鉆孔注水試驗(yàn)在塑性混凝土防滲墻滲透性檢測(cè)中相關(guān)問題探討

龔復(fù)軍

摘要：塑性混凝土是一種以膨潤(rùn)土、粘土等摻和材料取代普通混凝土中的部分水泥而形成的具有一定柔性的混凝土，具有彈性模量低、極限應(yīng)變大等優(yōu)點(diǎn)，能有效改善混凝土防滲墻體應(yīng)力狀態(tài)，抗?jié)B性能好，而且經(jīng)濟(jì)性好。所以，塑性混凝土防滲墻在當(dāng)前水庫(kù)土石大壩除險(xiǎn)加固工程中廣泛采用，而防滲墻的抗?jié)B性能是其最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。目前對(duì)其抗?jié)B性所做的系統(tǒng)性研究不多，因此加強(qiáng)塑性混凝土抗?jié)B性檢測(cè)評(píng)價(jià)相關(guān)問題的研究，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：適用性試驗(yàn)水頭計(jì)算試驗(yàn)鉆孔傾斜

塑性混凝土防滲墻抗?jié)B性能檢測(cè)目前主要是依據(jù)水利部發(fā)布的《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》（SL 345—2007）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）在墻體中進(jìn)行鉆孔注水試驗(yàn)來獲取防滲墻體的滲透系數(shù)，進(jìn)而對(duì)防滲墻的滲透性進(jìn)行評(píng)價(jià)。筆者擬通過《規(guī)程》，結(jié)合近年在水利工程鉆孔注水試驗(yàn)方面的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)，對(duì)鉆孔注水試驗(yàn)在塑性混凝土防滲墻滲透性檢測(cè)中的適用性、試驗(yàn)水頭計(jì)算、鉆孔傾斜等問題做出分析總結(jié)，供同行們探討。

1、適用性問題

鉆孔注水試驗(yàn)是用人工抬高水頭，向鉆孔內(nèi)注入清水，測(cè)定巖土體滲透系數(shù)的一種原位試驗(yàn)方法，適用范圍為水利水電工程地質(zhì)勘察工作中的巖土層滲透性測(cè)定工作，與壓水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)互為補(bǔ)充，適用于水平分布寬度較大、均一或較均一的巖土體。水庫(kù)除險(xiǎn)加固等工程中的塑性混凝土防滲墻中進(jìn)行鉆孔注水試驗(yàn)時(shí)，塑性混凝土墻體和墻體外的壩體人工填土層透水性相差是很懸殊的，墻體的透水性比壩體人工填土層透水性通常要小得多，而且墻體厚度較小（水平分布寬度?。话阍?00～1000mm范圍內(nèi)，600～800mm居多，而且還要扣除鉆孔直徑，注水試驗(yàn)中實(shí)際檢測(cè)的墻厚更小，所以注水試驗(yàn)結(jié)果不一定完全是塑性混凝土防滲墻體的滲透系數(shù)，需要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行分析使用。

對(duì)于在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)鉆孔注水不能滲透到墻體外（墻體滲透系數(shù)較小或者墻體較厚）的情況下，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果為防滲墻體的滲透系數(shù)，塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)滲透系數(shù)一般控制10-7cm/s～10-6 cm/s級(jí)別，鉆孔外防滲墻體厚度較大的情況下屬于這種情形；對(duì)于在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)鉆孔注水滲透到墻體外（墻體滲透系數(shù)較大、墻體厚度較小或者鉆孔傾斜較大）的情況下，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果為防滲墻體和壩體人工填土的綜合滲透系數(shù)，筆者認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)填土層滲透系數(shù)及水平分布和防滲墻體的厚度綜合考慮。

根據(jù)試驗(yàn)方法和適用巖土層條件不同，鉆孔注水試驗(yàn)分為鉆孔常水頭注水試驗(yàn)和鉆孔變水頭注水試驗(yàn)兩種。《規(guī)程》中言明：鉆孔常水頭注水試驗(yàn)適用于滲透性較強(qiáng)的壤土、粉土、砂土和砂卵礫石層或者不能進(jìn)行壓水試驗(yàn)的風(fēng)化、破碎巖體、斷層破碎帶等透水性較強(qiáng)的巖體；鉆孔變水頭注水試驗(yàn)適用于地下水位以下粉土、粘性土層或者滲透系數(shù)較小的巖層。首先塑性混凝土防滲墻體透水性弱，再者很多情況是注水試驗(yàn)段在試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)位于地下水位以上，所以有些工況在《規(guī)程》中還不能找到完全滿足條件的檢測(cè)方法，對(duì)于超規(guī)程條件的工況如何采用鉆孔注水試驗(yàn)進(jìn)行墻體滲透性檢測(cè)有待進(jìn)一步明確。工程地質(zhì)手冊(cè)中介紹鉆孔注水試驗(yàn)并未作出試段與地下水位之間關(guān)系的限制，不知《規(guī)程》是基于何種因素考慮，值得商榷。

2、試驗(yàn)水頭計(jì)算問題

按照《規(guī)程》推薦的計(jì)算公式：

（1）常水頭鉆孔注水試驗(yàn)：

當(dāng)試段位于地下水位以下時(shí)，采用下式①計(jì)算試驗(yàn)巖土層滲透系數(shù)

①

當(dāng)試段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H≤時(shí)采用下式②計(jì)算巖土層試驗(yàn)滲透系數(shù)

②

（2）變水頭鉆孔注水試驗(yàn)，試驗(yàn)巖土層的滲透系數(shù)計(jì)算如下：根據(jù)鉆孔內(nèi)水頭Ht下降與延續(xù)時(shí)間t的關(guān)系按照下式③計(jì)算

③

也可根據(jù)ln（Ht/H0）-t關(guān)系曲線求得注水試驗(yàn)特征時(shí)間，按照下式④計(jì)算

④

式中： K—試驗(yàn)巖土層的滲透系數(shù)(cm/s) ； Q—穩(wěn)定時(shí)的注入流量(L/min) ；H—試驗(yàn)水頭(cm)，等于試驗(yàn)水位與地下水位之差；A—試驗(yàn)段形狀系數(shù)(cm)，按《規(guī)程》中附錄 B選用；r—鉆孔內(nèi)半徑，cm；—試段長(zhǎng)度，cm。

當(dāng)試段高出地下水位較多，介質(zhì)均勻，且50＜H/r＜200、孔中水柱高度H≤時(shí)，《水利水電工程地質(zhì)》和《工程地質(zhì)手冊(cè)》都推薦采用納斯別爾格公式⑤計(jì)算巖土層滲透系數(shù)：

⑤式中Q也為注水穩(wěn)定流量（cm3/s）。

上述①～⑤各式中均未見對(duì)試驗(yàn)水頭H的計(jì)算零線作出明確規(guī)定，如果都按照試驗(yàn)水頭等于試驗(yàn)水位與地下水位之差理解，③、④式不存在疑問；當(dāng)注水試驗(yàn)段干燥時(shí)①、②式中H若按照定義計(jì)算存在疑問，50＜H/r＜200、H≤兩個(gè)條件同時(shí)滿足比較苛刻，①～④中H和⑤中H定義好像不能一致，有待進(jìn)一步明確。

3試驗(yàn)鉆孔傾斜問題

塑性混凝土防滲墻體厚度較小，大多厚度在600～800mm之間，基于目前的鉆探技術(shù)水平，在防滲墻體深度較大時(shí)由于鉆孔傾斜會(huì)出現(xiàn)鉆孔傾斜。一方面傾斜可能導(dǎo)致鉆孔離出墻體外，無法檢測(cè)到防滲墻底，給檢測(cè)工作帶來不便另一方面由于鉆孔傾斜會(huì)導(dǎo)致鉆孔外實(shí)際檢測(cè)墻體變得更薄，使得鉆孔偏出墻體外前一段注水試驗(yàn)滲透系數(shù)必定墻體和壩體填土的綜合滲透系數(shù)，如何較準(zhǔn)確通過試驗(yàn)計(jì)算滲透系數(shù)值得商榷。

結(jié)語

本文就鉆孔注水試驗(yàn)《規(guī)程》在塑性混凝土防滲墻滲透性檢測(cè)工作中應(yīng)用為主線，就《規(guī)程》的適用性、試驗(yàn)水頭計(jì)算、鉆孔傾斜等相關(guān)實(shí)際問題，結(jié)合自己的工作實(shí)踐與認(rèn)識(shí)展開了有益探討。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。