淺析鉆孔壓水試驗技術在基坑施工中的實踐應用

王婧 朱貝貝

摘要：對施工地區的巖體進行鉆孔高壓壓水試驗，以了解巖體在高水頭壓力下產生劈裂的臨界水壓力、巖體裂隙對高壓水流長時間沖蝕作用的抗御能力等;對施工中壓力管道部位的巖體進行鉆孔壓水試驗，了解巖體在不同的高壓水流下的透水性變化情況，為保障基坑的穩定設計提供可靠的資料。

關鍵詞：鉆孔壓水試驗;巖體裂隙;基坑施工;技術措施;試驗步驟

壓水試驗是用高壓方式把水壓入鉆孔，根據巖體吸水量計算了解巖體裂隙發育情況和透水性的一種原位試驗。壓水試驗是用專門的止水設備把一定長度的鉆孔試驗段隔離出來，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滲透，最終滲透的水量會趨于一個穩定值。根據壓水水頭、試段長度和穩定滲入水量，可以判定巖體透水性的強弱。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，每米長度每分鐘注入水量1L時，稱為1Lu。q=Q/（P*L）式中，q為透水率，Lu;Q為壓入流量，L/min;P為作用于試段內的全壓力，MPa;L為試段長度，m。

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

鉆孔壓水試驗必需將試驗段和上部已經試驗的孔段隔離開來，按照國內已有的工程經驗，止水栓塞長度大于8倍鉆孔直徑時，可以有效地減小栓塞漏水，并且繼續增加栓塞長度對于降低繞栓塞滲漏意義不大。根據上述經驗并且結合施工工程的實際，采用特制的橡膠栓塞，在φ91mm鉆孔中用8個栓塞中間加有鋼質墊片作為止水栓塞，在φ75mm鉆孔中用6個栓塞中間加有鋼質墊片作為止水栓塞，通過在試驗過程中從工作管外測量孔內地下水變化情況，表明止水效果良好，可有效地將試驗段與上部已經試驗的孔段隔離。

由于壓水試驗采用鉆桿作為工作管，鉆桿接手在車制加工時很難絕對吻合，在長期使用過程中變形較大，可能成為試驗用水滲漏的一個途徑。在現場試驗過程中，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，經過檢查，這種方法能有效地解決試驗用水從鉆桿接手部位的滲漏。

鉆孔壓水試驗應隨鉆孔的加深自上而下地用單栓塞分段隔離進行。試驗應按三級壓力、五個階段進行（P1-P2-P3-P2-P1）。本次壓水試驗共分5段進行，每段分5個壓力階段，即0.15MPa、0.3 MPa（0.35）、0.45 MPa（0.5）。

一、壓水試驗步驟：

1、清洗鉆孔：

（1）洗孔采用壓水法，洗孔時鉆具應下到孔底，流量應達到水泵的最大出力。

（2）洗孔應至孔口回水清潔，肉眼觀察無巖粉時方可結束。當孔口無回水時，洗孔時間不得少于15min。

2、試段隔離：

（1）下栓塞前應對壓水試驗工作管進行檢查，不得有破裂、彎曲、堵塞等現象。

接頭處應采取嚴格的止水措施。

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

（3）栓塞應安設在巖石較完整的部位，定位應準確。

（4）當栓塞隔離無效時，應分析原因，采取移動栓塞、更換栓塞或灌制混凝土塞位等措施。移動栓塞時只能向上移，其范圍不應超過上一次試驗的塞位。

3、水位觀測：

下栓塞前首先觀測1次孔內水位，試段隔離后，再觀測工作管內水位。

4、流量的觀測：

（1）在向試段送水前，應打開排氣閥，待排氣閥連續出水后，再將其關閉。

（2）流量觀測前應調整調節閥，使試段壓力達到預定值并保持穩定。

（3）流量觀測工作應每隔1min～2min進行1次。當流量無持續增大趨勢，且5次流量讀數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，本階段試驗即可結束，取最終值作為計算值。

（4）將試段壓力調整到新的預定值，重復上述過程，直到完成該試段的試驗。

（5）在降壓階段，如出現水由巖體向孔內回流現象，應記錄回流情況待回流停止，流量達到本條（3）的標準后方可結束本階段試驗。

（6）在試驗過程中，對附近受影響的露頭、井、硐、孔泉、等應進行觀測。

（7）在壓水試驗結束前，應檢查原始記錄是否齊全、正確，發現問題必須及時糾正。

二、試驗資料整理：

試驗資料整理應包括校核原始記錄，繪制P-Q曲線，確P-Q定曲線類型和計算試段透水率等。繪制P-Q曲線時，應采用統一比例尺，即縱坐標（P鈾）1mm代表0.01MPa，橫坐標（Q軸）1mm代表1L/min。曲線圖上各點應標明序號，并依次用直線相連，升壓階段用實線，降壓階段用虛線。試段的P-Q曲線類型應根據升壓階段P-Q曲線的形狀以及降壓階段P-Q曲線與升壓階段P-Q曲線之間的關系確定。

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

q=Qmax/（L×pmax）

上述式中：q——為試驗段巖體的透水率（Lu）;

Qmax——為最大壓力階段對應的計算流量（l/min）;

Pmax——為最大壓力階段對應的試段壓力（MPa）;

L——為試驗段的長度（m）;

由試驗結論可得到勘察區內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，壓水試驗無法開展，壓力無法達到預定要求，因此選擇16.3-40.1m約25米的地層分5段進行壓水試驗，得出各層的滲流類型及滲透系數，并根據現場的實際情況，最后對各段滲透系數賦予權重得到平均值。

參考文獻

[1]李念軍.論鉆孔壓水試驗參數選擇及成果計算方法[J].云南水力發電，2008，（1）.25-27.

[2]魏寧，李金都，傅旭東.鉆孔高壓壓水試驗的數值模擬[J].巖石力學與工程學報，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.裂隙巖體水力學特性研究[J].巖石力學與工程學報，2012，（3）.488-498.

[4]陳隆盛.基坑注水設計方案實例[J].山西建筑，2007，（14）.85-86.

作者簡介：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有限公司，研究方向：工民建專業