侯星宇

(盤錦市水利勘測設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 盤錦 124010)

塑性混凝土防滲墻作為一種新工藝、新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于堤壩加固以及軟基防滲處理等領(lǐng)域，其主要發(fā)揮防滲功能[1-2]。因此，采用原位法測試防滲墻抗?jié)B性能具有重大意義，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠反映較大范圍內(nèi)整個(gè)滲流區(qū)的實(shí)際情況。目前，比較常用的原位注水法很多，其中常水頭和降水頭鉆孔檢測結(jié)果具有同一數(shù)量級，加之防滲墻受壓水試驗(yàn)作用會(huì)發(fā)生潛在破壞的實(shí)際情況[3-5]。鑒于此，本文比較分析圍井注水法和常水頭鉆孔注水法的特點(diǎn)，為工程技術(shù)人員檢測防滲墻抗?jié)B性能提供技術(shù)參考。

1 檢測方法

1.1 圍井注水法

高噴墻抗?jié)B性能主要利用圍井注水法檢測，檢測時(shí)充分考慮被檢測墻體的實(shí)際情況，通過建造3道邊墻組成圍井、圍井頂部和底部封閉等形成僅四周井墻體滲水的腔體，在粉土、沙土層中腔體平面面積不低于3 m2，在碎石、卵石和礫石層中不低于4.5 m2。對腔體或者圍井中心鉆孔進(jìn)行注水試驗(yàn)，采用下式計(jì)算滲透系數(shù)K(m/d)：

(1)

式中：Q、t代表穩(wěn)定流量(m3/d)和高噴墻厚度(m)；H、h0代表圍井內(nèi)試驗(yàn)水位和地下水位到井底的深度(m)；L代表高噴墻軸線長度(m)。

1.2 常水頭鉆孔注水法

將清水注入量筒套管或帶水表的注水管內(nèi)至水位保持在管口，以管口水位減去地下水位測試出水頭H。試驗(yàn)過程中先每次間隔5 min測五次，再間隔20 min測一次，測量至少6次，對比最后一次的10%和連續(xù)兩次注入的流量差，若前者小于等于后者則視為流量穩(wěn)定[6]。對于地下水位以下的試驗(yàn)段，應(yīng)利用公式(1)計(jì)算滲透系數(shù)K(cm/s)：

K=16.67Q/AH

(2)

式中：Q、A、H代表注入流量(L/min)、試驗(yàn)水頭(cm)和按水流邊界條件及鉆孔確定的形狀系數(shù)(cm)。

對于地下水位以上的試驗(yàn)段，并符合條件H≤l、50

(3)

式中：l、r代表試驗(yàn)段長度(cm)和鉆孔內(nèi)半徑(cm)，其他字母含義同上。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

遼寧省某水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚、旅游等綜合利用樞紐工程。水庫于2011年實(shí)施加固整治，工程規(guī)模屬于小(1)型。

考慮到壩址為軟土地基的實(shí)際情況，針對壩肩和地基破損、塌陷、滲漏問題擬利用防滲墻進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

2.2 注水試驗(yàn)

為便于現(xiàn)場檢測，鉆機(jī)每鉆進(jìn)5 m就用清水對孔底沉渣進(jìn)行清理，控制沉渣厚度不超過10 cm，然后以套管管口為控制水位選用常水頭鉆孔注水法進(jìn)行注水試驗(yàn)，控制試驗(yàn)操作，準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，試驗(yàn)完成6個(gè)孔位的檢測。

表1 塑性混凝土參數(shù)

2.3 滲透系數(shù)

根據(jù)《水利水電工程鉆孔注水試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定開展常水頭注水試驗(yàn)，滲透系數(shù)計(jì)算公式(2)～(3)確定。根據(jù)防滲墻鉆孔實(shí)際情況和常水頭注水試驗(yàn)記錄，進(jìn)一步簡化圍井法計(jì)算模型。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)以圓心為中心，截取正方形作為圍井截面(邊長60 cm)，鉆孔為非圍井部分，該條件下圍井的軸線總長145 cm，平均墻厚25.0 cm。設(shè)鉆孔底部、防滲墻頂部(圍井頂部)屬于相對隔水層，由此可以確定公式(1)中的相關(guān)參數(shù)，鑒于軸線方向上防滲墻的兩個(gè)截面未出現(xiàn)滲漏的情況，所以防滲墻的實(shí)際滲透系數(shù)取公式(1)計(jì)算的滲透系數(shù)的2倍。

表2 孔底-孔口整段的滲透系數(shù)

表3 每隔5 m分段的滲透系數(shù)

本文選用相同的方式處理兩種計(jì)算方法所得數(shù)據(jù)，具體如下：(1)以每隔5 m的間距開展一次注水試驗(yàn)，由此可確定孔底-孔口整段的滲透系數(shù)；(2)由于被評價(jià)測段滲透穩(wěn)定的控制條件是常水位鉆孔注水試驗(yàn)的結(jié)束條件，為實(shí)現(xiàn)分段計(jì)算可以利用減除注水量的方法。根據(jù)試驗(yàn)過程中0～15 m的注水量和每隔5 m的計(jì)算方式，減去0～10 m的穩(wěn)定滲流量后可計(jì)算出10～15 m的滲透系數(shù)。

采用圍井注水法和常水頭注水法按孔底-孔口整段以及每5 m一段兩種方式確定的滲透系數(shù)如表2、表3。其中，樁號0+071.2的8.0～10.2 m和樁號0+086.7的3.1～4.8 m夾沙。

2.4 結(jié)果分析

整理統(tǒng)計(jì)圍井注水法和常水頭鉆孔注水法按孔底-孔口整段及每5 m分段兩種方式計(jì)算的滲透系數(shù)分布區(qū)間，如表4。依據(jù)表3中數(shù)據(jù)，0+071.2和0+086.7鉆孔樁號的所有測段具有相對較大的滲透系數(shù)，深入分析發(fā)現(xiàn)利用兩種方法按孔底-孔口整段計(jì)算時(shí)，集中透水段對防滲墻各段滲透系數(shù)的影響較大，在一定程度上使得集中透水段以下各段滲透系數(shù)有所增加，對于有集中滲漏情況的注水試驗(yàn)不適合選用孔底-孔口整段計(jì)算的方法[9，10]。不考慮特殊孔位數(shù)據(jù)，重新統(tǒng)計(jì)滲透系數(shù)區(qū)間分布如表5。

表4 滲透系數(shù)分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)表

表5 滲透系數(shù)分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)表(不考慮特殊孔位)

對比表4、表5中的數(shù)據(jù)，按孔底-孔口整段計(jì)算時(shí)圍井注水法的滲透系數(shù)主要有10-6cm/s、10-7cm/s兩個(gè)數(shù)量級，常水頭注水法的滲透系數(shù)有10-5cm/s、10-6cm/s兩個(gè)數(shù)量級，即前者比后者低1個(gè)數(shù)量級。按每隔5 m分段計(jì)算時(shí)圍井注水法的滲透系數(shù)數(shù)量級以10-7cm/s為主，常水頭注水法的滲透系數(shù)數(shù)量級以10-6cm/s為主，即前者比后者低1個(gè)數(shù)量級。

采用鉆芯取樣法室內(nèi)檢測芯樣滲透系數(shù)，結(jié)果顯示只有5%的芯樣滲透系數(shù)數(shù)量級為10-6cm/s，大多數(shù)為10-7cm/s，即圍井注水法計(jì)算的滲透系數(shù)與大多數(shù)芯樣更加接近，說明圍井注水法能夠更加客觀真實(shí)地反映防滲墻的抗?jié)B性能。

3 結(jié)語

(1)本文利用未井注水法和常水頭鉆孔注水法，按照每隔5m分段和孔底-孔口整段兩種方式計(jì)算了周家營水庫壩址地基塑性混凝土防滲墻滲透系數(shù)。結(jié)果顯示，采用圍井注水法和常水頭鉆孔法測試的滲透系數(shù)存在較好的相關(guān)性，按照孔底-孔口整段方式計(jì)算的滲透系數(shù)適于墻體防滲性能的整體評價(jià)，按分段方式計(jì)算的滲透系數(shù)能夠準(zhǔn)確定位出墻體防滲的薄弱部位。測試半無限地質(zhì)體滲透系數(shù)時(shí)比較適合選用常水頭鉆孔注水法，測試得到的滲透系數(shù)反映了周圍高透水性材料與薄壁防滲墻體的綜合抗?jié)B性能，而考慮了被檢測墻體厚度的圍井注水法更能反映工程的實(shí)際情況。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，常水頭注水法測試的滲透系數(shù)較圍井注水法高出1個(gè)數(shù)量級，

(2)對于墻體整體防滲性能的評價(jià)適宜選用孔底-孔口整段的計(jì)算方式，而分段測試的防滲墻滲透系數(shù)能夠準(zhǔn)確定位墻體抗?jié)B的薄弱部位；圍井注水法計(jì)算的滲透系數(shù)與大多數(shù)芯樣更加接近，說明圍井注水法能夠更加客觀真實(shí)地反映防滲墻的抗?jié)B性能。