五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)在閣山水庫工程固結(jié)灌漿工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

馬耀輝，李向東，熊復(fù)慧

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 工程概況

閣山水庫位于呼蘭河右岸支流諾敏河上，工程總投資38.52億元，建設(shè)總工期46個月。工程主要包括大壩、溢洪道、諾東及諾西灌溉輸水洞、電站及魚道。大壩、溢洪道、灌溉輸水洞、電站等主體建筑為2級建筑物，抗震設(shè)計烈度為6°，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇；下游消能防沖建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇。正常蓄水位230.00 m，總庫容4.04億m3，興利庫容2.19億m3，防洪庫容0.81億m3。

壩址地處高平原區(qū)第四系洪積層，壩基上部為低液限黏土，下部為強(qiáng)透水的級配良好細(xì)礫層，底部為基巖。松散層滲漏以級配良好細(xì)礫層滲漏為主，基層為泥質(zhì)粉砂巖[1]。

受中國水利水電第四工程局有限公司閣山水庫工程一標(biāo)段項目部的委托，對黑龍江省諾敏河閣山水庫工程第一標(biāo)段閘室固結(jié)灌漿工程質(zhì)量進(jìn)行檢測。

2 檢測項目及要求

單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)和五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)均是了解巖石透水性的一種方法。單點(diǎn)法是指壓水采用單一壓力，壓水時間20 min，以最終值計算透水率。例如，壓力為1.0 MPa,其壓水要求達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)再結(jié)束。五點(diǎn)法是指由五個壓力過程，比如0.3 MPa、0.6 MPa、1.0 MPa、0.6 MPa、0.3 MPa，五個壓力階段都至少壓水20 min并且每級壓水都需達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)才能結(jié)束，五點(diǎn)法根據(jù)壓水成果可以判定其屬于層流、紊流、擴(kuò)張、沖蝕、充填等五種壓水試驗(yàn)曲線類型。兩種壓水具體壓力在工程中有不同規(guī)定，單點(diǎn)法多用于了解巖石透水性，五點(diǎn)法不僅可以掌握巖石透水性，而且可間接判斷巖石的耐壓性能及其他物理指標(biāo)[2]。

根據(jù)兩種檢測方法特性及工程技術(shù)要求，采用五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢測，壓水試驗(yàn)最大壓力選取為灌漿壓力的80%。工程設(shè)計透水率指標(biāo)為不大于10 Lu。按照檢測規(guī)范要求及灌漿量，在固結(jié)灌漿影響區(qū)內(nèi)選取11個點(diǎn)做壓水試驗(yàn)。

3 檢測方法

(1)洗孔。洗孔采用壓水法，洗孔時鉆具下到孔底，流量達(dá)到水泵最大出力。洗孔洗至回水為清潔時，且不小于15 min。

(2)試段隔離。下栓以前應(yīng)對壓水試驗(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。

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

(3)水位觀測。下栓塞前應(yīng)首先觀測1次孔內(nèi)水位，試段隔離后，再觀測工作管內(nèi)水位。工作管內(nèi)水位觀測應(yīng)每隔5 min進(jìn)行1次，當(dāng)水位下降速度連續(xù)2次均小于5 cm/min時，觀測工作即可結(jié)束，用最后的觀測結(jié)果確定壓力計算零線。

(4)壓力和流量觀測。預(yù)設(shè)5個壓力值，P1、P2、P3為升壓，P4和P5為降壓，且滿足P1=P5，P2=P4，P3=80%灌漿壓力。

將管內(nèi)空氣排凈后關(guān)閉排氣閥，調(diào)節(jié)壓力至預(yù)設(shè)壓力值并保持穩(wěn)定。流量觀測工作應(yīng)每隔1～2 min進(jìn)行1次，當(dāng)流量無持續(xù)增大趨勢，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1 L/min時，本階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計算值。

將試段壓力調(diào)整到新的設(shè)定值，重復(fù)上述試驗(yàn)過程，直到完成該試段的試驗(yàn)。

4 數(shù)據(jù)處理

(1)壓水試驗(yàn)巖體透水率計算。壓水試驗(yàn)共有三級壓力五個階段，一般選用最大壓力階段的流量和壓力計算巖體的透水率。巖體透水率的單位為呂榮(Lu)，在1 MPa試驗(yàn)壓力時每米試段內(nèi)每分鐘壓入的水量為1 L。定義公式如式(1)所示，為了對試驗(yàn)段巖體在不同壓力條件下的滲透狀態(tài)進(jìn)行對比，按式(1)計算在每階段時試驗(yàn)段巖體透水率。

q=Q/(L×P)

(1)

式中：q為試段的呂榮值(透水率)，Lu；Q為試驗(yàn)段壓入流量，L/min；P為作用于試段內(nèi)的壓力值，MPa；L為試段長度，m。

(2)壓水試驗(yàn)P～Q曲線繪制。根據(jù)每個試驗(yàn)段壓水試驗(yàn)過程中不同壓力和對應(yīng)的流量繪制P～Q曲線，縱軸為壓力P(MPa)，橫軸為流量Q(L/min)。P～Q曲線在升壓階段用實(shí)線連接，降壓階段用虛線連接。當(dāng)壓水試驗(yàn)在最大壓力階段壓入流量仍為0 L/min時，不必繪制P～Q曲線，只用巖體的透水率表示。

5 檢測及結(jié)果

閣山水庫工程第一標(biāo)段固結(jié)灌漿壓水試驗(yàn)開始于2018年4月15日，為了準(zhǔn)確、及時完成本次灌漿質(zhì)量檢測，我單位投入了三名技術(shù)人員及相應(yīng)的檢測設(shè)備。檢測設(shè)備見表1。

表1 壓水試驗(yàn)儀器設(shè)備表

2018年4月18日壓水試驗(yàn)完成，檢測部位與檢測結(jié)果見表2及圖1。

表2 閣山水庫工程第一標(biāo)段固結(jié)灌漿鉆孔壓水試驗(yàn)檢測結(jié)果

圖1 閣山水庫工程壓水試驗(yàn)P～Q曲線

6 結(jié) 論

閣山水庫第一標(biāo)段閘室固結(jié)灌漿各檢測孔壓水試驗(yàn)透水率均符合設(shè)計要求：最大透水率為8.99 Lu，最小透水率為5.00 Lu，平均透水率為7.11 Lu，各孔透水率均小于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值10 Lu，壓水試驗(yàn)P～Q曲線屬于紊流型，合格率100%，灌漿效果良好。