水庫壩址地基塑性混凝土防滲墻抗?jié)B性能檢測分析

侯星宇

(盤錦市水利勘測設計有限公司，遼寧 盤錦 124010)

塑性混凝土防滲墻作為一種新工藝、新技術被廣泛應用于堤壩加固以及軟基防滲處理等領域，其主要發(fā)揮防滲功能[1-2]。因此，采用原位法測試防滲墻抗?jié)B性能具有重大意義，測試結果準確可靠，能夠反映較大范圍內整個滲流區(qū)的實際情況。目前，比較常用的原位注水法很多，其中常水頭和降水頭鉆孔檢測結果具有同一數(shù)量級，加之防滲墻受壓水試驗作用會發(fā)生潛在破壞的實際情況[3-5]。鑒于此，本文比較分析圍井注水法和常水頭鉆孔注水法的特點，為工程技術人員檢測防滲墻抗?jié)B性能提供技術參考。

1 檢測方法

1.1 圍井注水法

高噴墻抗?jié)B性能主要利用圍井注水法檢測，檢測時充分考慮被檢測墻體的實際情況，通過建造3道邊墻組成圍井、圍井頂部和底部封閉等形成僅四周井墻體滲水的腔體，在粉土、沙土層中腔體平面面積不低于3 m2，在碎石、卵石和礫石層中不低于4.5 m2。對腔體或者圍井中心鉆孔進行注水試驗，采用下式計算滲透系數(shù)K(m/d)：

(1)

式中：Q、t代表穩(wěn)定流量(m3/d)和高噴墻厚度(m)；H、h0代表圍井內試驗水位和地下水位到井底的深度(m)；L代表高噴墻軸線長度(m)。

1.2 常水頭鉆孔注水法

將清水注入量筒套管或帶水表的注水管內至水位保持在管口，以管口水位減去地下水位測試出水頭H。試驗過程中先每次間隔5 min測五次，再間隔20 min測一次，測量至少6次，對比最后一次的10%和連續(xù)兩次注入的流量差，若前者小于等于后者則視為流量穩(wěn)定[6]。對于地下水位以下的試驗段，應利用公式(1)計算滲透系數(shù)K(cm/s)：

K=16.67Q/AH

(2)

式中：Q、A、H代表注入流量(L/min)、試驗水頭(cm)和按水流邊界條件及鉆孔確定的形狀系數(shù)(cm)。

對于地下水位以上的試驗段，并符合條件H≤l、50

(3)

式中：l、r代表試驗段長度(cm)和鉆孔內半徑(cm)，其他字母含義同上。

2 實例應用

2.1 工程概況

遼寧省某水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚、旅游等綜合利用樞紐工程。水庫于2011年實施加固整治，工程規(guī)模屬于小(1)型。

考慮到壩址為軟土地基的實際情況，針對壩肩和地基破損、塌陷、滲漏問題擬利用防滲墻進行處理，設計參數(shù)如表1。

2.2 注水試驗

為便于現(xiàn)場檢測，鉆機每鉆進5 m就用清水對孔底沉渣進行清理，控制沉渣厚度不超過10 cm，然后以套管管口為控制水位選用常水頭鉆孔注水法進行注水試驗，控制試驗操作，準確記錄數(shù)據(jù)，試驗完成6個孔位的檢測。

表1 塑性混凝土參數(shù)

2.3 滲透系數(shù)

根據(jù)《水利水電工程鉆孔注水試驗規(guī)程》相關規(guī)定開展常水頭注水試驗，滲透系數(shù)計算公式(2)～(3)確定。根據(jù)防滲墻鉆孔實際情況和常水頭注水試驗記錄，進一步簡化圍井法計算模型。鉆孔達到設計深度時以圓心為中心，截取正方形作為圍井截面(邊長60 cm)，鉆孔為非圍井部分，該條件下圍井的軸線總長145 cm，平均墻厚25.0 cm。設鉆孔底部、防滲墻頂部(圍井頂部)屬于相對隔水層，由此可以確定公式(1)中的相關參數(shù)，鑒于軸線方向上防滲墻的兩個截面未出現(xiàn)滲漏的情況，所以防滲墻的實際滲透系數(shù)取公式(1)計算的滲透系數(shù)的2倍。

表2 孔底-孔口整段的滲透系數(shù)

表3 每隔5 m分段的滲透系數(shù)

本文選用相同的方式處理兩種計算方法所得數(shù)據(jù)，具體如下：(1)以每隔5 m的間距開展一次注水試驗，由此可確定孔底-孔口整段的滲透系數(shù)；(2)由于被評價測段滲透穩(wěn)定的控制條件是常水位鉆孔注水試驗的結束條件，為實現(xiàn)分段計算可以利用減除注水量的方法。根據(jù)試驗過程中0～15 m的注水量和每隔5 m的計算方式，減去0～10 m的穩(wěn)定滲流量后可計算出10～15 m的滲透系數(shù)。

采用圍井注水法和常水頭注水法按孔底-孔口整段以及每5 m一段兩種方式確定的滲透系數(shù)如表2、表3。其中，樁號0+071.2的8.0～10.2 m和樁號0+086.7的3.1～4.8 m夾沙。

2.4 結果分析

整理統(tǒng)計圍井注水法和常水頭鉆孔注水法按孔底-孔口整段及每5 m分段兩種方式計算的滲透系數(shù)分布區(qū)間，如表4。依據(jù)表3中數(shù)據(jù)，0+071.2和0+086.7鉆孔樁號的所有測段具有相對較大的滲透系數(shù)，深入分析發(fā)現(xiàn)利用兩種方法按孔底-孔口整段計算時，集中透水段對防滲墻各段滲透系數(shù)的影響較大，在一定程度上使得集中透水段以下各段滲透系數(shù)有所增加，對于有集中滲漏情況的注水試驗不適合選用孔底-孔口整段計算的方法[9，10]。不考慮特殊孔位數(shù)據(jù)，重新統(tǒng)計滲透系數(shù)區(qū)間分布如表5。

表4 滲透系數(shù)分布區(qū)間統(tǒng)計表

表5 滲透系數(shù)分布區(qū)間統(tǒng)計表(不考慮特殊孔位)

對比表4、表5中的數(shù)據(jù)，按孔底-孔口整段計算時圍井注水法的滲透系數(shù)主要有10-6cm/s、10-7cm/s兩個數(shù)量級，常水頭注水法的滲透系數(shù)有10-5cm/s、10-6cm/s兩個數(shù)量級，即前者比后者低1個數(shù)量級。按每隔5 m分段計算時圍井注水法的滲透系數(shù)數(shù)量級以10-7cm/s為主，常水頭注水法的滲透系數(shù)數(shù)量級以10-6cm/s為主，即前者比后者低1個數(shù)量級。

采用鉆芯取樣法室內檢測芯樣滲透系數(shù)，結果顯示只有5%的芯樣滲透系數(shù)數(shù)量級為10-6cm/s，大多數(shù)為10-7cm/s，即圍井注水法計算的滲透系數(shù)與大多數(shù)芯樣更加接近，說明圍井注水法能夠更加客觀真實地反映防滲墻的抗?jié)B性能。

3 結語

(1)本文利用未井注水法和常水頭鉆孔注水法，按照每隔5m分段和孔底-孔口整段兩種方式計算了周家營水庫壩址地基塑性混凝土防滲墻滲透系數(shù)。結果顯示，采用圍井注水法和常水頭鉆孔法測試的滲透系數(shù)存在較好的相關性，按照孔底-孔口整段方式計算的滲透系數(shù)適于墻體防滲性能的整體評價，按分段方式計算的滲透系數(shù)能夠準確定位出墻體防滲的薄弱部位。測試半無限地質體滲透系數(shù)時比較適合選用常水頭鉆孔注水法，測試得到的滲透系數(shù)反映了周圍高透水性材料與薄壁防滲墻體的綜合抗?jié)B性能，而考慮了被檢測墻體厚度的圍井注水法更能反映工程的實際情況。經(jīng)統(tǒng)計分析，常水頭注水法測試的滲透系數(shù)較圍井注水法高出1個數(shù)量級，

(2)對于墻體整體防滲性能的評價適宜選用孔底-孔口整段的計算方式，而分段測試的防滲墻滲透系數(shù)能夠準確定位墻體抗?jié)B的薄弱部位；圍井注水法計算的滲透系數(shù)與大多數(shù)芯樣更加接近，說明圍井注水法能夠更加客觀真實地反映防滲墻的抗?jié)B性能。