基巖帷幕灌漿滲透性測定

徐海波 劉 克

（安徽省水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 濟寧市黃淮水利勘測設(shè)計院 濟寧 272019）

1 壓水試驗設(shè)備及計算原理

1.1 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備包括止水栓塞、供水設(shè)備、量測設(shè)備等。壓水試驗有單塞法和雙塞法兩種，本文采用單塞法。

1.1.1 止水栓塞

止水栓塞長度大于試驗鉆孔孔徑的8倍，栓塞常采用氣壓式栓塞和水壓式栓塞。

1.1.2 供水設(shè)備

采用供水壓力穩(wěn)定、出水流量均勻、在1MPa壓力下流量能保障100L/min的水泵，出水口穩(wěn)壓空氣室容積不小于5L。

1.1.3 量測設(shè)備

采用能測定正、反向流量的具有一定精度的壓力表。試驗主要流程如圖1所示。

1.2 計算原理

壓水試驗是采用止水栓塞將試驗段隔離后，用一定水頭壓力將水壓入試驗段，通過測定單位時間內(nèi)試驗段的耗水量來判定該試段的滲透性。

1.2.1 計算壓力的修正

當用安裝在進水管上的壓力表測壓時，試段壓力為：

式中：P——試段壓力；

Pp——壓力表指示壓力；

Pz——壓力表中心至壓力計算零線的水柱壓力；

Ps——管路壓力損失。

1.2.2 壓力計算零線的確定方法

當?shù)叵滤辉谠嚩我韵聲r，壓力計算零線為通過試段中點的水平線；

當?shù)叵滤辉谠嚩我詢?nèi)時，壓力計算零線為通過地下水位以上試段中點的水平線；

當?shù)叵滤辉谠嚩我陨蠒r，壓力計算零線為地下水平線。

1.3 透水率計算

巖體透水率采用最高階段的壓力值和流量值確定，計算公式為：

式中：q——試段的透水率（Lu）；

L——試段長度（m）；

Q——計算流量（L/min）；

P——作用于試段內(nèi)的全壓力（MPa）。

2 工程應(yīng)用實例

某分洪閘擴建工程新閘總寬56.4m，閘底板位于中等風(fēng)化火山碎屑巖上，且?guī)r體滲透性較高。為保證分洪閘的安全運行，在上游閘底板和上游翼墻處設(shè)置帷幕灌漿，其中在底板閘墩前緣布置35個灌漿孔，翼墻處布置21個灌漿孔，孔徑均為60mm，孔深9.0m。

2.1 地質(zhì)條件

根據(jù)勘查資料，閘底板下主要以強風(fēng)化火山碎屑巖和中等風(fēng)化火山碎屑巖為主，上游翼墻底板處存在白堊系強風(fēng)化泥巖。各巖層地質(zhì)特征如下：

①白堊系強風(fēng)化泥巖，裂隙極度發(fā)育，巖石破碎，層厚約5.0～6.0 m；

②強風(fēng)化火山碎屑巖，巖芯大多呈破碎狀，裂隙面夾有紫紅色泥，節(jié)理由方解石充填，有張性裂縫，鉆探時有大量漏水現(xiàn)象，層厚約2.0～5.0 m；

③中等風(fēng)化火山碎屑巖，有裂隙，節(jié)理由方解石填充，局部由中等風(fēng)化玄武巖呈透鏡體分布，強度較高。

2.2 試驗過程及資料整理

本次試驗共布置5個壓水孔，其中1#、2#、3#孔位于閘底板，4#、5#孔位于上游翼墻；其中1#和2#孔位于原灌漿孔上，其他均位于灌漿孔孔間處，壓水試驗孔直徑80cm，場地地質(zhì)剖面圖及壓水試驗系統(tǒng)布置見圖2。

2.3 試驗中最大壓力值選取

試驗段最大埋深為9.0m左右，且試驗中為避免因灌漿壓力過大導(dǎo)致閘底板抬動、損傷，因此本次壓水試驗的最大壓力值小于1MPa，考慮到該閘最高擋水位為10.0m，為0.1MPa，本次試驗選用注水壓力為工程最高水壓的4～7倍，所以灌漿壓力滿足工程運行要求，各孔最大壓力值見表1。

3 計算分析

各孔流量與壓力的關(guān)系曲線見圖3，各孔滲透率見表1。

從圖3中可知，各試驗孔的P～Q基本呈線性關(guān)系，說明巖層裂隙中水流為層流，裂隙狀態(tài)沒有發(fā)生變化，巖基和混凝土底板處于穩(wěn)定狀態(tài)。

由于巖層裂隙中水流為層流型，因此可使用壓水試驗規(guī)程（SL31-2003）中的巖體滲透系數(shù)公式來計算各孔的滲透系數(shù)，各孔巖體滲透系數(shù)計算結(jié)果見表1，灌漿處理后巖基滲透系數(shù)最大為9.7E-06cm/s，最小1.15E-06 cm/s，巖基滲透系數(shù)平均值為5.79E-06 cm/s。規(guī)程中滲透系數(shù)公式是不完整井注水試驗滲透系數(shù)計算公式的特例，不完整井注水試驗滲透系數(shù)計算公式如下：

當 l>>2r0時上式可簡化為即為規(guī)范中采用的公式。

式中：k——滲透系數(shù)（m/d）；

Q——壓入流量（m3/d）；

H——試驗水頭（m）；

l——試段長度（m）；

r0——鉆孔半徑（m）。

當壓水試驗滲流為層流型，且?guī)r土均勻采用規(guī)范中建議的公式計算的滲透系數(shù)結(jié)果與實際差別較小。若巖土地基不均勻應(yīng)采用分段試驗，分別測定各層的透水率和滲透系數(shù)，以反映巖基中不同的滲流流態(tài)。壓水試驗測試方法可反映出實際工程的滲透特點，便于工程應(yīng)用。

表1 壓水試驗成果表

從表1中可知，位于原灌漿孔的試段透水率小于灌漿孔孔間處巖體的透水率，說明灌漿孔處灌漿效果好于孔間部位，但5個孔的壓水試驗段的透水率均小于設(shè)計值5Lu，說明該分洪閘防滲帷幕工程質(zhì)量較好，滿足設(shè)計要求。

4 小結(jié)

通過壓水試驗計算巖體的透水率，進而檢測防滲帷幕工程的抗?jié)B性能是可行的。借助工程實例介紹了壓水試驗的步驟和原理，利用試驗數(shù)據(jù)計算出各孔試驗段的滲透系數(shù)，對規(guī)程（SL31-2003）中滲透系數(shù)公式進行推導(dǎo)。建議在防滲帷幕灌漿的過程中加強施工質(zhì)量控制，防止?jié){液填充不均勻，影響防滲效果