壓水試驗在帷幕灌漿初期防滲效果評價中的運用

張自信

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 項目背景

關峽水庫全壩基礎段均進行帷幕灌漿，單排孔距1.5m，灌漿壓力為1.5MPa。由水庫正常蓄水位與壩基、左右壩肩基巖上部中等透水至弱透水帶交接位置判定，壩基防滲帷幕灌漿軸線沿壩基心墻軸線上游0.5m布置，并向左右岸壩頭以外山梁延伸，帷幕長度從左至右總長度為363m，心墻底部與壩基巖石之間現澆C20混凝土心墻基座，防滲軸線與壩軸線距離2m，左壩肩68m，右壩肩岸坡陡峭，設置3m×3m城門洞型灌漿平洞長度為16.45m。帷灌深度深入5Lu線以下5m。

2 壓水試驗應用現狀及優劣分析

在帷幕形成初期，壓水試驗是檢查灌漿防滲效果的主要方法。該試驗對巖土層基本不會產生大的擾動，由于水壓力的影響，有一定概率產生抬動變形破壞，但就巖層的整體性及試驗機理而言，優點在于：（1）無須考慮樣本的選擇性，不會因樣本選擇偏差導致結果的差異性；（2）樣本容量較大，對每一個孔段均需進行壓水試驗檢查，可保證較大量的基礎數據，容易發現試驗規律，對單孔及整個帷幕均有很好的指導效果；（3）快捷經濟，由于壓水試驗的機理簡單，作為一種動態試驗，數據能很好地反映巖層滲透性的真實情況，具有較高的應用實際價值，結果在試驗完成后即可產生，對評價指標的比照及施工過程的影響較小。

壓水試驗在透水性評價及防滲效果分析上的應用也是有局限性的，邊界條件較為復雜，雖可通過相關公式計算試驗壓力P、巖體透水率q、滲透系數K等，但在計算相關參數時，不可避免地在計算模型和確定邊界條件上采用一些簡化假設，就統計學而言，很難保證相關參數和實際狀態的符合性，做到對巖體滲透性的理想表征，而且在統計學上也很難通過相關手段檢視該種符合性的概率問題，該問題的解決也將成為該試驗在相關領域的發展前景，即如何通過精準數據分析結合其他試驗手段最大化地消除該隱蔽工程試驗結果與實際的差異性。存在單孔局限性，壓水試驗目前僅能對孔深區間內側向有限范圍的灌漿進行檢視復核，不能與相鄰孔段的聯動及整體性進行比照分析，只有“一孔之見”。

3 壓水試驗對可灌性的檢測

就水庫大壩而言，由于工程規模、地質條件、使用功能、壩型的不同，對大壩地基防滲處理的要求也是不同的，具體來說每個工程的施灌條件也是不一樣的。在帷幕灌漿正式施工前，為取得合理控制參數，試驗位置的選擇，必須結合現場調查和工程地質情況進行分析，對工程所處巖層進行分區，確定試驗地點，達到少而精、具有充分代表性的目的，該工程在左壩肩（0+132.22～0+139.72、0+194.38～0+230.38）布 設了85～89#試驗孔位，進行了生產性試驗，采用三點五段法壓水試驗，工作模式采用小循環，驗證壩基巖層的可灌性。選定有代表性的先導孔對于灌漿作業是極為重要的，裂隙沖洗及壓水試驗的結果在一定程度上反映了巖體裂隙發育情況和透水性，得出單位注入量（吸漿量），進而驗證防滲帷幕的合理深度和分段灌漿壓力，為灌漿提供依據。目前就成孔質量而言，壓水試驗是作為終孔的主要依據。試驗段各次序孔壓水試驗透水率區間分布表如表1所示。

表1 試驗段各次序孔壓水試驗透水率區間分布表

試驗段各次序孔壓水試驗透水率頻率曲線圖如圖2所示。

從表1和圖2中的結果進行分析，巖體透水率分布區間為10～100Lu，I序孔為62.5%、Ⅱ序孔為62.5%、Ⅲ序孔為43.8%，說明裂隙還是較發育的，局部存在地質不良的情況，如果進行灌漿，將能起到較好的效果。

圖2 試驗段各次序孔壓水試驗透水率頻率曲線圖

4 P-Q曲線分析

根據J1檢查孔繪制的P-Q曲線圖，從流態和裂隙狀態兩個方面進行分析。01段為層流，說明裂隙狀態由于壓力較小，尚未發生明顯變化；02段為充填型，說明裂隙狀態發生了變化，而且有部分小的堵塞產生，初步估計為細小顆粒導致的半封閉狀態；03～08段均為紊流型，呈現一種非線性的壓力流量關系，但裂隙狀態沒有發生大的變化。在整個壓水試驗過程中，壓水曲線也沒有出現擴張和沖蝕，說明在某一壓力狀態下，裂隙既沒有出現彈性擴張，又沒有出現滲透性增大的情況，初步判定地質條件除有少部分細顆粒存在，巖體基本處于半封閉狀態，而在這種狀態下進行的灌漿，質量是有保障的。J1檢查孔分段P-Q曲線如圖3所示。

圖3 J1檢查孔分段試段最大壓力P-壓入流量Q關系曲線

5 壓水試驗對灌漿初期質量的檢查

（1）檢查孔的作用主要是針對部分地質情況較差、關鍵部位，可以有效檢查灌漿效果，同時利用檢查孔對部分薄弱環節進行補灌。以本工程為例，試驗段布設1個檢查孔，并且每一塊10m心墻基座砼板布設1個檢查孔，同時保證每個單元有1個檢查孔。由于帷幕灌漿一般工程量較大，對所有的鉆孔進行芯樣采取是不現實的，也沒有必要，因此根據設計要求對檢查孔取芯數量進行界定。

（2）以J1檢查孔為例，在0.3MPa、0.6MPa、1MPa的設計壓力變化情況下，流量的變化基本上呈現正相關關系，而呂榮值卻沒有發生明顯變化，均在設計5Lu以下。灌漿效果主要取決于檢查孔水壓試驗結果，但同時對芯樣進行地質分析綜合評定灌漿質量。對J1檢查孔巖性進行分析，以灰綠色砂巖或粉砂巖為主，間夾板巖及粉砂質千枚巖，這從另一方面驗證了巖體的滲透性與P-Q曲線分析結果一致。J1檢查孔單孔三點五段法壓水試驗檢測數據統計表如表4所示。

表4 J1檢查孔單孔三點五段法壓水試驗檢測數據統計表

6 結束語

帷幕灌漿技術作為一項隱蔽工程，根據壓水試驗確定合理的控制參數，做好壓水試驗對質量控制關鍵工藝的檢測工作，通過相關數據分析能較好地檢查防滲效果。由于巖層可變性強，加之灌漿活動與巖層間的作用機理難以準確把握，故質量事故的出現概率及可控性是較差的，所以重視和強化帷幕灌漿中的監測和檢測工作是很有必要的，而壓水試驗作為主流的方法，就目前而言，是最常規和最可靠的技術檢測手段，在一定程度上保證了灌漿質量，但如何與其他控制性灌漿效果評價方法合理結合，有待進一步深入研究。