水利水電工程中鉆孔壓水試驗(yàn)管路壓力損失實(shí)用性分析

謝世林

摘? ?要：在水利水電工程建設(shè)中需要通過鉆孔壓水試驗(yàn)對(duì)工程區(qū)域巖層的滲透性進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是在試驗(yàn)過程中可能會(huì)產(chǎn)生一定的管路壓力損失，其損失是否會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果以及評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生影響是一個(gè)需要考慮的問題。因此本文采用了不同的分析方法在不同巖層特點(diǎn)以及不同呂榮值條件下的管路壓力損失進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;鉆孔壓水試驗(yàn);管路壓力損失

目前國(guó)內(nèi)外雖然對(duì)鉆孔壓水試驗(yàn)中是否需要考慮管路壓力損失問題已有所規(guī)定，但是如簡(jiǎn)單的直接根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定對(duì)管路壓力損失進(jìn)行籠統(tǒng)的分析會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)操作產(chǎn)生一定的影響，因此需要結(jié)合實(shí)際情況采用不同的分析方法，對(duì)管路壓力損失對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及巖層滲透性的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以準(zhǔn)確把握在不同情況下管路壓力損失的具體影響程度，從而為鉆孔壓水試驗(yàn)的有效有序開展奠定良好的基礎(chǔ)。

一、采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算分析管路壓力損失

（一）設(shè)定計(jì)算參數(shù)

在計(jì)算時(shí)根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范要求，應(yīng)將工作管路設(shè)定為材質(zhì)及直徑均一致，且對(duì)管路連接位置所產(chǎn)生的壓力損失應(yīng)采取忽略不計(jì)的處理方法[1]。為了便于計(jì)算分析，按照相關(guān)規(guī)范要求以及水利工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，將鉆孔壓水試驗(yàn)中0到20m試驗(yàn)段的壓力值設(shè)定為0.6MPa，而當(dāng)試驗(yàn)段達(dá)到20m以上時(shí)，則應(yīng)1MPa作為壓力值。在對(duì)管路壓力損失進(jìn)行計(jì)算時(shí)巖層透水性分別設(shè)定為從中等到極微透水的4個(gè)不同級(jí)別，并通過固定透水率方式進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)從5m到100m之間的管路分別進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算間隔為5m。根據(jù)設(shè)定的工作管路直徑以及試驗(yàn)段長(zhǎng)度等可以對(duì)流體在不同透水率條件下在工作管路內(nèi)的流速進(jìn)行計(jì)算，而在計(jì)算管路壓力損失時(shí)則應(yīng)以透水系數(shù)、鉆孔深度等參數(shù)為基礎(chǔ)。

（二）分析計(jì)算結(jié)果

在透水率在5Lu以下時(shí)，工作管路長(zhǎng)度即使超過100m所產(chǎn)生的壓力損失也僅為0.0072MPa，與1m水頭相比明顯較小，因此可以對(duì)其做忽略不計(jì)處理。在透水率達(dá)到10Lu時(shí)，如果管路長(zhǎng)度在25m以內(nèi)，其壓力損失應(yīng)明顯比1m水頭小，仍可做忽略不計(jì)處理。而方管路長(zhǎng)度超過25m后，應(yīng)按照每30m增加1m水頭的處理方式計(jì)算管路壓力損失。而當(dāng)透水率達(dá)到10-15Lu以及15-20Lu時(shí)，其代表值應(yīng)分別去13Lu及18Lu，并按照每增加10m工作管路長(zhǎng)度增加1m水頭的方式計(jì)算管路壓力損失。

二、通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析管路壓力損失

（一）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)能夠?qū)︺@孔壓水試驗(yàn)過程中對(duì)產(chǎn)生的管路壓力損失是否會(huì)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及巖層滲透性的評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生影響進(jìn)行更加準(zhǔn)確的研究。在本次測(cè)試中設(shè)定水利水電工程巖層為微透水以及極微透水，試驗(yàn)中設(shè)置有壓力表2個(gè)，其中一個(gè)壓力表按照試驗(yàn)鉆孔壓水規(guī)范要求被設(shè)置與進(jìn)水管上，以記錄測(cè)試壓力數(shù)據(jù);而另一個(gè)壓力表被設(shè)置連接在試驗(yàn)段上，以便對(duì)壓力值分別進(jìn)行測(cè)壓。同時(shí)在試驗(yàn)中使用40m長(zhǎng)的壓力管。

在試驗(yàn)過程中首先將試驗(yàn)設(shè)備連接就位，然后通過氣囊式栓塞充氣以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)孔段的模擬。試驗(yàn)人員應(yīng)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢查試壓，以防止試驗(yàn)設(shè)備有漏水情況的存在[2]。壓水試驗(yàn)應(yīng)將壓力設(shè)定為0.5MPa級(jí)，在試驗(yàn)過程中應(yīng)首先穩(wěn)定壓力1min，然后按照每10S一次的頻率分別讀取兩個(gè)壓力表所顯示的數(shù)值，且應(yīng)保證有效讀數(shù)達(dá)到6組以上。自后應(yīng)將壓力級(jí)升高至1MPa，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。同樣應(yīng)按照每10S讀取一次的頻率對(duì)兩個(gè)壓力表顯示的數(shù)值同時(shí)進(jìn)行讀取，且有效讀數(shù)應(yīng)達(dá)到6組以上，以提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（二）分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析方向，當(dāng)鉆孔壓水試驗(yàn)時(shí)的壓力為0.5MPa級(jí)時(shí)，兩個(gè)壓力表的讀數(shù)平均值分別為0.507MPa以及0.508MPa，差值僅為0.001MPa，是壓力設(shè)置值的0.2%。由于壓力表按照相關(guān)規(guī)定達(dá)到0.05MPa即可，而0.001MPa明顯小于0.05MPa的量程范圍，因此該差值無法被有效測(cè)量，說明無法有效記取該狀態(tài)下的管路壓力損失[3]。而當(dāng)鉆孔壓水試驗(yàn)的壓力升高值1MPa時(shí)，設(shè)置于進(jìn)水管上的壓力表讀數(shù)的平均值為0.963MPa，而與試驗(yàn)段相連的壓力表讀數(shù)的平均值為0.991MPa，兩個(gè)壓力表讀數(shù)均值差為0.028，是壓力設(shè)置值的2.8%，同樣屬于較小的差值。而且必須注意造成兩個(gè)壓力表讀數(shù)差異的原因還包括試驗(yàn)儀器精度以及水體流動(dòng)的滯后效應(yīng)等因素，其對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的影響比管路壓力損失更為明顯。

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)的綜合分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力管長(zhǎng)度為40m時(shí)，無論將其連接于試驗(yàn)段測(cè)壓管上或者連接于進(jìn)水管上所產(chǎn)生是壓力變化均不明顯，且其對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響程度甚至小于水體流動(dòng)所產(chǎn)生的壓力滯后因素以及測(cè)試儀器精度因素。當(dāng)呂榮值在5Lu以下時(shí)，對(duì)100m長(zhǎng)的管線所產(chǎn)生的壓力損失也可以采取忽略不計(jì)的處理方法。因此雖然在相關(guān)規(guī)范中要求及時(shí)在微透水以及極微透水狀態(tài)下仍需計(jì)算管路壓力損失值，但其實(shí)這種處理方式在實(shí)踐操作中并不具備實(shí)用性。根據(jù)以上試驗(yàn)分析可知，在水利水電工程現(xiàn)場(chǎng)開展野外鉆孔壓水試驗(yàn)時(shí)，在已知試驗(yàn)段巖層滲透性為微透水以及極微透水條件下，可以不對(duì)管路壓力損失進(jìn)行計(jì)算，而直接將壓力測(cè)量值作為計(jì)算滲透系數(shù)的取值。

三、總結(jié)

鉆孔壓水試驗(yàn)是評(píng)價(jià)水利水電工程巖層滲透性的重要試驗(yàn)方法，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算分析數(shù)據(jù)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，如僅有略微差異并不會(huì)對(duì)巖層滲透性的評(píng)價(jià)結(jié)果以及施工產(chǎn)生明顯影響，因此為了便于開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)操作、保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性，應(yīng)根據(jù)不同的呂榮值以及具體的巖層滲透性特點(diǎn)對(duì)管路壓力損失采取不同的處理方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊光，胡寧，劉時(shí)琦，賈楨.水利水電工程中鉆孔壓水試驗(yàn)管路壓力損失實(shí)用性分析[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2019，38（4）：45-47.

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[3]劉清波.碾壓混凝土壩鉆孔取芯壓水試驗(yàn)及成果分析[J].水利水電快報(bào)，2020， v.41;No.825（9）：95-97+106.

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