水利水電工程中鉆孔壓水試驗管路壓力損失實用性分析

謝世林

摘? ?要：在水利水電工程建設中需要通過鉆孔壓水試驗對工程區(qū)域巖層的滲透性進行評價，但是在試驗過程中可能會產生一定的管路壓力損失，其損失是否會對現場試驗結果以及評價結果產生影響是一個需要考慮的問題。因此本文采用了不同的分析方法在不同巖層特點以及不同呂榮值條件下的管路壓力損失進行研究。

關鍵詞：水利水電工程;鉆孔壓水試驗;管路壓力損失

目前國內外雖然對鉆孔壓水試驗中是否需要考慮管路壓力損失問題已有所規(guī)定，但是如簡單的直接根據現行規(guī)定對管路壓力損失進行籠統(tǒng)的分析會對現場試驗操作產生一定的影響，因此需要結合實際情況采用不同的分析方法，對管路壓力損失對現場試驗數據以及巖層滲透性的評價結果進行對比分析，以準確把握在不同情況下管路壓力損失的具體影響程度，從而為鉆孔壓水試驗的有效有序開展奠定良好的基礎。

一、采用經驗公式計算分析管路壓力損失

（一）設定計算參數

在計算時根據相關試驗規(guī)范要求，應將工作管路設定為材質及直徑均一致，且對管路連接位置所產生的壓力損失應采取忽略不計的處理方法[1]。為了便于計算分析，按照相關規(guī)范要求以及水利工程建設經驗，將鉆孔壓水試驗中0到20m試驗段的壓力值設定為0.6MPa，而當試驗段達到20m以上時，則應1MPa作為壓力值。在對管路壓力損失進行計算時巖層透水性分別設定為從中等到極微透水的4個不同級別，并通過固定透水率方式進行計算分析，對從5m到100m之間的管路分別進行計算，計算間隔為5m。根據設定的工作管路直徑以及試驗段長度等可以對流體在不同透水率條件下在工作管路內的流速進行計算，而在計算管路壓力損失時則應以透水系數、鉆孔深度等參數為基礎。

（二）分析計算結果

在透水率在5Lu以下時，工作管路長度即使超過100m所產生的壓力損失也僅為0.0072MPa，與1m水頭相比明顯較小，因此可以對其做忽略不計處理。在透水率達到10Lu時，如果管路長度在25m以內，其壓力損失應明顯比1m水頭小，仍可做忽略不計處理。而方管路長度超過25m后，應按照每30m增加1m水頭的處理方式計算管路壓力損失。而當透水率達到10-15Lu以及15-20Lu時，其代表值應分別去13Lu及18Lu，并按照每增加10m工作管路長度增加1m水頭的方式計算管路壓力損失。

二、通過現場實測分析管路壓力損失

（一）現場試驗

通過現場實測能夠對鉆孔壓水試驗過程中對產生的管路壓力損失是否會對試驗數據以及巖層滲透性的評價結果產生影響進行更加準確的研究。在本次測試中設定水利水電工程巖層為微透水以及極微透水，試驗中設置有壓力表2個，其中一個壓力表按照試驗鉆孔壓水規(guī)范要求被設置與進水管上，以記錄測試壓力數據;而另一個壓力表被設置連接在試驗段上，以便對壓力值分別進行測壓。同時在試驗中使用40m長的壓力管。

在試驗過程中首先將試驗設備連接就位，然后通過氣囊式栓塞充氣以實現對試驗孔段的模擬。試驗人員應對試驗設備進行檢查試壓，以防止試驗設備有漏水情況的存在[2]。壓水試驗應將壓力設定為0.5MPa級，在試驗過程中應首先穩(wěn)定壓力1min，然后按照每10S一次的頻率分別讀取兩個壓力表所顯示的數值，且應保證有效讀數達到6組以上。自后應將壓力級升高至1MPa，繼續(xù)進行試驗檢測。同樣應按照每10S讀取一次的頻率對兩個壓力表顯示的數值同時進行讀取，且有效讀數應達到6組以上，以提高試驗數據的準確性。

（二）分析試驗數據

通過對試驗數據的分析方向，當鉆孔壓水試驗時的壓力為0.5MPa級時，兩個壓力表的讀數平均值分別為0.507MPa以及0.508MPa，差值僅為0.001MPa，是壓力設置值的0.2%。由于壓力表按照相關規(guī)定達到0.05MPa即可，而0.001MPa明顯小于0.05MPa的量程范圍，因此該差值無法被有效測量，說明無法有效記取該狀態(tài)下的管路壓力損失[3]。而當鉆孔壓水試驗的壓力升高值1MPa時，設置于進水管上的壓力表讀數的平均值為0.963MPa，而與試驗段相連的壓力表讀數的平均值為0.991MPa，兩個壓力表讀數均值差為0.028，是壓力設置值的2.8%，同樣屬于較小的差值。而且必須注意造成兩個壓力表讀數差異的原因還包括試驗儀器精度以及水體流動的滯后效應等因素，其對試驗數據所產生的影響比管路壓力損失更為明顯。

通過對現場實測試驗的綜合分析發(fā)現，當壓力管長度為40m時，無論將其連接于試驗段測壓管上或者連接于進水管上所產生是壓力變化均不明顯，且其對試驗數據的影響程度甚至小于水體流動所產生的壓力滯后因素以及測試儀器精度因素。當呂榮值在5Lu以下時，對100m長的管線所產生的壓力損失也可以采取忽略不計的處理方法。因此雖然在相關規(guī)范中要求及時在微透水以及極微透水狀態(tài)下仍需計算管路壓力損失值，但其實這種處理方式在實踐操作中并不具備實用性。根據以上試驗分析可知，在水利水電工程現場開展野外鉆孔壓水試驗時，在已知試驗段巖層滲透性為微透水以及極微透水條件下，可以不對管路壓力損失進行計算，而直接將壓力測量值作為計算滲透系數的取值。

三、總結

鉆孔壓水試驗是評價水利水電工程巖層滲透性的重要試驗方法，通過現場實測以及經驗公式計算分析數據對比分析發(fā)現，如僅有略微差異并不會對巖層滲透性的評價結果以及施工產生明顯影響，因此為了便于開展現場試驗操作、保證試驗數據以及評價結果的客觀性和準確性，應根據不同的呂榮值以及具體的巖層滲透性特點對管路壓力損失采取不同的處理方式。

參考文獻：

[1]楊光，胡寧，劉時琦，賈楨.水利水電工程中鉆孔壓水試驗管路壓力損失實用性分析[J].水利水電工程設計，2019，38（4）：45-47.

[2]許凱凱.水電水利工程鉆孔壓水試驗國內規(guī)程與國際標準對比分析[J].勘察科學技術，2019（4）：7-13.

[3]劉清波.碾壓混凝土壩鉆孔取芯壓水試驗及成果分析[J].水利水電快報，2020， v.41;No.825（9）：95-97+106.

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