鉆孔注水實(shí)驗檢測地基滲透系數(shù)在工程上的應(yīng)用

1、鉆孔注水實(shí)驗檢測地基滲透系數(shù)在工程上的應(yīng)用張寶紅 李松蔚摘 要 在工程地質(zhì)勘探及施工中，經(jīng)常需要準(zhǔn)確確定地基的滲透系數(shù)，以進(jìn)一步校核其上部結(jié)構(gòu)的安全性。目前常用的方法有室內(nèi)試驗法和原位實(shí)驗法。室內(nèi)法由于受到種種條件限制無法獲得貼近實(shí)際情況的數(shù)據(jù)。注水實(shí)驗是一種原位觀測法，具有不擾動原狀土層結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)真實(shí)可靠的特點(diǎn)。本文是依據(jù)最新水利水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL345-2007而在現(xiàn)場做的原位實(shí)驗，對于類似水電工程具有參考借鑒作用。關(guān)鍵詞 鉆孔注水 滲透系數(shù) 原位實(shí)驗1 工程簡介尼泊爾上塔馬克西水電站工程大壩左岸壩肩部位地層內(nèi)有一巨形孤石，與左岸山體形成一個“V”字形楔口，受前期地質(zhì)勘探資料的影響，無法確定

2、該部位下一步現(xiàn)場施工方案。監(jiān)理工程師指示本標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘探，對大孤石及左岸山體進(jìn)行詳細(xì)鉆探調(diào)查，現(xiàn)場采用鉆孔壓水實(shí)驗對其滲透性能進(jìn)行分析。在對孤石及“V” 字形楔口上游庫區(qū)面進(jìn)行地質(zhì)勘探時，地質(zhì)鉆探資料顯示，地面以下為透水的砂礫石層、細(xì)砂層夾雜著黏土和孤石，無法正常采用壓水實(shí)驗檢測滲透系數(shù)，也無法取樣進(jìn)行室內(nèi)分析。經(jīng)與監(jiān)理工程師討論分析，決定采用鉆孔注水實(shí)驗完成該項檢測任務(wù)。2 原位注水實(shí)驗原理及依據(jù)鉆孔注水試驗是用人工抬高水頭，向鉆孔內(nèi)注入清水，來測定松散巖土體滲透性的一種原位測試方法。水利水電工程中除野外地質(zhì)查勘工作以外，一直未用于工程實(shí)際的檢驗與驗收，沒形成標(biāo)準(zhǔn)的試驗規(guī)程可供使用，主要

3、借鑒中國有色金屬工業(yè)協(xié)會頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)注水試驗規(guī)程YS52142000進(jìn)行相關(guān)研究；隨著塑性混凝土防滲墻等塑性防滲墻體檢測的需要，水利部結(jié)合水利工程實(shí)際情況，參考國內(nèi)外工程中的實(shí)踐經(jīng)驗，組織編制了水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL345-2007水利水電工程注水試驗規(guī)程。注水試驗不僅適用于不能進(jìn)行壓水試驗，而取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗又比較困難的松散巖土體，壤土、粉土、砂土和礫石及破碎巖體和風(fēng)化巖石，而且適用塑性墻體材料等低強(qiáng)度防滲墻體的無損檢測要求，其測試手段簡單方便，不對原狀土層產(chǎn)生擾動破壞，實(shí)驗數(shù)據(jù)貼近實(shí)際情況等特點(diǎn)。3 鉆孔原位注水實(shí)驗根據(jù)所測地層具體材料，分為鉆孔常水頭注水實(shí)驗和鉆孔降水頭注水實(shí)驗兩種。

4、注水常水頭試驗主要用于檢驗滲透系數(shù)較大的砂壤土、粉土、砂土和砂卵石層；不能進(jìn)行壓水實(shí)驗的風(fēng)化、破碎巖體、斷層破碎帶等透水性較強(qiáng)的巖體。鉆孔降水頭注水試驗主要適用于地下水位以下粉土、黏性土層或滲透系數(shù)較小巖層。在本工程中，這兩種方法都用到過。3.1 原位鉆孔常水頭注水實(shí)驗根據(jù)試驗規(guī)程SL345-2007中的規(guī)定方法，常水頭注水實(shí)驗方法應(yīng)能保持一定的壓力水頭，試驗儀器應(yīng)能準(zhǔn)確記錄灌入水量或流量，應(yīng)有能準(zhǔn)確測量水位的測繩或電動測尺。為保證試驗精度，在鉆孔過程中，不得使用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，且孔底沉淀物淤積不得超過10cm。當(dāng)檢測地層未產(chǎn)生塌孔時，可以考慮按m一段，作為一個檢測段；如果檢測地層比較松散，易塌

5、孔，則必須采取跟進(jìn)套管的方式，對鉆孔的周邊孔壁進(jìn)行保護(hù)，通過套管上設(shè)花眼和孔底揭露的地層注水，進(jìn)行相應(yīng)檢測段的檢測，這種情況下，檢驗段以不超過m為宜。在試驗過程中，開始每隔分鐘量測一次灌入水量，連續(xù)量測次；以后每隔0分鐘量測一次灌入水量，至少測次，當(dāng)連續(xù)次量測的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%時，試驗即可結(jié)束。取最后一次注入流量作為計算值。下面以編號為LB-B07的勘探孔鉆孔為例進(jìn)行說明：實(shí)驗簡圖如圖。在15m深度時，應(yīng)用常水頭法量測的實(shí)驗數(shù)據(jù)見圖。鉆孔地質(zhì)素描顯示，孔口至7.5m為松散的砂礫石雜夾著含泥層，易塌孔，故鉆孔跟進(jìn)套管護(hù)壁?？咨?.5m至15m為密實(shí) 圖 實(shí)驗簡圖的砂礫石

6、層雜夾著孤石段，不易塌孔。故不采用套管護(hù)壁。 圖2 檢測數(shù)據(jù)圖2中滲透系數(shù)的計算采用規(guī)程中推薦的公式進(jìn)行計算，其中K表示試驗巖土層的滲透系數(shù)，cm/s；Q 注入時段內(nèi)的穩(wěn)定的流量，L/min；H試驗水頭，cm；等于孔口水位與地下水位之差；A鉆孔的形狀系數(shù)，cm；按規(guī)范附錄B中相應(yīng)圖示選取。實(shí)驗結(jié)果顯示，上述計算出的地層滲透系數(shù)與實(shí)際勘探階段采取的巖芯室內(nèi)檢測數(shù)據(jù)能夠符合，得到監(jiān)理工程師的認(rèn)可。3.2 原位鉆孔降水頭注水實(shí)驗根據(jù)試驗規(guī)程SL345-2007中的規(guī)定方法，降水頭注水實(shí)驗主要適應(yīng)于滲透系數(shù)較小的地層，它通過向鉆孔中注入清水，使管中水位高出地下水位一定高度后，作為初始水頭，停止供水，開

7、始記錄管內(nèi)水位隨時間下降的情況。試驗儀器應(yīng)有能準(zhǔn)確測量水位的電動測尺、秒表等。為了保證試驗結(jié)果的真實(shí)可靠，符合實(shí)際地層，同樣要求鉆孔時不得使用泥漿鉆進(jìn)，孔底沉淀物淤積厚度不得超過10cm。當(dāng)檢測地層不會產(chǎn)生塌孔時，可以考慮按m作為一個檢測段；如果檢測地層比較松散，易塌孔，則必須采取跟進(jìn)套管的方式，對鉆孔的周邊孔壁進(jìn)行保護(hù)，通過套管上設(shè)花眼和孔底揭露的地層注水，進(jìn)行相應(yīng)檢測段的檢測，這種情況下，檢驗段以不超過m為宜。為了保證試驗精度，對管內(nèi)水位觀測時，開始間隔時間為1min量測水位一次，連續(xù)量測次；然后間隔10min量測水位一次，觀測3次；后期觀察間隔時間應(yīng)根據(jù)水位下降速度確定，按30min觀察

8、一次水位計算。當(dāng)試驗水頭下降到初始試驗水頭0.3倍即可結(jié)束試驗。下面以編號為LB-B06的勘探孔鉆孔為例進(jìn)行說明：鉆孔地質(zhì)素描顯示，從孔口至5m深度為松散的砂礫石層，易塌孔，故用鋼套管進(jìn)行護(hù)壁。實(shí)驗簡圖見圖。實(shí)測數(shù)據(jù)見圖。圖4中計算滲透系數(shù)的公式是采用規(guī)程中推薦的公式進(jìn)行計算，其中K表示試驗巖土層的滲透系數(shù)，cm/s；t1,t2 表示注水試驗?zāi)骋粫r刻的試驗時間，min； H1，H2 在試驗水頭t1、t2時的試驗水頭，cm； r套管的內(nèi)半徑，cm； 圖3 實(shí)驗簡圖 A鉆孔的形狀系數(shù)，cm；按規(guī)程中的附錄B圖示選取。實(shí)驗結(jié)果顯示，上述計算出的地層滲透系數(shù)與實(shí)際勘探階段采取的巖芯室內(nèi)檢測數(shù)據(jù)能夠符合

9、，得到監(jiān)理工程師的認(rèn)可。 圖4 實(shí)測數(shù)據(jù)4 對影響實(shí)驗結(jié)果的幾個問題進(jìn)行分析在進(jìn)行鉆孔注水試驗時，要注意對幾個問題進(jìn)行認(rèn)真分析，否則將影響試驗結(jié)果的正確性。一是邊界形狀系數(shù)的選取，一定要參照附錄B中規(guī)定條件進(jìn)行選取。其中對第和第種情況選取時，對于檢測土層的Kh和Kv（即試驗土層的水平和垂直滲透系數(shù)）值的選取會產(chǎn)生疑慮。筆者在參考了其它相關(guān)文獻(xiàn)資料并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗認(rèn)為，一般情況下地基滲透系數(shù)是與材料顆粒結(jié)構(gòu)有關(guān)的一個系數(shù)，對于原狀地基可以認(rèn)為兩者是相同的。對于經(jīng)過碾壓或夯擊地基，可以根據(jù)模擬試驗選取，水平滲透系數(shù)應(yīng)略大于垂直滲透系數(shù)。二是計算時選取的檢測時間段問題，選取原則為一定要選取滲水量趨于穩(wěn)定時段。三是孔底有無沉淀物或淤泥對計算滲透系數(shù)起著重要作用，有時還會產(chǎn)生誤判。所以在試驗時，當(dāng)鉆孔完成后應(yīng)盡快完成此項試驗，防止孔壁坍塌或孔底產(chǎn)生沉淀物淤積。四是在計算過程中，一定要準(zhǔn)確確定測量水頭。在降水頭注水實(shí)驗時，如果初始水頭一時確定不了，待試驗完畢后水位完全下落到