钻孔注水实验检测地基渗透系数在工程上的应用

1、钻孔注水实验检测地基渗透系数在工程上的应用张宝红 李松蔚摘 要 在工程地质勘探及施工中，经常需要准确确定地基的渗透系数，以进一步校核其上部结构的安全性。目前常用的方法有室内试验法和原位实验法。室内法由于受到种种条件限制无法获得贴近实际情况的数据。注水实验是一种原位观测法，具有不扰动原状土层结构、数据真实可靠的特点。本文是依据最新水利水电行业标准SL345-2007而在现场做的原位实验，对于类似水电工程具有参考借鉴作用。关键词 钻孔注水 渗透系数 原位实验1 工程简介尼泊尔上塔马克西水电站工程大坝左岸坝肩部位地层内有一巨形孤石，与左岸山体形成一个“V”字形楔口，受前期地质勘探资料的影响，无法确定

2、该部位下一步现场施工方案。监理工程师指示本标进行补充地质勘探，对大孤石及左岸山体进行详细钻探调查，现场采用钻孔压水实验对其渗透性能进行分析。在对孤石及“V” 字形楔口上游库区面进行地质勘探时，地质钻探资料显示，地面以下为透水的砂砾石层、细砂层夹杂着黏土和孤石，无法正常采用压水实验检测渗透系数，也无法取样进行室内分析。经与监理工程师讨论分析，决定采用钻孔注水实验完成该项检测任务。2 原位注水实验原理及依据钻孔注水试验是用人工抬高水头，向钻孔内注入清水，来测定松散岩土体渗透性的一种原位测试方法。水利水电工程中除野外地质查勘工作以外，一直未用于工程实际的检验与验收，没形成标准的试验规程可供使用，主要

3、借鉴中国有色金属工业协会颁布的行业标准注水试验规程YS52142000进行相关研究；随着塑性混凝土防渗墙等塑性防渗墙体检测的需要，水利部结合水利工程实际情况，参考国内外工程中的实践经验，组织编制了水利部行业标准SL345-2007水利水电工程注水试验规程。注水试验不仅适用于不能进行压水试验，而取原状土样进行室内试验又比较困难的松散岩土体，壤土、粉土、砂土和砾石及破碎岩体和风化岩石，而且适用塑性墙体材料等低强度防渗墙体的无损检测要求，其测试手段简单方便，不对原状土层产生扰动破坏，实验数据贴近实际情况等特点。3 钻孔原位注水实验根据所测地层具体材料，分为钻孔常水头注水实验和钻孔降水头注水实验两种。

4、注水常水头试验主要用于检验渗透系数较大的砂壤土、粉土、砂土和砂卵石层；不能进行压水实验的风化、破碎岩体、断层破碎带等透水性较强的岩体。钻孔降水头注水试验主要适用于地下水位以下粉土、黏性土层或渗透系数较小岩层。在本工程中，这两种方法都用到过。3.1 原位钻孔常水头注水实验根据试验规程SL345-2007中的规定方法，常水头注水实验方法应能保持一定的压力水头，试验仪器应能准确记录灌入水量或流量，应有能准确测量水位的测绳或电动测尺。为保证试验精度，在钻孔过程中，不得使用泥浆护壁钻进，且孔底沉淀物淤积不得超过10cm。当检测地层未产生塌孔时，可以考虑按m一段，作为一个检测段；如果检测地层比较松散，易塌

5、孔，则必须采取跟进套管的方式，对钻孔的周边孔壁进行保护，通过套管上设花眼和孔底揭露的地层注水，进行相应检测段的检测，这种情况下，检验段以不超过m为宜。在试验过程中，开始每隔分钟量测一次灌入水量，连续量测次；以后每隔0分钟量测一次灌入水量，至少测次，当连续次量测的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%时，试验即可结束。取最后一次注入流量作为计算值。下面以编号为LB-B07的勘探孔钻孔为例进行说明：实验简图如图。在15m深度时，应用常水头法量测的实验数据见图。钻孔地质素描显示，孔口至7.5m为松散的砂砾石杂夹着含泥层，易塌孔，故钻孔跟进套管护壁。孔深7.5m至15m为密实 图 实验简图的砂砾石

6、层杂夹着孤石段，不易塌孔。故不采用套管护壁。 图2 检测数据图2中渗透系数的计算采用规程中推荐的公式进行计算，其中K表示试验岩土层的渗透系数，cm/s；Q 注入时段内的稳定的流量，L/min；H试验水头，cm；等于孔口水位与地下水位之差；A钻孔的形状系数，cm；按规范附录B中相应图示选取。实验结果显示，上述计算出的地层渗透系数与实际勘探阶段采取的岩芯室内检测数据能够符合，得到监理工程师的认可。3.2 原位钻孔降水头注水实验根据试验规程SL345-2007中的规定方法，降水头注水实验主要适应于渗透系数较小的地层，它通过向钻孔中注入清水，使管中水位高出地下水位一定高度后，作为初始水头，停止供水，开

7、始记录管内水位随时间下降的情况。试验仪器应有能准确测量水位的电动测尺、秒表等。为了保证试验结果的真实可靠，符合实际地层，同样要求钻孔时不得使用泥浆钻进，孔底沉淀物淤积厚度不得超过10cm。当检测地层不会产生塌孔时，可以考虑按m作为一个检测段；如果检测地层比较松散，易塌孔，则必须采取跟进套管的方式，对钻孔的周边孔壁进行保护，通过套管上设花眼和孔底揭露的地层注水，进行相应检测段的检测，这种情况下，检验段以不超过m为宜。为了保证试验精度，对管内水位观测时，开始间隔时间为1min量测水位一次，连续量测次；然后间隔10min量测水位一次，观测3次；后期观察间隔时间应根据水位下降速度确定，按30min观察

8、一次水位计算。当试验水头下降到初始试验水头0.3倍即可结束试验。下面以编号为LB-B06的勘探孔钻孔为例进行说明：钻孔地质素描显示，从孔口至5m深度为松散的砂砾石层，易塌孔，故用钢套管进行护壁。实验简图见图。实测数据见图。图4中计算渗透系数的公式是采用规程中推荐的公式进行计算，其中K表示试验岩土层的渗透系数，cm/s；t1,t2 表示注水试验某一时刻的试验时间，min； H1，H2 在试验水头t1、t2时的试验水头，cm； r套管的内半径，cm； 图3 实验简图 A钻孔的形状系数，cm；按规程中的附录B图示选取。实验结果显示，上述计算出的地层渗透系数与实际勘探阶段采取的岩芯室内检测数据能够符合

9、，得到监理工程师的认可。 图4 实测数据4 对影响实验结果的几个问题进行分析在进行钻孔注水试验时，要注意对几个问题进行认真分析，否则将影响试验结果的正确性。一是边界形状系数的选取，一定要参照附录B中规定条件进行选取。其中对第和第种情况选取时，对于检测土层的Kh和Kv（即试验土层的水平和垂直渗透系数）值的选取会产生疑虑。笔者在参考了其它相关文献资料并结合实践经验认为，一般情况下地基渗透系数是与材料颗粒结构有关的一个系数，对于原状地基可以认为两者是相同的。对于经过碾压或夯击地基，可以根据模拟试验选取，水平渗透系数应略大于垂直渗透系数。二是计算时选取的检测时间段问题，选取原则为一定要选取渗水量趋于稳定时段。三是孔底有无沉淀物或淤泥对计算渗透系数起着重要作用，有时还会产生误判。所以在试验时，当钻孔完成后应尽快完成此项试验，防止孔壁坍塌或孔底产生沉淀物淤积。四是在计算过程中，一定要准确确定测量水头。在降水头注水实验时，如果初始水头一时确定不了，待试验完毕后水位完全下落到