水工建筑物水泥灌漿工程壓水試驗(yàn)實(shí)踐與規(guī)范探討

佟長(zhǎng)江^[1]

（深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，深圳518008）

摘　要:對(duì)滲水壩基進(jìn)行水泥灌漿處理，是解決壩基滲漏的有效方法。本文介紹了某水庫(kù)壩基防滲帷幕灌漿的施工過程，闡述了目前水工建筑物水泥灌漿工程施工和質(zhì)量檢驗(yàn)中存在的問題，提出了初步改進(jìn)意見，并對(duì)現(xiàn)行規(guī)范的合理性發(fā)表探討性建議。

關(guān)鍵詞:水工建筑物；方法；探討

The Engineering Practice of Cement Grouting and Packer Test and Discussion Suggestion of the Current Code

Tong Changjiang

（Shenzhen Water Resources Planning ＆Design Institute，Shenzhen518008）

Abstract:Cement grouting processing is an effective method to solve the leakage of dam foundation.It is introduced that a reservoir dam foundation seepage control curtain grouting construction process in this paper，and this paper expounds the current hydraulic structure concrete problems which existing in the construction and quality inspection of grouting，put forward the preliminary improvements，and discuss suggestion the rationality of the current code published.

Key words:the hydraulic；packer tes；methods；discuss

1　引言

在巖體上或巖體內(nèi)修建水工建筑物時(shí)，必須研究建筑物區(qū)及其影響范圍內(nèi)巖體的透水性。對(duì)壩基進(jìn)行水泥灌漿，是目前解決壩基巖層滲漏問題的一個(gè)有效方法。通過水泥灌漿，可以降低壩基巖體的滲透性，減少滲流量，提高抗?jié)B性能，降低孔隙壓力。其質(zhì)量檢查，是以檢查孔壓水試驗(yàn)成果，結(jié)合對(duì)竣工資料和測(cè)試成果的分析綜合評(píng)定。

在灌漿試驗(yàn)前，按照相關(guān)規(guī)范和工程設(shè)計(jì)要求，首先要進(jìn)行先導(dǎo)孔的壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)是最常用的在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的巖體原位滲透試驗(yàn)，主要用于評(píng)價(jià)巖體的滲透特征（透水率大小及其在不同壓力下的變化趨勢(shì)），并作為滲控設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，以此判斷巖層的透水率是否滿足設(shè)計(jì)要求，與先期完成的勘察成果進(jìn)行對(duì)比，確定是否需要修改原設(shè)計(jì)方案。因此，施工期先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性顯得非常重要。

2　事例

某水庫(kù)擴(kuò)建工程，根據(jù)已經(jīng)完成的勘察成果資料，擬建壩址區(qū)第四系沖洪積層、殘坡積層總厚度4.2～12.5m，下部為全—弱風(fēng)化巖。其中弱風(fēng)化巖最大埋深37.3m，上部透水率3～13.6Lu，下部小于3Lu。設(shè)計(jì)防滲方案采用混凝土防滲墻下設(shè)水泥灌漿防滲帷幕的方法，防滲墻底面最深達(dá)現(xiàn)狀地面以下38m，其下10m設(shè)防滲帷幕。

壩址勘察期間，對(duì)樁號(hào)1BM＋201段埋深40～45m段弱風(fēng)化砂巖，采用《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》^［1］（SL 31—2003）中的“三級(jí)壓力、五個(gè)階段”的壓水試驗(yàn)方法進(jìn)行該段巖體的透水率測(cè)試，管路及壓力表的連接如圖1所示，測(cè)得透水率為1.1～5.2Lu。

圖1　勘察期壓水試驗(yàn)方法示意圖

1.進(jìn)水閥門；2.壓力表；3.進(jìn)水管；4.地下水位；5.橡膠塞

圖2　施工期壓水試驗(yàn)方法示意圖

1.進(jìn)水閥門；2.回水閥門；3.壓力表；4.進(jìn)水管；5.回水管；6.地下水位；7.橡膠塞

施工方在完成了該段0～40m深度的防滲墻的施工后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求擬進(jìn)行墻下帷幕灌漿。在進(jìn)行灌漿前，進(jìn)行了先導(dǎo)孔的壓水試驗(yàn)，管線及壓力表的安裝如圖2所示，初測(cè)巖體的透水率是244.6Lu，同時(shí)距孔口5m處地面有冒水現(xiàn)象。經(jīng)10次灌漿后測(cè)得透水率為2.1Lu（表1）。

在另一壩段，深度57.7～62.7m為弱風(fēng)化砂巖。施工方采用相同方法作先導(dǎo)孔的壓水試驗(yàn)，測(cè)得巖體透水率為12.1Lu，是勘察時(shí)測(cè)值的6倍。類似的情況還多次發(fā)生。

表1　樁號(hào)1BM＋201段壓水試驗(yàn)結(jié)果記錄表

3　疑問

為何相同的巖體，采取不同的試驗(yàn)方法所測(cè)得的透水率會(huì)產(chǎn)生如此大的差別，原因何在？

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》^［2］（DL/T 5148—2012），灌漿工程壓水試驗(yàn)成果按以下公式計(jì)算:

當(dāng)壓力表安設(shè)在孔口處的進(jìn)水管上時(shí)，按式（2）計(jì)算壓水試驗(yàn)壓力；當(dāng)壓力表安設(shè)在孔口處的回水管上時(shí)，按式（3）計(jì)算壓水試驗(yàn)壓力。

疑問:①壓力表安裝在回水管是否合理？②壓力損失是否可以忽略不計(jì)？

（寫該段想表達(dá)什么？）

4　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為解答上述疑問，原勘察單位與施工方一起在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了以下試驗(yàn)。

試驗(yàn)1:仍采用圖2的管路連接方法，所不同的是，在進(jìn)水管上距孔口約20m處加裝了1個(gè)壓力表，壓力表至孔底的距離為68m（孔深48m）?；厮苌系膲毫Ρ戆惭b在距孔口40m的位置，回水管全長(zhǎng)88m，內(nèi)徑2.5cm，如圖3所示。圖4中，左側(cè)為安裝在回水管上的壓力表，右側(cè)為安裝在進(jìn)水管上的壓力表，同時(shí)讀數(shù)相差1.2～1.4MPa。

圖3　壓水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

圖4　回、進(jìn)水管壓力表試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍圖

通過調(diào)節(jié)流量來調(diào)節(jié)進(jìn)、出水管的壓力，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　試驗(yàn)1檢測(cè)結(jié)果記錄表

從表2可看出，當(dāng)進(jìn)水管壓力為1.2MPa時(shí)，出水管的壓力仍為0。調(diào)節(jié)出水管流量，其流量減小時(shí)，出水管壓力表才有壓力，并隨流量的減小而增大，但仍比進(jìn)水管小3～6倍。

試驗(yàn)2:管線的連接方法與圖2相同，進(jìn)水管仍安裝在原處，所不同的是回水管的壓力表安裝在距孔口20m處，距孔底68m。測(cè)試結(jié)果見表3。

表3　試驗(yàn)2檢測(cè)結(jié)果記錄表

出水管壓力表的讀數(shù)比進(jìn)水管小0.6～0.9MPa，但較表2差值減小。

試驗(yàn)3:試驗(yàn)地址選擇另一壩段，仍采用圖2的管路連接方法，進(jìn)水管壓力表安裝在孔口，回水管的壓力表安裝在距孔口4m處，試驗(yàn)段深度20～62.7m（已完成灌漿并達(dá)到設(shè)計(jì)要求），進(jìn)、出水管內(nèi)徑約1.5cm，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　試驗(yàn)3檢測(cè)結(jié)果記錄表

雖然該試驗(yàn)段已完成灌漿，透水率已很小（0.17Lu），但進(jìn)、出水管壓力表數(shù)值仍有0.45～0.50MPa的差值。

試驗(yàn)4:試驗(yàn)點(diǎn)選擇另一壩段，試驗(yàn)段深度15.5～20.5m（弱風(fēng)化砂巖），進(jìn)、出水管內(nèi)徑1.5cm，壓力表至距地面0.8m，回水管上壓力表距孔口16m，進(jìn)水管上壓力表上距孔口42m，地下水位埋深18m。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　試驗(yàn)4檢測(cè)結(jié)果記錄表

圖5中，當(dāng)左側(cè)（遠(yuǎn)方）進(jìn)水管上壓力表數(shù)值已達(dá)1.3MPa時(shí)，右側(cè)（近方）回水管上壓力表數(shù)值仍為0。

圖5　試驗(yàn)4壓水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍圖

試驗(yàn)5:壓力表均安裝在回水管上，相距40m，內(nèi)徑2.5cm，通過調(diào)節(jié)回水管的流量觀測(cè)管路損失情況，結(jié)果見表6。

表6　試驗(yàn)5檢測(cè)結(jié)果記錄表

5　分析

上述完成的壓水試驗(yàn)都具有以下共同特點(diǎn):

（1）當(dāng)出水管壓力表數(shù)值顯示為0時(shí)，進(jìn)水管壓力表數(shù)值大部分已達(dá)1.0MPa以上。

（2）出水管壓力表數(shù)值均較低，一般僅為進(jìn)水管壓力表數(shù)值的1/5～1/3。

（3）孔內(nèi)試驗(yàn)段巖體吸水量越大、流速越快，則出水管壓力表數(shù)值與進(jìn)水管壓力表數(shù)值差就越大。

造成進(jìn)、出水管壓力值差有以下原因:

（1）管路損失。如表6所示，內(nèi)徑2.5cm膠管，當(dāng)水流速為2.34m/s時(shí)，40m長(zhǎng)水平放置水管產(chǎn)生0.12MPa的管路損失。流速越快，管路損失越大。

（2）試驗(yàn)段吸水產(chǎn)生壓力釋放。水被壓入鉆孔后，絕大部分進(jìn)入巖層裂隙，產(chǎn)生較大的壓力釋放，只有少部分順回水管返回地面，由此產(chǎn)生較大的進(jìn)、出水管壓力差。因受多種因素影響，該數(shù)值很難確定。一般試驗(yàn)段透水率越大，由此產(chǎn)生的差別也越大。如表4所示，完成灌漿后的試驗(yàn)段透水率僅0.17Lu，進(jìn)、出水管仍有0.5MPa的差值，但較表2、表3的試驗(yàn)結(jié)果都要小。

如果僅把回水管壓力表的數(shù)值（S₁）和壓力表中心至壓力起算零線的水柱壓力（S₂）作為計(jì)算試驗(yàn)段透水率的全壓力值，而不考慮試驗(yàn)段至回水管壓力表間所產(chǎn)生的壓力損失（S′_f），往往會(huì)造成實(shí)際灌漿壓力過大，灌漿段圍巖被劈裂，破壞其原巖結(jié)構(gòu)，達(dá)不到灌漿目的，甚至降低防滲效果。例如，在進(jìn)行某壩段42.7～47.2m深度先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)時(shí)，初測(cè)巖體透水率為21.6Lu（最大壓力0.4MPa）。完成第一次灌漿后測(cè)得透水率為10.7Lu（最大壓力0.68MPa）；完成第二次灌漿后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，當(dāng)壓力增大到1MPa時(shí)，測(cè)得試驗(yàn)段吸水量迅速增大，5分鐘后壓力降為0，表明試驗(yàn)段巖體被完全劈裂破壞，處于無壓狀態(tài)！

根據(jù)表1試驗(yàn)記錄結(jié)果，“0”序次壓水試驗(yàn)時(shí)最大壓力為0.06MPa，距孔口5m處地面有冒水現(xiàn)象。地下40m處水壓力為0.4MPa，試驗(yàn)時(shí)有水從地面冒出，說明試驗(yàn)段所承受的水壓力應(yīng)大于0.4MPa。但從回水管壓力表記錄的壓力值僅0.06MPa，與實(shí)際壓力值至少相差0.34MPa，只有實(shí)際壓力的1/7。

6　結(jié)語(yǔ)

水工建筑物帷幕灌漿，作為檢測(cè)巖體透水率的先導(dǎo)孔，壓水試驗(yàn)時(shí)壓力表如安裝在孔口回水管上，所測(cè)壓力值比孔內(nèi)試驗(yàn)段實(shí)際壓力小很多，因此計(jì)算出的透水率偏大。目前，在水庫(kù)工程防滲帷幕灌漿先導(dǎo)孔的壓水試驗(yàn)中，多采用上述這種“循環(huán)式”方法，其直接后果，是使原設(shè)計(jì)防滲線向下延伸，并由此增大工程投資。另一個(gè)后果，就是在灌漿過程中，由于采用過大的壓力，實(shí)際上是對(duì)圍巖進(jìn)行劈裂灌漿，從而破壞了原巖結(jié)構(gòu)，降低巖體的防滲性能（值得討論）。

建議在水工建筑物的壓水試驗(yàn)中，當(dāng)壓力表安設(shè)在孔口處的回水管上時(shí)，壓力損失不應(yīng)忽略。先導(dǎo)孔的壓水試驗(yàn)中，無論是單點(diǎn)法還是五點(diǎn)法，壓力表均應(yīng)安設(shè)在孔口進(jìn)水管上。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)水利部.SL31—2003水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.

［2］國(guó)家能源局.DL/T 5148—2012水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2012.

【注釋】

[1]作者簡(jiǎn)介:佟長(zhǎng)江（1963— ），男，高級(jí)工程師，主要從事水利工程地質(zhì)勘察與科研工作。郵址:深圳市羅湖區(qū)寶安南路3097號(hào)洪濤大廈1101室，郵編:518008。E-mail:1512997015@qq.com