钻孔注水试验在塑性混凝土防渗墙渗透性检测中相关问题探讨

龚复军

摘要：塑性混凝土是一种以膨润土、粘土等掺和材料取代普通混凝土中的部分水泥而形成的具有一定柔性的混凝土，具有弹性模量低、极限应变大等优点，能有效改善混凝土防渗墙体应力状态，抗渗性能好，而且经济性好。所以，塑性混凝土防渗墙在当前水库土石大坝除险加固工程中广泛采用，而防渗墙的抗渗性能是其最重要的质量指标之一。目前对其抗渗性所做的系统性研究不多，因此加强塑性混凝土抗渗性检测评价相关问题的研究，具有重要意义。

关键词：适用性试验水头计算试验钻孔倾斜

塑性混凝土防渗墙抗渗性能检测目前主要是依据水利部发布的《水利水电工程注水试验规程》（SL 345—2007）（以下简称《规程》）在墙体中进行钻孔注水试验来获取防渗墙体的渗透系数，进而对防渗墙的渗透性进行评价。笔者拟通过《规程》，结合近年在水利工程钻孔注水试验方面的实践和认识，对钻孔注水试验在塑性混凝土防渗墙渗透性检测中的适用性、试验水头计算、钻孔倾斜等问题做出分析总结，供同行们探讨。

1、适用性问题

钻孔注水试验是用人工抬高水头，向钻孔内注入清水，测定岩土体渗透系数的一种原位试验方法，适用范围为水利水电工程地质勘察工作中的岩土层渗透性测定工作，与压水试验和抽水试验互为补充，适用于水平分布宽度较大、均一或较均一的岩土体。水库除险加固等工程中的塑性混凝土防渗墙中进行钻孔注水试验时，塑性混凝土墙体和墙体外的坝体人工填土层透水性相差是很悬殊的，墙体的透水性比坝体人工填土层透水性通常要小得多，而且墙体厚度较小（水平分布宽度小），一般在500～1000mm范围内，600～800mm居多，而且还要扣除钻孔直径，注水试验中实际检测的墙厚更小，所以注水试验结果不一定完全是塑性混凝土防渗墙体的渗透系数，需要对实际情况进行分析使用。

对于在试验时间内钻孔注水不能渗透到墙体外（墙体渗透系数较小或者墙体较厚）的情况下，試验检测结果为防渗墙体的渗透系数，塑性混凝土防渗墙设计渗透系数一般控制10-7cm/s～10-6 cm/s级别，钻孔外防渗墙体厚度较大的情况下属于这种情形；对于在试验时间内钻孔注水渗透到墙体外（墙体渗透系数较大、墙体厚度较小或者钻孔倾斜较大）的情况下，试验检测结果为防渗墙体和坝体人工填土的综合渗透系数，笔者认为应该根据填土层渗透系数及水平分布和防渗墙体的厚度综合考虑。

根据试验方法和适用岩土层条件不同，钻孔注水试验分为钻孔常水头注水试验和钻孔变水头注水试验两种。《规程》中言明：钻孔常水头注水试验适用于渗透性较强的壤土、粉土、砂土和砂卵砾石层或者不能进行压水试验的风化、破碎岩体、断层破碎带等透水性较强的岩体；钻孔变水头注水试验适用于地下水位以下粉土、粘性土层或者渗透系数较小的岩层。首先塑性混凝土防渗墙体透水性弱，再者很多情况是注水试验段在试验检测时位于地下水位以上，所以有些工况在《规程》中还不能找到完全满足条件的检测方法，对于超规程条件的工况如何采用钻孔注水试验进行墙体渗透性检测有待进一步明确。工程地质手册中介绍钻孔注水试验并未作出试段与地下水位之间关系的限制，不知《规程》是基于何种因素考虑，值得商榷。

2、试验水头计算问题

按照《规程》推荐的计算公式：

（1）常水头钻孔注水试验：

当试段位于地下水位以下时，采用下式①计算试验岩土层渗透系数

①

当试段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H≤时采用下式②计算岩土层试验渗透系数

②

（2）变水头钻孔注水试验，试验岩土层的渗透系数计算如下：根据钻孔内水头Ht下降与延续时间t的关系按照下式③计算

③

也可根据ln（Ht/H0）-t关系曲线求得注水试验特征时间，按照下式④计算

④

式中： K—试验岩土层的渗透系数(cm/s) ； Q—稳定时的注入流量(L/min) ；H—试验水头(cm)，等于试验水位与地下水位之差；A—试验段形状系数(cm)，按《规程》中附录 B选用；r—钻孔内半径，cm；—试段长度，cm。

当试段高出地下水位较多，介质均匀，且50＜H/r＜200、孔中水柱高度H≤时，《水利水电工程地质》和《工程地质手册》都推荐采用纳斯别尔格公式⑤计算岩土层渗透系数：

⑤式中Q也为注水稳定流量（cm3/s）。

上述①～⑤各式中均未见对试验水头H的计算零线作出明确规定，如果都按照试验水头等于试验水位与地下水位之差理解，③、④式不存在疑问；当注水试验段干燥时①、②式中H若按照定义计算存在疑问，50＜H/r＜200、H≤两个条件同时满足比较苛刻，①～④中H和⑤中H定义好像不能一致，有待进一步明确。

3试验钻孔倾斜问题

塑性混凝土防渗墙体厚度较小，大多厚度在600～800mm之间，基于目前的钻探技术水平，在防渗墙体深度较大时由于钻孔倾斜会出现钻孔倾斜。一方面倾斜可能导致钻孔离出墙体外，无法检测到防渗墙底，给检测工作带来不便另一方面由于钻孔倾斜会导致钻孔外实际检测墙体变得更薄，使得钻孔偏出墙体外前一段注水试验渗透系数必定墙体和坝体填土的综合渗透系数，如何较准确通过试验计算渗透系数值得商榷。

结语

本文就钻孔注水试验《规程》在塑性混凝土防渗墙渗透性检测工作中应用为主线，就《规程》的适用性、试验水头计算、钻孔倾斜等相关实际问题，结合自己的工作实践与认识展开了有益探讨。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。