袁瑞佳（中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司）

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原位注水試驗(yàn)在水利防滲墻抗?jié)B性能檢測上的對比

袁瑞佳（中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司）

在防滲墻中同時進(jìn)行常水頭注水試驗(yàn)、圍井注水試驗(yàn)、芯樣室內(nèi)滲透試驗(yàn)。通過三者對比，排除公式計算條件中的實(shí)際誤差。圍井注水更能反映工程的實(shí)際情況。

圍井注水；滲透系數(shù)；防滲墻

塑性混凝土防滲墻作為軟基防滲處理、堤壩加固的新技術(shù)、新工藝被廣泛運(yùn)用。塑性混凝土防滲墻的主要功能是防滲，因此采用原位試驗(yàn)測定墻身的滲透系數(shù)對評價塑性混凝土防滲墻的防滲性能具有重要意義。原位測試測得的滲透系數(shù)為整個滲流區(qū)較大范圍內(nèi)滲透系數(shù)的平均值，結(jié)果比較可靠。原位注水試驗(yàn)方法有多種，鑒于壓水試驗(yàn)時壓力過大（一般大于0.5MPa壓力）可能對防滲墻有破壞可能，而鉆孔降水頭試驗(yàn)法由于精度要求，受限于現(xiàn)場條件難于精確進(jìn)行試驗(yàn)。因此本文對鉆孔常水頭注水試驗(yàn)法，圍井注水法的特點(diǎn)進(jìn)行了對比。

1　原位測試方法

1.1鉆孔常水頭注水試驗(yàn)

用帶水表的注水管或量筒向套管內(nèi)注入清水，使管中水位保持在管口，測出管口水位高出地下水位的水頭H。試驗(yàn)時，首先按照5min時間間隔連續(xù)測量5次，然后每隔20min測量1次，并至少測量6次，當(dāng)連續(xù)2次的注入水量之差不大于最后一次注入水量的10%時，視作流量穩(wěn)定，終止觀測。當(dāng)試驗(yàn)段在地下水位以下時，滲透系數(shù)為：

式中：K為試驗(yàn)段的滲透系數(shù)，cm/s；Q為注入流量，L/min；H為試驗(yàn)水頭，cm；A為形狀系數(shù)，由鉆孔和水流邊界條件確定，cm。

當(dāng)試驗(yàn)段在水位線以上，且50＜H/r＜200、H≤l時（r為鉆孔內(nèi)半徑，cm；l為試驗(yàn)段長度，cm），滲透系數(shù)為：

1.2圍井注水試驗(yàn)

圍井注水試驗(yàn)法主要用于高噴墻抗?jié)B性能檢測，采用常水頭法進(jìn)行，即在圍井內(nèi)設(shè)置一固定水位，通過量杯或便于計量的水表等，不斷向圍井內(nèi)注入水，保持固定水位不變，測得穩(wěn)定水量Q后代入公式計算滲透系數(shù)。其墻體滲透系數(shù)為：

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為注入流量，m3/d；t為高噴墻的平均厚度，m；L為圍井周邊高噴墻軸線長度，m；H為試驗(yàn)水位到井底的深度，m；h0為地下水位至井底的深度，m。

2　工程實(shí)例

2.1工程概況

某流域綜合治理一期工程（擋潮閘），由于閘門處地基土中存在砂層等強(qiáng)透水層，因此采用塑性混凝土防滲墻解決擋潮閘的滲透問題，塑性混凝土防滲墻設(shè)計參數(shù)見表1。

2.2注水試驗(yàn)

經(jīng)過與該項(xiàng)目的業(yè)主及施工方溝通，在閘門防滲墻處平均選取了7個點(diǎn)進(jìn)行鉆孔常水頭注水試驗(yàn)。每個點(diǎn)鉆機(jī)均采用清水鉆進(jìn)，每隔5m進(jìn)行鉆孔常水頭注水試驗(yàn)法，以套管孔口為控制水位進(jìn)行注水試驗(yàn)過程控制和記錄。

2.3滲透系數(shù)的計算

表1　塑性混凝土設(shè)計參數(shù)

常水頭試驗(yàn)嚴(yán)格按照 《注水試驗(yàn)規(guī)程》（YS5214-2000）的規(guī)定進(jìn)行，并結(jié)合式（1）、式（2）計算滲透系數(shù)。利用注水試驗(yàn)測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合防滲墻墻體鉆孔的實(shí)際情況，對圍井法計算模型進(jìn)行簡化。當(dāng)鉆孔達(dá)到某個深度并開始常水頭試驗(yàn)時，以鉆孔圓心為中心截取邊長為70cm的正方形為圍井截面，此時圍井平均墻厚為15.5cm，軸線總長為280cm。假定鉆孔底部為相對隔水層，則可以代入圍井注水試驗(yàn)的公式計算防滲墻的滲透系數(shù)，但考慮到防滲墻軸線方向的兩個截面未發(fā)生滲漏，因此將計算得到的滲透系數(shù)乘以2作為防滲墻的實(shí)際滲透系數(shù)。

兩種計算方法采用兩種數(shù)據(jù)處理方式：①注水試驗(yàn)使用止水栓塞每隔5m進(jìn)行一次，可計算每5m的滲透系數(shù)以及孔口-孔底段整段的滲透系數(shù)。②考慮到鉆孔常水頭注水試驗(yàn)的結(jié)束條件是被評價段滲透穩(wěn)定的控制條件，因此可利用注水量減除的方法實(shí)現(xiàn)分段計算。結(jié)合本試驗(yàn)即用圍井法計算滲透系數(shù)時每5m分別計算，若利用0～20m的注水量減去0～15m的穩(wěn)定滲流量，則可計算出15～20m的滲透系數(shù)。

基于常水頭注水試驗(yàn)法，圍井注水試驗(yàn)法，采用孔口-孔底整段計算方式得到的滲透系數(shù)見表2～3，采用每5m一段的計算方式得到的滲透系數(shù)見表4～5。

表2　常水頭注水試驗(yàn)孔口-孔底計算滲透系數(shù)

表3　圍井注水試驗(yàn)孔口-孔底計算滲透系數(shù)

表4　常水頭注水試驗(yàn)每5m分段計算滲透系數(shù)

表5　圍井注水試驗(yàn)每5m分段計算滲透系數(shù)

3　數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表2～3，樁號0+100、0+150孔位處所有測段滲透系數(shù)均相對較大，經(jīng)分析采用孔口-孔底整段計算時，兩種方法計算的防滲墻各段滲透系數(shù)受集中透水段的影響很大，會導(dǎo)致集中透水段以下各段滲透系數(shù)明顯偏大。說明孔口-孔底整段計算滲透系數(shù)的方法對于有集中滲漏情況存在的注水試驗(yàn)不適用。排除上述2處孔位的數(shù)據(jù)，對滲透系數(shù)分布區(qū)間重新進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表6。

綜合表6，采用孔口-孔底整段計算時，常水頭注水法計算的滲透系數(shù)數(shù)量級為10-5、10-6cm/s；圍井法計算滲透系數(shù)數(shù)量級主要為10-6、10-7cm/s，后者比前者小1個數(shù)量級。采用每5m分段計算時，常水頭注水法計算的滲透系數(shù)數(shù)量級主要為10-6cm/s；圍井法計算滲透系數(shù)數(shù)量級主要為10-6～10-7cm/s，后者比前者小1個數(shù)量級。

表6　孔口-孔底整段計算滲透系數(shù)數(shù)值分布區(qū)間統(tǒng)計

于此同時，在鉆孔時同步取樣，取得的芯樣進(jìn)行室內(nèi)的滲透系數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表面大多數(shù)芯樣的滲透系數(shù)數(shù)量級為10-7cm/s，僅有約10%芯樣的滲透系數(shù)數(shù)量級為10-6cm/s。即大多數(shù)芯樣的滲透系數(shù)與圍井法計算得到的滲透系數(shù)相近，表明圍井法計算的滲透系數(shù)更符合工程的實(shí)際情況。

4　結(jié)語

防滲墻滲透系數(shù)的孔口-孔底整段測試方法適用于墻體整體防滲性能的評價；防滲墻滲透系數(shù)的分段測試方法可檢測出防滲墻較易滲漏的具體位置。

通過對兩種原位滲透試驗(yàn)的滲透系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析表明：圍井注水試驗(yàn)法得出的滲透系數(shù)比鉆孔常水頭注水試驗(yàn)方法得出的滲透系數(shù)小1個數(shù)量級，考慮到圍井注水試驗(yàn)滲透系數(shù)的計算條件忽略了井內(nèi)外地層滲流的水頭損失，其值會比實(shí)際的K值偏大，而這與同時進(jìn)行的室內(nèi)芯樣的滲透試驗(yàn)的數(shù)據(jù)有很高的相似性，即圍井滲透系數(shù)檢測方法更符合工程的實(shí)際情況。

2016-5-1

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