双环注水试验在堤防检测中的应用

黄红儒，孙志华

(江西省九江水利电力规划设计院，江西九江 332000)

双环注水试验在堤防检测中的应用

黄红儒∗，孙志华

(江西省九江水利电力规划设计院，江西九江 332000)

通过双环注水试验、常水头钻孔注水试验及室内垂直渗透试验方法对同一土层的渗透系数进行了测定，并对试验结果进行了比较分析，最后指出了双环注水试验的特点及适用范围。

渗透系数；原位试验；常水头钻孔注水；双环注水

1 前 言

水利水电工程的发展，对岩土试验精度要求越来越高。岩土的渗透性是一个古老而又备受关注的课题，同时又是一个技术复杂、综合性很强的技术难题，特别是确定填土渗透系数。由于填土的渗透性很难把握，往往不同的试验手段得出的结果大相径庭。究其原因除测试设计不够完善外，主要是土体各向异性造成的。本测试严格按试验设计和规范规定的要求进行操作，在注水试验操作的处理上，取得不少好的经验。本文对该测试结果进行分析讨论，为相似工程提供参考。

2 工程概况

2.1 工程概况及场地工程地质、水文条件

九江市某城市防洪堤除险加固工程位于赛城湖与长江之间的冲湖积平原，粘性土填筑，堤防长11.75 km。

工程区为长江Ⅰ级阶地，地面高程一般12 m～16 m，地势低平，由东南向北西缓倾。区内广泛沉积了第四系松散堆积层，属典型河流堆积地貌，具明显的二元结构。

区内河流湖泊交织，属冲积平原地貌，地势低洼，地表水系发育；地下水埋藏浅，主要为第四系松散堆积层孔隙潜水，局部尚分布有上层滞水。潜水在汛期往往具承压性质；基底的砂砾岩，相对不透水，为隔水底板。

地下水与地表水水力联系密切，主要接受内湖及长江等地表水体的入渗补给，泾流与地表水基本一致，枯水季节通过向下游渗流和蒸发的方式排泄。地下水位、水量、水质变化受内湖及长江控制，但由于其主体埋藏于长江和赛城湖枯水位以下，常年能维持相对稳定水平，其动态随季节性变化不甚明显，水位埋深一般在5.0 m～7.0 m不等。

据已有钻探资料揭露，堤顶高程为 21.0 m～ 22.0 m，堤身填土岩性为黄褐色、灰黄色，粉质壤土，含水量中等，局部粉粒集中。层厚5.5 m～8.3 m。

2.2 测试手段

为了更确切查明堤身的渗透性，本次测试手段采用双环注水试验与常水头钻孔注水试验、原状土样室内垂直渗透试验相对比。测试操作设计步骤如下:

(1)在选定的试验位置，挖一个圆形或方形试坑至预定深度(0.5 m～1.0m)；

(2)安装测试器具；

(3)试验前在距试坑水平距离3 m～5 m处钻一个比坑底深3 m～5 m的钻孔，并每间隔20cm取扰动样测定其土体含水量；

(4)在内环的钻孔中进行常水头钻孔注水试验，渗水流量观测；

(5)试验结束后，立即排出环内积水，在试坑中心打一个同样深度的钻孔，每间隔 20 cm取扰动样测定其土体含水量，与之前相邻钻孔试验资料对比，以确定注水试验的渗入深度；

(6)封孔。

测试主要分三种方法进行:在野外进行常水头钻孔注水试验、双环注水试验及室内垂直渗透试验。通过双环注水试验结果与其他两种试验的结果比较，检验双环注水试验在堤防中的适用性。

3 试验数据整理

本次测试沿堤共布置22个试验点，试验结果如表1(各试验值比较表)。为了更能说明双环注水试验在堤防中的应用，我们必须分选出有价值的试验结果。以下我们通过比较条件假设、确定选值原则，以此来筛选试验比较值。

3.1 试验条件假设

结合堤防填筑的时间、填筑历史、填筑材料及试验手段，我们对试验条件作以下假设:

(1)假设堤防土类的性状差别不大，堤防为较均质土堤；

(2)假设岩土体各向同性，也就是岩土体水平渗透性与垂直渗透性相近；

(3)假设试验点岩土体性状一致，也就是不同的试验对象是相同的，这是可以进行比较的前提。

3.2 选值原则

为了便于通过对比分析，准确说明双环注水试验在堤防检测中的应用，我们首先对所有试验的结果进行分选，分选原则如下:

(1)首先，要剔除试验中的偏差较大的值。把两种试验方法得出的结果进行比较，相差一个量级的试验点剔除。则剔除差比ε〉10的试验点。

根据CH/T 9008.3—2010《基础地理信息数字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000数字正射影像图》的规定，山地高山地数字正射影像图平面精度为0.8 mm(图上)，即实地精度要求为1.6 m。通过各个像控点布设方案的精度统计情况可以看出，像控点布设最密集的方案二精度统计情况最好，没有坐标差超限的检查点。方案四的精度统计情况最差，且有一个检查点坐标差超限。按各个像控点布设方案进行测量和生产数字正射影像图，其成果均能保证精度要求。

表1中有效值1为本次筛选后得出的结果。

(2)其次，为了分析结果的偏差。因为常水头钻孔注水试验在工程检测中应用已经相当成熟，本次比较我们不妨假设常水头钻孔注水试验结果能真实反映土层的渗透性，是可靠值。然后用双环注水试验结果来跟常水头钻孔注水试验结果作比较。

结合实验数据的大小、量级及类型，假设如果差值小于1，我们就可认为两个比较数据具有一致性。表2中有效值2为在第一次筛选后再次筛选得出的结果。

各试验成果表 表1

各试验成果比较表 表2

4 不同的试验方法所得出的结果比较

从表1我们不难看出:室内垂直渗透试验值较室外偏小。究其原因，是由于室内渗透试验中，原状样采取的是结合较好的土块，松散的采取不了；室内切样时实验人员的操作，容易抹平土样中的缝隙，因此，所采取的土样不能完全代表堤坝土体渗透的真实性状，室内垂直渗透试验结果往往小于野外试验值，代表性差。所以本文只进行双环注水试验成果与常水头钻孔注水试验成果的比较。

4.1 试验结果的分析

表2为双环注水成果与常水头钻孔注水试验的计算结果。从表2中，两种原位测试的差比ε和差值比s我们不难看出试验点所进行不同的原位测试的试验结果的关系。图1为剔除前，数据的分布情况，结合表1、表2，我们不难看出差比ε大于10的试验点有7个，在该试验点所进行的原位测试结果相差很大。

图1 剔除前试验结果分布图

图2 第一次剔除后试验结果分布图

图3 第二次剔除后试验结果分布图

剔除出差比ε大于10的试验点，剩下的试验点结果分布图如图2。在图2中结合结合表1、表2，我们不难看出差值比s大于1的试验点有5个，在这些试验点所进行的原位测试结果相差较大。剔除差值比s大于1的试验点，剩下的试验点结果分布图如图3。

(1)从图3可以看出:通过原位试验方法，求出的渗透系数都属于1×10－3～1×10－5cm/s这个数量级，而室内试验结果远远低于该数量级。

(2)两种原位试验方法所求得的渗透系数较为接近，如常水头钻孔注水法与双环注水试验结果差值比s小于1.0的占12个试验点，差比ε小于10的占15个，我们可以认为双环注水试验与常水头钻孔注水试验结果比较接近。

5 双环注水试验在堤防质量检测中的适用性

由以上比较可以看出，对于地下水位以上的均质填土双环注水试验是可行的。但在实际工程中，不同的方法由于其自身的优缺点而适用于不同的情况，以下我们通过比较不同的试验方法来说明双环注水试验在堤防质量检测中的适用性。

(1)常水头钻孔注水试验的钻孔过程比较费时，费用贵。对于砂类土等非饱和土来讲，钻孔过程中容易发生坍孔，注水过程中水流对孔壁的冲刷也会造成孔径变大、孔深变小，造成计算结果有偏差。

(2)室内垂直渗透试验很难模拟现场的渗透情况，实践证明通过室内垂直渗透试验来检测填土的渗透性，效果不理想。

(3)野外双环注水试验的操作程序及试验器材较简单、方便、费用小，适合检测均质填土及浅层黏性土。

6 结 语

(1)由于本试验是在一个填土相对比较均匀的大堤上进行，所以试验结果存在可比性。实际中，土质各向绝对同性是不存在的。这与地质实际情况存在一定差异，计算结果仅可作为一种参考依据。

(2)野外双环注水试验主要是体现土体的垂直渗透性，而常水头钻孔注水试验更多是体现土体的水平渗透性。由本试验将试验层概化为均质体，土体的垂直渗透性与水平渗透性一致。事实上土体的垂直渗透性与水平渗透性成何种关系，这也是试验的要解决的最终问题，在今后的试验中有待探讨、研究。

(3)双环注水试验的试验对象往往限于表层土体。对于高度较大的填土，表层土体性状能否代表深层的土体性状，这也是双环注水试验的局限性。

[1]SL345－2007.水利水电注水试验规程.

[2]YS5214－2000.注水试验规程.

[3]工程地质手册编委会.工程地质手册(第三版).北京:中国建筑工业出版社，1992

[4]郭见扬，谭周地等.中小型水利水电工程地质(第二版).北京:水利电力出版社，1995

[5]国际土地开垦和改良研究所.排水原理和应用—Ⅲ勘测和调查研究[M].北京:农业出版社:192～194

[6]邓争荣.土体工程勘察中钻孔注水试验渗透系数的计算[J ].长江工程职业技术学院学报，2003，21(1):25～27

Application of Double Annulus Water Injection Test in Embankment Detection

Huang HongRu，Sun ZhiHua
(Jiangxi Province Jiujiang Water Conservancy Power Planning Design Institute，Jiujiang 332000，China)

According to the double annulus water injection test method，constant head water injection test method and indoor vertical permeability test method，it carries out the measurement to the permeability of the same soil layer，and carries out the comparison analysis to the test results，in the end，there indicates the features and application range of the double annulus water injection test.

permeability coefficient；in situ test；constant head borehole water injection；double annulus water injection

1672－8262(2010)03－170－04

TU411.4

B

2010—03—18

黄红儒(1965—)，男，工程师，主要从事水利电力勘察技术工作。