鉆孔注水試驗在塑性混凝土防滲墻滲透性檢測中相關問題探討

龔復軍

摘要：塑性混凝土是一種以膨潤土、粘土等摻和材料取代普通混凝土中的部分水泥而形成的具有一定柔性的混凝土，具有彈性模量低、極限應變大等優(yōu)點，能有效改善混凝土防滲墻體應力狀態(tài)，抗?jié)B性能好，而且經(jīng)濟性好。所以，塑性混凝土防滲墻在當前水庫土石大壩除險加固工程中廣泛采用，而防滲墻的抗?jié)B性能是其最重要的質(zhì)量指標之一。目前對其抗?jié)B性所做的系統(tǒng)性研究不多，因此加強塑性混凝土抗?jié)B性檢測評價相關問題的研究，具有重要意義。

關鍵詞：適用性試驗水頭計算試驗鉆孔傾斜

塑性混凝土防滲墻抗?jié)B性能檢測目前主要是依據(jù)水利部發(fā)布的《水利水電工程注水試驗規(guī)程》（SL 345—2007）（以下簡稱《規(guī)程》）在墻體中進行鉆孔注水試驗來獲取防滲墻體的滲透系數(shù)，進而對防滲墻的滲透性進行評價。筆者擬通過《規(guī)程》，結合近年在水利工程鉆孔注水試驗方面的實踐和認識，對鉆孔注水試驗在塑性混凝土防滲墻滲透性檢測中的適用性、試驗水頭計算、鉆孔傾斜等問題做出分析總結，供同行們探討。

1、適用性問題

鉆孔注水試驗是用人工抬高水頭，向鉆孔內(nèi)注入清水，測定巖土體滲透系數(shù)的一種原位試驗方法，適用范圍為水利水電工程地質(zhì)勘察工作中的巖土層滲透性測定工作，與壓水試驗和抽水試驗互為補充，適用于水平分布寬度較大、均一或較均一的巖土體。水庫除險加固等工程中的塑性混凝土防滲墻中進行鉆孔注水試驗時，塑性混凝土墻體和墻體外的壩體人工填土層透水性相差是很懸殊的，墻體的透水性比壩體人工填土層透水性通常要小得多，而且墻體厚度較小（水平分布寬度小），一般在500～1000mm范圍內(nèi)，600～800mm居多，而且還要扣除鉆孔直徑，注水試驗中實際檢測的墻厚更小，所以注水試驗結果不一定完全是塑性混凝土防滲墻體的滲透系數(shù)，需要對實際情況進行分析使用。

對于在試驗時間內(nèi)鉆孔注水不能滲透到墻體外（墻體滲透系數(shù)較小或者墻體較厚）的情況下，試驗檢測結果為防滲墻體的滲透系數(shù)，塑性混凝土防滲墻設計滲透系數(shù)一般控制10-7cm/s～10-6 cm/s級別，鉆孔外防滲墻體厚度較大的情況下屬于這種情形；對于在試驗時間內(nèi)鉆孔注水滲透到墻體外（墻體滲透系數(shù)較大、墻體厚度較小或者鉆孔傾斜較大）的情況下，試驗檢測結果為防滲墻體和壩體人工填土的綜合滲透系數(shù)，筆者認為應該根據(jù)填土層滲透系數(shù)及水平分布和防滲墻體的厚度綜合考慮。

根據(jù)試驗方法和適用巖土層條件不同，鉆孔注水試驗分為鉆孔常水頭注水試驗和鉆孔變水頭注水試驗兩種。《規(guī)程》中言明：鉆孔常水頭注水試驗適用于滲透性較強的壤土、粉土、砂土和砂卵礫石層或者不能進行壓水試驗的風化、破碎巖體、斷層破碎帶等透水性較強的巖體；鉆孔變水頭注水試驗適用于地下水位以下粉土、粘性土層或者滲透系數(shù)較小的巖層。首先塑性混凝土防滲墻體透水性弱，再者很多情況是注水試驗段在試驗檢測時位于地下水位以上，所以有些工況在《規(guī)程》中還不能找到完全滿足條件的檢測方法，對于超規(guī)程條件的工況如何采用鉆孔注水試驗進行墻體滲透性檢測有待進一步明確。工程地質(zhì)手冊中介紹鉆孔注水試驗并未作出試段與地下水位之間關系的限制，不知《規(guī)程》是基于何種因素考慮，值得商榷。

2、試驗水頭計算問題

按照《規(guī)程》推薦的計算公式：

（1）常水頭鉆孔注水試驗：

當試段位于地下水位以下時，采用下式①計算試驗巖土層滲透系數(shù)

①

當試段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H≤時采用下式②計算巖土層試驗滲透系數(shù)

②

（2）變水頭鉆孔注水試驗，試驗巖土層的滲透系數(shù)計算如下：根據(jù)鉆孔內(nèi)水頭Ht下降與延續(xù)時間t的關系按照下式③計算

③

也可根據(jù)ln（Ht/H0）-t關系曲線求得注水試驗特征時間，按照下式④計算

④

式中： K—試驗巖土層的滲透系數(shù)(cm/s) ； Q—穩(wěn)定時的注入流量(L/min) ；H—試驗水頭(cm)，等于試驗水位與地下水位之差；A—試驗段形狀系數(shù)(cm)，按《規(guī)程》中附錄 B選用；r—鉆孔內(nèi)半徑，cm；—試段長度，cm。

當試段高出地下水位較多，介質(zhì)均勻，且50＜H/r＜200、孔中水柱高度H≤時，《水利水電工程地質(zhì)》和《工程地質(zhì)手冊》都推薦采用納斯別爾格公式⑤計算巖土層滲透系數(shù)：

⑤式中Q也為注水穩(wěn)定流量（cm3/s）。

上述①～⑤各式中均未見對試驗水頭H的計算零線作出明確規(guī)定，如果都按照試驗水頭等于試驗水位與地下水位之差理解，③、④式不存在疑問；當注水試驗段干燥時①、②式中H若按照定義計算存在疑問，50＜H/r＜200、H≤兩個條件同時滿足比較苛刻，①～④中H和⑤中H定義好像不能一致，有待進一步明確。

3試驗鉆孔傾斜問題

塑性混凝土防滲墻體厚度較小，大多厚度在600～800mm之間，基于目前的鉆探技術水平，在防滲墻體深度較大時由于鉆孔傾斜會出現(xiàn)鉆孔傾斜。一方面傾斜可能導致鉆孔離出墻體外，無法檢測到防滲墻底，給檢測工作帶來不便另一方面由于鉆孔傾斜會導致鉆孔外實際檢測墻體變得更薄，使得鉆孔偏出墻體外前一段注水試驗滲透系數(shù)必定墻體和壩體填土的綜合滲透系數(shù)，如何較準確通過試驗計算滲透系數(shù)值得商榷。

結語

本文就鉆孔注水試驗《規(guī)程》在塑性混凝土防滲墻滲透性檢測工作中應用為主線，就《規(guī)程》的適用性、試驗水頭計算、鉆孔傾斜等相關實際問題，結合自己的工作實踐與認識展開了有益探討。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。