王小強

（山西潞安工程勘察設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，山西長治 046204）

0 引言

受建設(shè)單位的委托，在潞安180場地和精細(xì)化場地進(jìn)行了煤化工地基碾壓灰土及天然黏性土地基防滲的滲透試驗檢測，試驗檢測選擇與目標(biāo)化工地基相近的灰土壓實地基和天然黏性土地基進(jìn)行試驗，采用試坑雙環(huán)注水滲透試驗。

1 試坑雙環(huán)滲水試驗

1.1 場地內(nèi)地基土構(gòu)成、巖性特征及水文情況

根據(jù)工程勘察資料，廠區(qū)松散地層劃分為7層。

①填土（Q42ml）。黑灰色，黑色；稍濕；松散。該層由矸石、塊石和素土等形成，大部分為耕地表層土，均勻性差。該層中還有新近沉積土主要分布在地勢較低的溝底部，以粉質(zhì)黏土為主，有層理結(jié)構(gòu)，土質(zhì)不均，多孔隙，混有姜石礫石等顆粒。

②黃土狀粉質(zhì)黏土（Q41al+pl）。褐黃色；濕；可塑。有小孔隙，主要含有較多鈣質(zhì)菌絲和姜石，該層具有黃土濕陷的特性，濕陷等級綜合判斷為Ⅰ級，濕陷類別為非自重濕陷，天然孔隙比為0.640～0.936，平均為0.771。

③粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）。褐色、褐紅色；濕；硬可塑。多孔隙，包含較多鐵錳質(zhì)薄膜和黑斑，顯塊狀，天然孔隙比為0.873～0.931，平均為0.881。

④黏土（Q2al+pl）。黃褐色，黃色；濕；硬可塑。包含較少黑斑，局部含有大量鐵錳質(zhì)核粒，鐵錳質(zhì)薄膜，該層局部夾有鈣質(zhì)結(jié)核層。姜石富集成層，該層以透鏡體形式存在。

⑤礫石土（Q1al+pl）。黃褐色；濕；密實。包含較多礫石、石英等，以褐色黏性土膠結(jié)。

⑥砂巖（C）?；疑?；濕；中等風(fēng)化，局部出露。該層還有泥質(zhì)灰?guī)r（C）。紫褐色；濕；硬可塑。強～中風(fēng)化。

⑦泥質(zhì)灰?guī)r（C）。青灰色；濕；中風(fēng)化。該層均有揭露。場地勘察鉆孔揭露深度內(nèi)未見地下水。

1.2 適用條件及試驗設(shè)備

雙環(huán)注水試驗（圖1）適用于場地內(nèi)地層為粉土層、粉質(zhì)黏土及黏土層，試坑位地下水位以上，且離地下水有一定距離?；具m用于壓實灰土防滲地基土層[1]。

圖1 雙環(huán)注水試驗

1.3 試驗原理

水在土中的流動符合達(dá)西定律，水在土的孔隙中流動時，大多數(shù)情況下流速較小，可以認(rèn)為屬于層流。則滲透速度與水力坡降成正比。當(dāng)水力坡降為1時的滲透速度稱為土的滲透系數(shù)。對于飽和土的滲透現(xiàn)象常用達(dá)西定律來表示。即v=kI或q=kIF。

在試驗場地，向地表試坑內(nèi)土層進(jìn)行注水，當(dāng)一定時間段后，滲入的水量達(dá)到穩(wěn)定值，即單位時間的滲入水量接近相等，差別不大時，再利用Darcy定律的原理求出滲透系數(shù)（K）值。在坑底嵌入兩個高約0.2m，直徑分別為0.25m和0.50m的鐵環(huán)，試驗時同時往兩個圓環(huán)內(nèi)注水，并保持內(nèi)外環(huán)的水頭（水位）都保持在同一高程，以0.1m為宜，由于外部圓環(huán)滲透場的約束作用使內(nèi)部圓環(huán)的水只能垂直向下滲入，因而大大減小了側(cè)向滲流的誤差，因此它的精度相對較高[2]。

1.4 現(xiàn)場試驗

（1）試坑開挖應(yīng)符合下列要求：①在隨機選定的試驗部位，挖一個圓形或方形試坑，至試驗土層的穩(wěn)定土層。②在試坑底部再挖一個深15～20cm注水試驗試坑，直徑應(yīng)大于外環(huán)直徑，坑底修平，并確保試驗土層的結(jié)構(gòu)不被擾動。

（2）試環(huán)安裝應(yīng)符合下列要求：①在注水試坑內(nèi)放入試環(huán)，將直徑分別為250mm和500mm的兩個試環(huán)水平壓入坑底，深約50～80mm，并確保試驗土層的結(jié)構(gòu)不被擾動，試環(huán)周邊不漏水[3]。（試驗土層為人工壓實灰土層，土層含有硬碎土塊等造成土的不均勻，為避免硬土塊易造成開挖對土層結(jié)構(gòu)的擾動破壞，采取提前挖坑并浸水濕潤的措施，使土層適當(dāng)變軟，均勻性改善，達(dá)到試環(huán)周邊不漏水）。②在內(nèi)環(huán)及內(nèi)、外環(huán)之間環(huán)底鋪2～3cm厚、粒徑為0.5～1.0cm的礫石作為緩沖層。

（3）應(yīng)按圖1所示安裝瓶架、流量瓶、出水管和進(jìn)氣管。流量瓶應(yīng)裝滿清水，用帶2個孔的膠塞塞住，孔中分別插入長短不等的2根管端切成斜口的進(jìn)氣管和出水管。量水瓶進(jìn)氣管管口距坑底應(yīng)為0.1m，以保持試驗水頭不變。

（4）試驗過程中，用兩個Mariotte瓶控制外部環(huán)和內(nèi)部環(huán)的水頭保持同一高度值（0.1m），根據(jù)內(nèi)環(huán)所取得資料確定土層的滲透系數(shù)，由于內(nèi)環(huán)中水只產(chǎn)生垂向滲透，排除了側(cè)向滲漏引起的誤差，因此可以獲得較高的精度[4]。

（5）量測應(yīng)符合下列規(guī)定：①注入水量由瓶上刻度讀出；②開始每隔5min量測一次，連續(xù)量測5次；之后每隔15min量測一次，連續(xù)量測2次；以后每隔30min量測一次并至少量測6次；③當(dāng)連續(xù)2次觀測的滲入流量之差小于最后一次滲入流量的10%時，試驗即可結(jié)束。取最后一次滲入量作為計算值。

（6）注水試驗的滲入深度可采用以下方法確定：以試坑內(nèi)環(huán)直徑為一邊向下開挖，通過對土層進(jìn)行直觀觀察或測定不同深度土層的含水量來確定滲水試驗的滲入深度。如圖2～圖5所示。

圖2 灰土場地雙環(huán)滲透試驗現(xiàn)場

圖5 黏性土場地滲透速度歷時曲線

1.5 試驗資料整理

（1）繪制內(nèi)環(huán)滲入量與時間（Q-t）關(guān)系曲線圖表。

（2）試驗土層的滲透系數(shù)按式（1）計算。

式中：K——試驗土層滲透系數(shù)，cm/s；Q——內(nèi)部環(huán)注入水的流量，L/min；F——內(nèi)環(huán)的底面積，cm2；H——試驗水頭，cm；H=10cm；Hα——試驗土層的毛細(xì)上升高度，cm；z——從試坑底算起的滲入深度，cm。

圖3 灰土滲透度歷時曲線

圖4 天然黏性土場地雙環(huán)滲透試驗現(xiàn)場

2 碾壓灰土層滲透性評價

試驗結(jié)果如表1、表2所示，在碾壓灰土地層中所進(jìn)行的5組滲水試驗，滲透系數(shù)在5.53×10-5～2.0×10-7（cm/s），其滲透性主要為弱至中等透水，離散性較大，灰土層的透水性不能滿足環(huán)保防滲的高標(biāo)準(zhǔn)（滲透系數(shù)小于10-7cm/s）的要求。

表1 雙環(huán)試坑注水試驗成果表（壓實灰土）

表2 雙環(huán)試坑注水試驗成果表（③層黏性土）

碾壓灰土層具有如此高的滲透性，其主要原因是：該土層土質(zhì)不均勻，土料塑性指數(shù)較高，土層本身結(jié)硬塊，不易被壓實，保留了結(jié)塊之間縫隙形成滲透通道。該人工碾壓灰土層所用土料沒有經(jīng)過嚴(yán)格選料，可能混有鈣質(zhì)結(jié)核粒等其他雜質(zhì)作碾壓土料；同時可能還有施工碾壓方面的原因。

天然黏性土進(jìn)行的3組滲水試驗，滲透系數(shù)在2.85×10-5～7.82×10-5（cm/s），其滲透性主要為中等透水，該黏性土滲透性也無法達(dá)到環(huán)保要求，分析有兩方面的原因，一是該層土中鈣質(zhì)結(jié)核顆粒，在一定程度上為滲流提供了導(dǎo)水通道。另一方面該層土的孔隙比稍大，也是對防滲的不利因素[5]。

從上述試驗結(jié)果看，碾壓灰土層及該場地的天然黏性土的滲透性不能達(dá)到環(huán)保高標(biāo)準(zhǔn)防滲的要求，必須重新考慮其他有有效的防滲措施。

3 建議化工環(huán)保防滲的方法措施

為了滿足環(huán)保防滲要求，建議對化工污水池底及側(cè)壁進(jìn)行水平防滲處理，處理的措施是鋪設(shè)土工膜防滲。在嚴(yán)密鋪設(shè)的條件下，土工膜可以達(dá)到滲透系數(shù)小于10-7cm/s的要求。

土工膜以塑料薄膜作為防滲基本材質(zhì)，與無紡布復(fù)合而成的土工防滲材料，新材料土工膜它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國內(nèi)外防滲應(yīng)用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）、EVA（乙烯/醋酸乙烯共聚物），它們是一種高分子化學(xué)柔性材料，延伸性較強，適應(yīng)變形能力高，比重較小，抗凍性能好耐腐蝕，耐低溫，壽命長。為了達(dá)到可靠的防滲目標(biāo)，塑料薄膜的厚度可采用0.5mm，需要采用一膜兩布結(jié)構(gòu)（中間是塑料薄膜兩邊是無紡布），以使無紡布保護塑料薄膜不受破壞，與土層接觸帶以細(xì)砂層過渡。塑料薄膜鋪設(shè)結(jié)合是用黏結(jié)或焊接的方法，這是塑料薄膜防滲性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須由專業(yè)施工人員精心完成，在黏結(jié)或焊接的過程中使塑料薄膜不受破損，保持完整嚴(yán)密的防滲性能。