何險高 趙志偉 逯彥虎 汪 凌

(江蘇省地質(zhì)工程勘察院，江蘇 南京 211102)

0 引言

近年，隨著中國“一帶一路”戰(zhàn)略的逐步推進，越來越多的大型國企，走向了世界的舞臺，基礎(chǔ)建設(shè)項目越來越多，對各種項目工程勘察的要求越來越高。在水利水電工程項目的勘察過程中，壩基巖體的滲透性是壩基施工、壩基防滲的重要參數(shù)，如何通過現(xiàn)場壓水試驗，模擬施工、運行工況下，測出各巖層滲透系數(shù)分布特征及規(guī)律是壩基勘察的重點及難點。

前人在國內(nèi)很多項目上也曾多次對該技術(shù)進行了總結(jié)歸納，例如鉆孔壓水試驗綜合測試儀的研制與推廣應(yīng)用[2]，鉆孔壓水試驗在工程勘察中的應(yīng)用[3]，其工作原理大體相同，但因為設(shè)備儀器、人為操作及地質(zhì)條件的不同，實際應(yīng)用中的成果差別較大。本文介紹了已申請實用新型專利的一種測定巖體滲透系數(shù)的壓水裝置在非洲某水電站勘察中的應(yīng)用，并根據(jù)試驗結(jié)果分析總結(jié)出一套較成熟的經(jīng)驗。

1 工程概況

非洲某水電站位于多哥、貝寧兩國界河莫諾(Mono)河上，莫諾河自上而下規(guī)劃有三個梯級，該水電站為莫諾(Mono)河水電規(guī)劃的最后一級電站，距離已建龍頭電站南貝托(Nangbeto)水電站壩址約97 km，壩址位于Adjarala瀑布上游處，右岸位于多哥境內(nèi)，距離多哥首都洛美(Lome)約150 km；左岸位于貝寧境內(nèi)，距離貝寧最大城市科特努(Cotonou)約135 km。

該水電站水庫正常蓄水位80.0 m，總庫容6.3×108m3，裝機容量147 MW(3×49 MW)，多年平均發(fā)電量約4.610×108kW·h，屬大(2)型水電站。水電站樞紐建筑物主要由攔河大壩+壩后地面廠房組成。攔河大壩由碾壓混凝土重力壩(1 050 m)+右岸黏土心墻壩(1 430 m)+右岸埡口土石副壩(1 300 m)組成，壩軸線總長約3 780 m，其中碾壓混凝土重力壩及黏土心墻壩壩頂高程82.5 m，最大壩高約50 m；右岸埡口土石副壩壩頂高程82.0 m，最大壩高約5 m。

2 一種測定巖體滲透系數(shù)設(shè)備簡介

該測定系統(tǒng)包括兩個部分：一是止水裝置部分，另一個是壓水量測部分。

2.1 止水裝置

止水裝置包括壓水桶、高壓細水管、橡膠塞，橡膠塞中間設(shè)有通水管，橡膠塞側(cè)面設(shè)有進水口連通橡膠塞與通水管之間，高壓細水管連接壓水桶與橡膠塞。根據(jù)壓水段直徑的不同，選擇不同規(guī)格的橡膠塞；根據(jù)不同孔深可能承受的壓力值不同，選擇不同耐壓強度的橡膠塞。該止水裝置另附帶有高壓管、壓水泵等相關(guān)設(shè)備。常用壓水試驗橡膠塞規(guī)格見表1。

表1 常用壓水試驗橡膠塞性能參數(shù)

2.2 量測裝置

上部壓水量測裝置(如圖1所示)包括空氣室、進水水管、高壓水管和排水水管。進水水管與排水水管連接鉆機水泵(或?qū)Ｅ渌?，進水水管連接空氣室，空氣室另一端通過管道連接高壓水管，管道上設(shè)有水壓表，排水水管上設(shè)有控制閥。

3 測試方法

3.1 測試原理

其中，q為試驗段透水率，Lu；L為試驗段長度，m；Q3為第三階段的計算流量，L/cm3；P3為第三階段的總試驗壓力，MPa。

其中P3=Pp+Pz-Ps。

其中，Pp為壓力表的讀數(shù)壓力，MPa；Pz為壓力表到壓力面的水壓力，MPa；Ps為管道壓力損失,MPa。

計算出來的透水率保留2位有效數(shù)字。透水率小于0.10 Lu時記為零。

根據(jù)每段試驗成果，繪制P—Q曲線，通過曲線類型，判斷巖體裂隙類型。

計算出透水率，從而評價巖體滲透性，為壩基防滲處理方案提供可靠依據(jù)。

3.2 操作步驟

1)鉆孔要求：鉆孔口徑不小于75 mm、不大于130 mm，可根據(jù)孔徑不同，選擇不同型號的止水塞與之相對應(yīng)。鉆孔孔壁要相對穩(wěn)定，沒有掉塊、塌孔現(xiàn)象，壓水鉆孔一般不得使用泥漿、植物膠等護壁材料鉆進，以防堵塞巖體裂隙，影響壓水試驗成果。

2)水泵要求：可以用鉆機自帶水泵，也可以單獨配水泵，所有連接的水管應(yīng)能承受不小于1 MPa的壓力。

3)所有與量測裝置活動連接部位，均需要用“生膠帶”纏繞，以達到止水效果。

4)量測開始時，先將止水塞與鉆桿連接，將止水塞底部下到待測試段頂部位置，例如要測20.0 m～25.0 m透水率，則將塞子底部下到20.0 m位置。

5)到指定位置后，通過手壓泵向止水塞中注水，使止水塞膨脹，注水壓力不少于5 MPa，或者手工無法再加壓為止。

6)連接量測部分到水泵上，先試壓，向孔內(nèi)注一定水后，觀測孔內(nèi)水位變化，如果水位不變，則說明止水效果良好，否則則說明有繞滲現(xiàn)象，需要對止水塞進行微調(diào)，再重復(fù)上述步驟，直到孔內(nèi)水位不變。

7)正式壓水開始，通過調(diào)節(jié)出水閥，來達到改變水壓的目的，宜按照0.3 MPa,0.6 MPa,1 MPa,0.6 MPa，0.3 MPa順序加壓，也可以根據(jù)實際的情況調(diào)整壓力。每級壓力持續(xù)5 min，通過水表記錄每分鐘的流量，取平均值作為該壓力下的實際流量。

8)根據(jù)壓水試驗數(shù)據(jù)，整理壓水試驗成果，繪制P—Q曲線，計算巖體透水率，評價巖體透水性。

4 數(shù)據(jù)分析和解釋

4.1 地下水類型

壩址區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水，孔隙水主要賦存于第四系松散地層中，接受大氣降水及地表水補給，向地表溝谷及地下基巖裂隙等排泄；裂隙水主要賦存于基巖風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙及斷層破碎帶中，接受大氣降水和地表水補給，向河床、溝谷等排泄。

4.2 地下水位

壩址區(qū)莫諾河河水位高程約37 m，根據(jù)勘察期間地下水位觀測成果，左岸穩(wěn)定地下水位高程最高約為65.8 m，地下水位坡降約5.2%；右岸穩(wěn)定地下水位高程最高約為63.8 m，地下水位坡降約1.7%。根據(jù)兩岸地下水位分布特征可知，兩岸地下水位坡降較小，莫諾河(Mono)為壩址區(qū)的最低排泄基準面，屬兩岸地下水補給河水類型。

4.3 巖體滲透性

本次勘察在壩址區(qū)巖體中共完成了壓水試驗189段，試驗段巖體多為弱～微風(fēng)化花崗巖、花崗片麻巖。選取一典型鉆孔，鉆孔壓水試驗成果見表2。

表2 壩址區(qū)鉆孔壓水試驗成果表

根據(jù)試驗成果，繪制P—Q曲線，見圖2。

根據(jù)左岸、河床及右岸鉆孔壓水試驗成果，繪制了左岸、河床及右岸巖體透水率與鉆孔深度變化關(guān)系圖(見圖3)。

5 結(jié)語

采用這種測定巖體滲透系數(shù)的壓水裝置，在鉆孔中進行壓水試驗，可以獲得巖體透水率較可靠的原始資料，并通過整理分析，得出壩址區(qū)巖體透水率分布情況，為大壩帷幕灌漿提供依據(jù)。在實際操作中，由于巖體破碎程度不同、施工工藝問題、供水設(shè)備水壓不穩(wěn)、鉆桿止水效果不佳、巖粉堵塞裂隙等不利因素，對成果的完美性有所影響，但通過大量的工程實踐與研究，也積累了豐富的類似作業(yè)經(jīng)驗。隨著該壓水裝置應(yīng)用技術(shù)的推廣應(yīng)用，必然對我國“一帶一路”工程項目建設(shè)起到積極的推動作用。