静压装置在岩土中的应用

静压装置在岩土中的应用

0试验段试验目前，我国沿海平原岩石工程的勘察方法普遍采用简易的现场钻孔法和降水头注水法，确定了土层的渗透性，满足了大规模基础的设计和施工要求。即预钻孔后下套管并用干海带、泥球等隔水材料或设置隔水气囊等手段（设隔水材料/设施法）将试验段与非试验段隔开后进行试验；或在钻孔中将套管击入一定深度，使试验段与非试验段隔开，再用芯管将下部试验段掏空的套管隔水法。众多的成孔和止水方法受工艺、设备、劳务技术等因素限制，测试数据往往可靠性较低，测试精度较差。笔者所在单位就此研制了专门的孔内测试装置——滑管式注水试验装置，配合相应的成孔方法，以期操作简单，数据可靠。1静压平滑型注水试验装置和工作原理使用该装置不必进行预钻孔，可用静探机或钻机静压方法，将注水管送达试验土层深度，同时助套管解决试验时隔水问题。1.1管口试验装置该设备由5部分组成，包括锥形导头（外径Φ63.5mm）、密封圈、多孔注水管（外径Φ42mm）、滤网和注水管护管（外径Φ63.5mm），该套试验装置已申请专利[注]。详见图1。其中渗水管长度为2m，外包滤网，其底部与锥形导头连接。非工作（下压）时，注水管置于护管内，其顶部设置止退肩。底部锥形导头设置6道密封圈。注水管护管上部用套管接头与上部套管连接。1.2注浆管与套管分离试验井的形成可按以下4个步骤（图2）:(1）采用外径Φ63.5mm套管与静压滑管式注水试验装置中的注水管护管连接，利用液压静力触探机下压套管。也可用有施压装置钻机借人力或油压压入。(2）待锥形导头压入至拟进行试验土层试验段底部，停止下压。(3）孔内注水至套管顶面后，提升套管2m，使注水管完全暴露，通过测绳检查确保注水管与套管分离。(4）静置1.5h左右，待注水段扰动土体蠕变基本稳定后，开始注水试验。1.3注水试验段注意事项该方法因采用连续静压施工成井，使套管壁和非注水段土层紧密结合，保证良好的隔水效果。装置中包有滤网的注水管置于护管内，且护管底部紧抵锥形导头，使前者在下压过程中得到理想的保护，锥头前置密封装置可确保在下入过程中四周侧土和地下水不进入注水管内，也避免注水管堵塞。当锥形导头到达注水试验段底部时，用液压机上提套管2m，内侧注水管完全裸露，保证试验井完好。只需稳定1.5h即可进行注水试验。为测试质量提供了良好的保证。该装置一次静压完成，操作简单，成孔技术难度低，无需成孔后再下套管、洗孔、设置隔水材料等繁琐步骤，施工速度快，大大提高外业施工效率，且绝大部分装置材料可重复使用，试验成本相应降低。2测试效果测试2.1试验测试管理为了检验静压滑管式注水试验效果，邀请了上海市多家（综合）甲级勘察单位参加对比试验。参与的比较方法除用静压滑管式装置外，还有预钻孔后下套管加置干海带、粘土球等隔水材料或充气囊止水、击入套管隔水并用芯管水冲成井试验等多种方法。试验地点选择浦东新区某建筑场地和果园镇附近等二个场地。试验土层有al-mQ43(2)3层砂质粉土、mQ42流塑状态(4)层淤泥质粘土、al-mQ41软塑状态(5)1层粘土和可塑状态(5)3层粉质粘土。为便于对比试验新装置的测试效果，还实施以下重点质量控制措施：(1）组织各参与单位作业人员统一学习注水试验操作技术方法，重点强调保证测试井的止水质量。(2）同一场地，各种试验方法都在同一深度试验段进行，各试验孔间距保持在20m左右，既避免相邻孔注水的影响，又避免孔距过大时土性的变化差异。(3）降水头注水试验观测时间，至少至试验水头下降到初始水头的0.3倍以上，观测时间6～10h（上海规范规定总观测时间不应小于4h），连续观测20个点左右。(4）采集现场测试土层相应深度、位置的原状土样同步进行室内土工试验，测定常规物理力学性质指标和渗透系数Kv、Kh。(5）岩土工程师参与现场成井、测试全过程。实际完成对比试验工作量及渗透系数K计算值见表1。2.2同测试地层渗透系数k值的比较本次试验深度分别为7～9m深度的al-mQ43(2)3层砂质粉土层、14～16m深度的mQ42(4)层淤泥质粘土层、17～19m深度的al-mQ41(5)1层粘土层和32～34m深度(5)3层粉质粘土层，均为水平层状分布土层。按试验井结构特点（图2），均可视为非完整井中的降水头注水试验，对此情况有关规范规定中均有相同（相似）的试验成果整理方法和土层渗透系数K值的计算公式。上海岩土工程勘察设计研究院有限公司编制了相应的计算机处理软件，将各测点测试有关参数输入获得“钻孔降水头注水试验成果表”和相应土层的渗透系数K值。图3为其中之一。各次测得土层渗透系数K值见表1。综合比较各测试结果可见，同一层土采用不同方法测得的渗透系数K值基本接近，均在经验值范围内。唯有mQ42(4)层淤泥质黏土和al-mQ41(5)3层粉质粘土钻孔套管隔水法结果偏大，分析原因可能是该成井工艺过程中套管晃动导致隔水效果较差，注水试验过程中部分注入水沿套管外壁间隙渗失所致。本次对比试验操作比较规范，故试验结果比较理想，也证明采用静压滑管法的试验结果是可靠的，兼该法操作简单、成井速度快、基本上不受操作人员技术素质影响，且经济性高等特点，故在上海地区及地层结构相似的我国沿海平原软土分布地区，采用静压滑管法替代其它试验井成井方法进行降水头注水试验是可行的。2.3试验成本分析静压滑管法成井进行注水试验其隔水效果理想、测试成本低。静压滑管式注水试验装置每套单价约2000元，几乎均为钢质材料，可重复使用，而简捷的易于操作的成井结构装置大大减少现场施工成井劳务费用。若按测试孔深30m，粘土球止水法中注水管材料按一次性使用PVC管，其余试验方法按重复利用钢质套管折旧考虑，可得到不同成井方法注水试验成本差异（表2）。从表2可以看出，相比多种传统试验方法，每个试验段可节约1585～2450元，采用静压滑管式注水试验装置每段成本约为传统注水试验的50%～60%。以上海市轨道交通12号线地铁为例，共有62个工点，约需进行600～700次注水试验，即可节约约120万元。这仅仅是直接的经济效益。3静压滑管法降水头绩效试验设备(1）静压滑管法注水试验操作方便、止水效果理想、施工速度快、测试成本低，有利于改变当前劳务化后的现场勘察队伍良莠不齐导致试验结果失真的状况。在上海地区及沿海软土地区适