雙環注水試驗在堤防檢測中的應用

黃紅儒，孫志華

(江西省九江水利電力規劃設計院，江西九江 332000)

雙環注水試驗在堤防檢測中的應用

黃紅儒?，孫志華

(江西省九江水利電力規劃設計院，江西九江 332000)

通過雙環注水試驗、常水頭鉆孔注水試驗及室內垂直滲透試驗方法對同一土層的滲透系數進行了測定，并對試驗結果進行了比較分析，最后指出了雙環注水試驗的特點及適用范圍。

滲透系數；原位試驗；常水頭鉆孔注水；雙環注水

1 前 言

水利水電工程的發展，對巖土試驗精度要求越來越高。巖土的滲透性是一個古老而又備受關注的課題，同時又是一個技術復雜、綜合性很強的技術難題，特別是確定填土滲透系數。由于填土的滲透性很難把握，往往不同的試驗手段得出的結果大相徑庭。究其原因除測試設計不夠完善外，主要是土體各向異性造成的。本測試嚴格按試驗設計和規范規定的要求進行操作，在注水試驗操作的處理上，取得不少好的經驗。本文對該測試結果進行分析討論，為相似工程提供參考。

2 工程概況

2.1 工程概況及場地工程地質、水文條件

九江市某城市防洪堤除險加固工程位于賽城湖與長江之間的沖湖積平原，粘性土填筑，堤防長11.75 km。

工程區為長江Ⅰ級階地，地面高程一般12 m～16 m，地勢低平，由東南向北西緩傾。區內廣泛沉積了第四系松散堆積層，屬典型河流堆積地貌，具明顯的二元結構。

區內河流湖泊交織，屬沖積平原地貌，地勢低洼，地表水系發育；地下水埋藏淺，主要為第四系松散堆積層孔隙潛水，局部尚分布有上層滯水。潛水在汛期往往具承壓性質；基底的砂礫巖，相對不透水，為隔水底板。

地下水與地表水水力聯系密切，主要接受內湖及長江等地表水體的入滲補給，涇流與地表水基本一致，枯水季節通過向下游滲流和蒸發的方式排泄。地下水位、水量、水質變化受內湖及長江控制，但由于其主體埋藏于長江和賽城湖枯水位以下，常年能維持相對穩定水平，其動態隨季節性變化不甚明顯，水位埋深一般在5.0 m～7.0 m不等。

據已有鉆探資料揭露，堤頂高程為 21.0 m～ 22.0 m，堤身填土巖性為黃褐色、灰黃色，粉質壤土，含水量中等，局部粉粒集中。層厚5.5 m～8.3 m。

2.2 測試手段

為了更確切查明堤身的滲透性，本次測試手段采用雙環注水試驗與常水頭鉆孔注水試驗、原狀土樣室內垂直滲透試驗相對比。測試操作設計步驟如下:

(1)在選定的試驗位置，挖一個圓形或方形試坑至預定深度(0.5 m～1.0m)；

(2)安裝測試器具；

(3)試驗前在距試坑水平距離3 m～5 m處鉆一個比坑底深3 m～5 m的鉆孔，并每間隔20cm取擾動樣測定其土體含水量；

(4)在內環的鉆孔中進行常水頭鉆孔注水試驗，滲水流量觀測；

(5)試驗結束后，立即排出環內積水，在試坑中心打一個同樣深度的鉆孔，每間隔 20 cm取擾動樣測定其土體含水量，與之前相鄰鉆孔試驗資料對比，以確定注水試驗的滲入深度；

(6)封孔。

測試主要分三種方法進行:在野外進行常水頭鉆孔注水試驗、雙環注水試驗及室內垂直滲透試驗。通過雙環注水試驗結果與其他兩種試驗的結果比較，檢驗雙環注水試驗在堤防中的適用性。

3 試驗數據整理

本次測試沿堤共布置22個試驗點，試驗結果如表1(各試驗值比較表)。為了更能說明雙環注水試驗在堤防中的應用，我們必須分選出有價值的試驗結果。以下我們通過比較條件假設、確定選值原則，以此來篩選試驗比較值。

3.1 試驗條件假設

結合堤防填筑的時間、填筑歷史、填筑材料及試驗手段，我們對試驗條件作以下假設:

(1)假設堤防土類的性狀差別不大，堤防為較均質土堤；

(2)假設巖土體各向同性，也就是巖土體水平滲透性與垂直滲透性相近；

(3)假設試驗點巖土體性狀一致，也就是不同的試驗對象是相同的，這是可以進行比較的前提。

3.2 選值原則

為了便于通過對比分析，準確說明雙環注水試驗在堤防檢測中的應用，我們首先對所有試驗的結果進行分選，分選原則如下:

(1)首先，要剔除試驗中的偏差較大的值。把兩種試驗方法得出的結果進行比較，相差一個量級的試驗點剔除。則剔除差比ε〉10的試驗點。

根據CH/T 9008.3—2010《基礎地理信息數字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000數字正射影像圖》的規定，山地高山地數字正射影像圖平面精度為0.8 mm(圖上)，即實地精度要求為1.6 m。通過各個像控點布設方案的精度統計情況可以看出，像控點布設最密集的方案二精度統計情況最好，沒有坐標差超限的檢查點。方案四的精度統計情況最差，且有一個檢查點坐標差超限。按各個像控點布設方案進行測量和生產數字正射影像圖，其成果均能保證精度要求。

表1中有效值1為本次篩選后得出的結果。

(2)其次，為了分析結果的偏差。因為常水頭鉆孔注水試驗在工程檢測中應用已經相當成熟，本次比較我們不妨假設常水頭鉆孔注水試驗結果能真實反映土層的滲透性，是可靠值。然后用雙環注水試驗結果來跟常水頭鉆孔注水試驗結果作比較。

結合實驗數據的大小、量級及類型，假設如果差值小于1，我們就可認為兩個比較數據具有一致性。表2中有效值2為在第一次篩選后再次篩選得出的結果。

各試驗成果表 表1

各試驗成果比較表 表2

4 不同的試驗方法所得出的結果比較

從表1我們不難看出:室內垂直滲透試驗值較室外偏小。究其原因，是由于室內滲透試驗中，原狀樣采取的是結合較好的土塊，松散的采取不了；室內切樣時實驗人員的操作，容易抹平土樣中的縫隙，因此，所采取的土樣不能完全代表堤壩土體滲透的真實性狀，室內垂直滲透試驗結果往往小于野外試驗值，代表性差。所以本文只進行雙環注水試驗成果與常水頭鉆孔注水試驗成果的比較。

4.1 試驗結果的分析

表2為雙環注水成果與常水頭鉆孔注水試驗的計算結果。從表2中，兩種原位測試的差比ε和差值比s我們不難看出試驗點所進行不同的原位測試的試驗結果的關系。圖1為剔除前，數據的分布情況，結合表1、表2，我們不難看出差比ε大于10的試驗點有7個，在該試驗點所進行的原位測試結果相差很大。

圖1 剔除前試驗結果分布圖

圖2 第一次剔除后試驗結果分布圖

圖3 第二次剔除后試驗結果分布圖

剔除出差比ε大于10的試驗點，剩下的試驗點結果分布圖如圖2。在圖2中結合結合表1、表2，我們不難看出差值比s大于1的試驗點有5個，在這些試驗點所進行的原位測試結果相差較大。剔除差值比s大于1的試驗點，剩下的試驗點結果分布圖如圖3。

(1)從圖3可以看出:通過原位試驗方法，求出的滲透系數都屬于1×10－3～1×10－5cm/s這個數量級，而室內試驗結果遠遠低于該數量級。

(2)兩種原位試驗方法所求得的滲透系數較為接近，如常水頭鉆孔注水法與雙環注水試驗結果差值比s小于1.0的占12個試驗點，差比ε小于10的占15個，我們可以認為雙環注水試驗與常水頭鉆孔注水試驗結果比較接近。

5 雙環注水試驗在堤防質量檢測中的適用性

由以上比較可以看出，對于地下水位以上的均質填土雙環注水試驗是可行的。但在實際工程中，不同的方法由于其自身的優缺點而適用于不同的情況，以下我們通過比較不同的試驗方法來說明雙環注水試驗在堤防質量檢測中的適用性。

(1)常水頭鉆孔注水試驗的鉆孔過程比較費時，費用貴。對于砂類土等非飽和土來講，鉆孔過程中容易發生坍孔，注水過程中水流對孔壁的沖刷也會造成孔徑變大、孔深變小，造成計算結果有偏差。

(2)室內垂直滲透試驗很難模擬現場的滲透情況，實踐證明通過室內垂直滲透試驗來檢測填土的滲透性，效果不理想。

(3)野外雙環注水試驗的操作程序及試驗器材較簡單、方便、費用小，適合檢測均質填土及淺層黏性土。

6 結 語

(1)由于本試驗是在一個填土相對比較均勻的大堤上進行，所以試驗結果存在可比性。實際中，土質各向絕對同性是不存在的。這與地質實際情況存在一定差異，計算結果僅可作為一種參考依據。

(2)野外雙環注水試驗主要是體現土體的垂直滲透性，而常水頭鉆孔注水試驗更多是體現土體的水平滲透性。由本試驗將試驗層概化為均質體，土體的垂直滲透性與水平滲透性一致。事實上土體的垂直滲透性與水平滲透性成何種關系，這也是試驗的要解決的最終問題，在今后的試驗中有待探討、研究。

(3)雙環注水試驗的試驗對象往往限于表層土體。對于高度較大的填土，表層土體性狀能否代表深層的土體性狀，這也是雙環注水試驗的局限性。

[1]SL345－2007.水利水電注水試驗規程.

[2]YS5214－2000.注水試驗規程.

[3]工程地質手冊編委會.工程地質手冊(第三版).北京:中國建筑工業出版社，1992

[4]郭見揚，譚周地等.中小型水利水電工程地質(第二版).北京:水利電力出版社，1995

[5]國際土地開墾和改良研究所.排水原理和應用—Ⅲ勘測和調查研究[M].北京:農業出版社:192～194

[6]鄧爭榮.土體工程勘察中鉆孔注水試驗滲透系數的計算[J ].長江工程職業技術學院學報，2003，21(1):25～27

Application of Double Annulus Water Injection Test in Embankment Detection

Huang HongRu，Sun ZhiHua
(Jiangxi Province Jiujiang Water Conservancy Power Planning Design Institute，Jiujiang 332000，China)

According to the double annulus water injection test method，constant head water injection test method and indoor vertical permeability test method，it carries out the measurement to the permeability of the same soil layer，and carries out the comparison analysis to the test results，in the end，there indicates the features and application range of the double annulus water injection test.

permeability coefficient；in situ test；constant head borehole water injection；double annulus water injection

1672－8262(2010)03－170－04

TU411.4

B

2010—03—18

黃紅儒(1965—)，男，工程師，主要從事水利電力勘察技術工作。