原位注水试验在水利防渗墙抗渗性能检测上的对比

袁瑞佳（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司）



原位注水试验在水利防渗墙抗渗性能检测上的对比

袁瑞佳（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司）

在防渗墙中同时进行常水头注水试验、围井注水试验、芯样室内渗透试验。通过三者对比，排除公式计算条件中的实际误差。围井注水更能反映工程的实际情况。

围井注水；渗透系数；防渗墙

塑性混凝土防渗墙作为软基防渗处理、堤坝加固的新技术、新工艺被广泛运用。塑性混凝土防渗墙的主要功能是防渗，因此采用原位试验测定墙身的渗透系数对评价塑性混凝土防渗墙的防渗性能具有重要意义。原位测试测得的渗透系数为整个渗流区较大范围内渗透系数的平均值，结果比较可靠。原位注水试验方法有多种，鉴于压水试验时压力过大（一般大于0.5MPa压力）可能对防渗墙有破坏可能，而钻孔降水头试验法由于精度要求，受限于现场条件难于精确进行试验。因此本文对钻孔常水头注水试验法，围井注水法的特点进行了对比。

1　原位测试方法

1.1钻孔常水头注水试验

用带水表的注水管或量筒向套管内注入清水，使管中水位保持在管口，测出管口水位高出地下水位的水头H。试验时，首先按照5min时间间隔连续测量5次，然后每隔20min测量1次，并至少测量6次，当连续2次的注入水量之差不大于最后一次注入水量的10%时，视作流量稳定，终止观测。当试验段在地下水位以下时，渗透系数为：

式中：K为试验段的渗透系数，cm/s；Q为注入流量，L/min；H为试验水头，cm；A为形状系数，由钻孔和水流边界条件确定，cm。

当试验段在水位线以上，且50＜H/r＜200、H≤l时（r为钻孔内半径，cm；l为试验段长度，cm），渗透系数为：

1.2围井注水试验

围井注水试验法主要用于高喷墙抗渗性能检测，采用常水头法进行，即在围井内设置一固定水位，通过量杯或便于计量的水表等，不断向围井内注入水，保持固定水位不变，测得稳定水量Q后代入公式计算渗透系数。其墙体渗透系数为：

式中：K为渗透系数，m/d；Q为注入流量，m3/d；t为高喷墙的平均厚度，m；L为围井周边高喷墙轴线长度，m；H为试验水位到井底的深度，m；h0为地下水位至井底的深度，m。

2　工程实例

2.1工程概况

某流域综合治理一期工程（挡潮闸），由于闸门处地基土中存在砂层等强透水层，因此采用塑性混凝土防渗墙解决挡潮闸的渗透问题，塑性混凝土防渗墙设计参数见表1。

2.2注水试验

经过与该项目的业主及施工方沟通，在闸门防渗墙处平均选取了7个点进行钻孔常水头注水试验。每个点钻机均采用清水钻进，每隔5m进行钻孔常水头注水试验法，以套管孔口为控制水位进行注水试验过程控制和记录。

2.3渗透系数的计算

表1　塑性混凝土设计参数

常水头试验严格按照 《注水试验规程》（YS5214-2000）的规定进行，并结合式（1）、式（2）计算渗透系数。利用注水试验测得的试验数据，结合防渗墙墙体钻孔的实际情况，对围井法计算模型进行简化。当钻孔达到某个深度并开始常水头试验时，以钻孔圆心为中心截取边长为70cm的正方形为围井截面，此时围井平均墙厚为15.5cm，轴线总长为280cm。假定钻孔底部为相对隔水层，则可以代入围井注水试验的公式计算防渗墙的渗透系数，但考虑到防渗墙轴线方向的两个截面未发生渗漏，因此将计算得到的渗透系数乘以2作为防渗墙的实际渗透系数。

两种计算方法采用两种数据处理方式：①注水试验使用止水栓塞每隔5m进行一次，可计算每5m的渗透系数以及孔口-孔底段整段的渗透系数。②考虑到钻孔常水头注水试验的结束条件是被评价段渗透稳定的控制条件，因此可利用注水量减除的方法实现分段计算。结合本试验即用围井法计算渗透系数时每5m分别计算，若利用0～20m的注水量减去0～15m的稳定渗流量，则可计算出15～20m的渗透系数。

基于常水头注水试验法，围井注水试验法，采用孔口-孔底整段计算方式得到的渗透系数见表2～3，采用每5m一段的计算方式得到的渗透系数见表4～5。

表2　常水头注水试验孔口-孔底计算渗透系数

表3　围井注水试验孔口-孔底计算渗透系数

表4　常水头注水试验每5m分段计算渗透系数

表5　围井注水试验每5m分段计算渗透系数

3　数据分析

根据表2～3，桩号0+100、0+150孔位处所有测段渗透系数均相对较大，经分析采用孔口-孔底整段计算时，两种方法计算的防渗墙各段渗透系数受集中透水段的影响很大，会导致集中透水段以下各段渗透系数明显偏大。说明孔口-孔底整段计算渗透系数的方法对于有集中渗漏情况存在的注水试验不适用。排除上述2处孔位的数据，对渗透系数分布区间重新进行统计，结果见表6。

综合表6，采用孔口-孔底整段计算时，常水头注水法计算的渗透系数数量级为10-5、10-6cm/s；围井法计算渗透系数数量级主要为10-6、10-7cm/s，后者比前者小1个数量级。采用每5m分段计算时，常水头注水法计算的渗透系数数量级主要为10-6cm/s；围井法计算渗透系数数量级主要为10-6～10-7cm/s，后者比前者小1个数量级。

表6　孔口-孔底整段计算渗透系数数值分布区间统计

于此同时，在钻孔时同步取样，取得的芯样进行室内的渗透系数试验，试验结果表面大多数芯样的渗透系数数量级为10-7cm/s，仅有约10%芯样的渗透系数数量级为10-6cm/s。即大多数芯样的渗透系数与围井法计算得到的渗透系数相近，表明围井法计算的渗透系数更符合工程的实际情况。

4　结语

防渗墙渗透系数的孔口-孔底整段测试方法适用于墙体整体防渗性能的评价；防渗墙渗透系数的分段测试方法可检测出防渗墙较易渗漏的具体位置。

通过对两种原位渗透试验的渗透系数进行统计分析表明：围井注水试验法得出的渗透系数比钻孔常水头注水试验方法得出的渗透系数小1个数量级，考虑到围井注水试验渗透系数的计算条件忽略了井内外地层渗流的水头损失，其值会比实际的K值偏大，而这与同时进行的室内芯样的渗透试验的数据有很高的相似性，即围井渗透系数检测方法更符合工程的实际情况。

2016-5-1

TV543.8

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2095-2066（2016）14-0183-02