原位注水試驗在水利防滲墻抗滲性能檢測上的對比

袁瑞佳（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司）

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原位注水試驗在水利防滲墻抗滲性能檢測上的對比

袁瑞佳（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司）

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

圍井注水；滲透系數；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、新工藝被廣泛運用。塑性混凝土防滲墻的主要功能是防滲，因此采用原位試驗測定墻身的滲透系數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為整個滲流區較大范圍內滲透系數的平均值，結果比較可靠。原位注水試驗方法有多種，鑒于壓水試驗時壓力過大（一般大于0.5MPa壓力）可能對防滲墻有破壞可能，而鉆孔降水頭試驗法由于精度要求，受限于現場條件難于精確進行試驗。因此本文對鉆孔常水頭注水試驗法，圍井注水法的特點進行了對比。

1　原位測試方法

1.1鉆孔常水頭注水試驗

用帶水表的注水管或量筒向套管內注入清水，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。試驗時，首先按照5min時間間隔連續測量5次，然后每隔20min測量1次，并至少測量6次，當連續2次的注入水量之差不大于最后一次注入水量的10%時，視作流量穩定，終止觀測。當試驗段在地下水位以下時，滲透系數為：

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

當試驗段在水位線以上，且50＜H/r＜200、H≤l時（r為鉆孔內半徑，cm；l為試驗段長度，cm），滲透系數為：

1.2圍井注水試驗

圍井注水試驗法主要用于高噴墻抗滲性能檢測，采用常水頭法進行，即在圍井內設置一固定水位，通過量杯或便于計量的水表等，不斷向圍井內注入水，保持固定水位不變，測得穩定水量Q后代入公式計算滲透系數。其墻體滲透系數為：

式中：K為滲透系數，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計參數見表1。

2.2注水試驗

經過與該項目的業主及施工方溝通，在閘門防滲墻處平均選取了7個點進行鉆孔常水頭注水試驗。每個點鉆機均采用清水鉆進，每隔5m進行鉆孔常水頭注水試驗法，以套管孔口為控制水位進行注水試驗過程控制和記錄。

2.3滲透系數的計算

表1　塑性混凝土設計參數

常水頭試驗嚴格按照 《注水試驗規程》（YS5214-2000）的規定進行，并結合式（1）、式（2）計算滲透系數。利用注水試驗測得的試驗數據，結合防滲墻墻體鉆孔的實際情況，對圍井法計算模型進行簡化。當鉆孔達到某個深度并開始常水頭試驗時，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的公式計算防滲墻的滲透系數，但考慮到防滲墻軸線方向的兩個截面未發生滲漏，因此將計算得到的滲透系數乘以2作為防滲墻的實際滲透系數。

兩種計算方法采用兩種數據處理方式：①注水試驗使用止水栓塞每隔5m進行一次，可計算每5m的滲透系數以及孔口-孔底段整段的滲透系數。②考慮到鉆孔常水頭注水試驗的結束條件是被評價段滲透穩定的控制條件，因此可利用注水量減除的方法實現分段計算。結合本試驗即用圍井法計算滲透系數時每5m分別計算，若利用0～20m的注水量減去0～15m的穩定滲流量，則可計算出15～20m的滲透系數。

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

表2　常水頭注水試驗孔口-孔底計算滲透系數

表3　圍井注水試驗孔口-孔底計算滲透系數

表4　常水頭注水試驗每5m分段計算滲透系數

表5　圍井注水試驗每5m分段計算滲透系數

3　數據分析

根據表2～3，樁號0+100、0+150孔位處所有測段滲透系數均相對較大，經分析采用孔口-孔底整段計算時，兩種方法計算的防滲墻各段滲透系數受集中透水段的影響很大，會導致集中透水段以下各段滲透系數明顯偏大。說明孔口-孔底整段計算滲透系數的方法對于有集中滲漏情況存在的注水試驗不適用。排除上述2處孔位的數據，對滲透系數分布區間重新進行統計，結果見表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數量級為10-5、10-6cm/s；圍井法計算滲透系數數量級主要為10-6、10-7cm/s，后者比前者小1個數量級。采用每5m分段計算時，常水頭注水法計算的滲透系數數量級主要為10-6cm/s；圍井法計算滲透系數數量級主要為10-6～10-7cm/s，后者比前者小1個數量級。

表6　孔口-孔底整段計算滲透系數數值分布區間統計

于此同時，在鉆孔時同步取樣，取得的芯樣進行室內的滲透系數試驗，試驗結果表面大多數芯樣的滲透系數數量級為10-7cm/s，僅有約10%芯樣的滲透系數數量級為10-6cm/s。即大多數芯樣的滲透系數與圍井法計算得到的滲透系數相近，表明圍井法計算的滲透系數更符合工程的實際情況。

4　結語

防滲墻滲透系數的孔口-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的滲透系數進行統計分析表明：圍井注水試驗法得出的滲透系數比鉆孔常水頭注水試驗方法得出的滲透系數小1個數量級，考慮到圍井注水試驗滲透系數的計算條件忽略了井內外地層滲流的水頭損失，其值會比實際的K值偏大，而這與同時進行的室內芯樣的滲透試驗的數據有很高的相似性，即圍井滲透系數檢測方法更符合工程的實際情況。

2016-5-1

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