段分5個(gè)壓力階段，即0.15MPa、0.3 MPa（0.35）、0.45 MPa（0.5）。

一、壓水試驗(yàn)步驟：

1、清洗鉆孔：

（1）洗孔采用壓水法，洗孔時(shí)鉆具應(yīng)下到孔底，流量應(yīng)達(dá)到水泵的最大出力。

（2）洗孔應(yīng)至孔口回水清潔，肉眼觀察無巖粉時(shí)方可結(jié)束。當(dāng)孔口無回水時(shí)，洗孔時(shí)間不得少于15min。

2、試段隔離：

（1）下栓塞前應(yīng)對(duì)壓水試驗(yàn)工作管進(jìn)行檢查，不得有破裂、彎曲、堵塞等現(xiàn)象。

接頭處應(yīng)采取嚴(yán)格的止水措施。

（2）采用氣壓式或水壓式栓塞時(shí)，充氣（水）壓力應(yīng)比最大試段壓力P3大0.2MPa～0.3MPa，在試驗(yàn)過程中充氣（水）壓力應(yīng)保持不變。

（3）栓塞應(yīng)安設(shè)在巖石較完整的部位，定位應(yīng)準(zhǔn)確。

（4）當(dāng)栓塞隔離無效時(shí)，應(yīng)分析原因，采取移動(dòng)栓塞、更換栓塞或灌制混凝土塞位等措施。移動(dòng)栓塞時(shí)只能向上移，其范圍不應(yīng)超過上一次試驗(yàn)的塞位。

3、水位觀測(cè)：

下栓塞前首先觀測(cè)1次孔內(nèi)水位，試段隔離后，再觀測(cè)工作管內(nèi)水位。

4、流量的觀測(cè)：

（1）在向試段送水前，應(yīng)打開排氣閥，待排氣閥連續(xù)出水后，再將其關(guān)閉。

（2）流量觀測(cè)前應(yīng)調(diào)整調(diào)節(jié)閥，使試段壓力達(dá)到預(yù)定值并保持穩(wěn)定。

（3）流量觀測(cè)工作應(yīng)每隔1min～2min進(jìn)行1次。當(dāng)流量無持續(xù)增大趨勢(shì)，且5次流量讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時(shí)，本階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值。

（4）將試段壓力調(diào)整到新的預(yù)定值，重復(fù)上述過程，直到完成該試段的試驗(yàn)。

（5）在降壓階段，如出現(xiàn)水由巖體向孔內(nèi)回流現(xiàn)象，應(yīng)記錄回流情況待回流停止，流量達(dá)到本條（3）的標(biāo)準(zhǔn)后方可結(jié)束本階段試驗(yàn)。

（6）在試驗(yàn)過程中，對(duì)附近受影響的露頭、井、硐、孔泉、等應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)。

（7）在壓水試驗(yàn)結(jié)束前，應(yīng)檢查原始記錄是否齊全、正確，發(fā)現(xiàn)問題必須及時(shí)糾正。

二、試驗(yàn)資料整理：

試驗(yàn)資料整理應(yīng)包括校核原始記錄，繪制P-Q曲線，確P-Q定曲線類型和計(jì)算試段透水率等。繪制P-Q曲線時(shí)，應(yīng)采用統(tǒng)一比例尺，即縱坐標(biāo)（P鈾）1mm代表0.01MPa，橫坐標(biāo)（Q軸）1mm代表1L/min。曲線圖上各點(diǎn)應(yīng)標(biāo)明序號(hào)，并依次用直線相連，升壓階段用實(shí)線，降壓階段用虛線。試段的P-Q曲線類型應(yīng)根據(jù)升壓階段P-Q曲線的形狀以及降壓階段P-Q曲線與升壓階段P-Q曲線之間的關(guān)系確定。

當(dāng)P-Q曲線中第4點(diǎn)與第2點(diǎn)、第5點(diǎn)與第1點(diǎn)的流量值絕對(duì)差不大于1L /min 或相對(duì)差不大于5%時(shí)，可認(rèn)為基本重合。試段透水率采用第三階段的壓力值（P3）和流量值（Q3）按下式計(jì)算：

q=Qmax/（L×pmax）

上述式中：q——為試驗(yàn)段巖體的透水率（Lu）;

Qmax——為最大壓力階段對(duì)應(yīng)的計(jì)算流量（l/min）;

Pmax——為最大壓力階段對(duì)應(yīng)的試段壓力（MPa）;

L——為試驗(yàn)段的長(zhǎng)度（m）;

由試驗(yàn)結(jié)論可得到勘察區(qū)內(nèi)地層巖性的滲流類型，在16m以上的地層由于裂隙較多，空隙較大，壓水試驗(yàn)無法開展，壓力無法達(dá)到預(yù)定要求，因此選擇16.3-40.1m約25米的地層分5段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，得出各層的滲流類型及滲透系數(shù)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，最后對(duì)各段滲透系數(shù)賦予權(quán)重得到平均值。

參考文獻(xiàn)

[1]李念軍.論鉆孔壓水試驗(yàn)參數(shù)選擇及成果計(jì)算方法[J].云南水力發(fā)電，2008，（1）.25-27.

[2]魏寧，李金都，傅旭東.鉆孔高壓壓水試驗(yàn)的數(shù)值模擬[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，（5）.1037-1042.doi：10.3321/j.issn：1000-6915.2006.05.028.

[3]倪紹虎，何世海，汪小剛，等.裂隙巖體水力學(xué)特性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，（3）.488-498.

[4]陳隆盛.基坑注水設(shè)計(jì)方案實(shí)例[J].山西建筑，2007，（14）.85-86.

作者簡(jiǎn)介：王婧（1994-）女，漢族，陜西韓城人，助理工程師，本科，單位：陜西省一三一煤田地質(zhì)有限公司，研究方向：工民建專業(yè)