水库坝址地基塑性混凝土防渗墙抗渗性能检测分析

侯星宇

(盘锦市水利勘测设计有限公司，辽宁 盘锦 124010)

塑性混凝土防渗墙作为一种新工艺、新技术被广泛应用于堤坝加固以及软基防渗处理等领域，其主要发挥防渗功能[1-2]。因此，采用原位法测试防渗墙抗渗性能具有重大意义，测试结果准确可靠，能够反映较大范围内整个渗流区的实际情况。目前，比较常用的原位注水法很多，其中常水头和降水头钻孔检测结果具有同一数量级，加之防渗墙受压水试验作用会发生潜在破坏的实际情况[3-5]。鉴于此，本文比较分析围井注水法和常水头钻孔注水法的特点，为工程技术人员检测防渗墙抗渗性能提供技术参考。

1 检测方法

1.1 围井注水法

高喷墙抗渗性能主要利用围井注水法检测，检测时充分考虑被检测墙体的实际情况，通过建造3道边墙组成围井、围井顶部和底部封闭等形成仅四周井墙体渗水的腔体，在粉土、沙土层中腔体平面面积不低于3 m2，在碎石、卵石和砾石层中不低于4.5 m2。对腔体或者围井中心钻孔进行注水试验，采用下式计算渗透系数K(m/d)：

(1)

式中：Q、t代表稳定流量(m3/d)和高喷墙厚度(m)；H、h0代表围井内试验水位和地下水位到井底的深度(m)；L代表高喷墙轴线长度(m)。

1.2 常水头钻孔注水法

将清水注入量筒套管或带水表的注水管内至水位保持在管口，以管口水位减去地下水位测试出水头H。试验过程中先每次间隔5 min测五次，再间隔20 min测一次，测量至少6次，对比最后一次的10%和连续两次注入的流量差，若前者小于等于后者则视为流量稳定[6]。对于地下水位以下的试验段，应利用公式(1)计算渗透系数K(cm/s)：

K=16.67Q/AH

(2)

式中：Q、A、H代表注入流量(L/min)、试验水头(cm)和按水流边界条件及钻孔确定的形状系数(cm)。

对于地下水位以上的试验段，并符合条件H≤l、50

(3)

式中：l、r代表试验段长度(cm)和钻孔内半径(cm)，其他字母含义同上。

2 实例应用

2.1 工程概况

辽宁省某水库是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养鱼、旅游等综合利用枢纽工程。水库于2011年实施加固整治，工程规模属于小(1)型。

考虑到坝址为软土地基的实际情况，针对坝肩和地基破损、塌陷、渗漏问题拟利用防渗墙进行处理，设计参数如表1。

2.2 注水试验

为便于现场检测，钻机每钻进5 m就用清水对孔底沉渣进行清理，控制沉渣厚度不超过10 cm，然后以套管管口为控制水位选用常水头钻孔注水法进行注水试验，控制试验操作，准确记录数据，试验完成6个孔位的检测。

表1 塑性混凝土参数

2.3 渗透系数

根据《水利水电工程钻孔注水试验规程》相关规定开展常水头注水试验，渗透系数计算公式(2)～(3)确定。根据防渗墙钻孔实际情况和常水头注水试验记录，进一步简化围井法计算模型。钻孔达到设计深度时以圆心为中心，截取正方形作为围井截面(边长60 cm)，钻孔为非围井部分，该条件下围井的轴线总长145 cm，平均墙厚25.0 cm。设钻孔底部、防渗墙顶部(围井顶部)属于相对隔水层，由此可以确定公式(1)中的相关参数，鉴于轴线方向上防渗墙的两个截面未出现渗漏的情况，所以防渗墙的实际渗透系数取公式(1)计算的渗透系数的2倍。

表2 孔底-孔口整段的渗透系数

表3 每隔5 m分段的渗透系数

本文选用相同的方式处理两种计算方法所得数据，具体如下：(1)以每隔5 m的间距开展一次注水试验，由此可确定孔底-孔口整段的渗透系数；(2)由于被评价测段渗透稳定的控制条件是常水位钻孔注水试验的结束条件，为实现分段计算可以利用减除注水量的方法。根据试验过程中0～15 m的注水量和每隔5 m的计算方式，减去0～10 m的稳定渗流量后可计算出10～15 m的渗透系数。

采用围井注水法和常水头注水法按孔底-孔口整段以及每5 m一段两种方式确定的渗透系数如表2、表3。其中，桩号0+071.2的8.0～10.2 m和桩号0+086.7的3.1～4.8 m夹沙。

2.4 结果分析

整理统计围井注水法和常水头钻孔注水法按孔底-孔口整段及每5 m分段两种方式计算的渗透系数分布区间，如表4。依据表3中数据，0+071.2和0+086.7钻孔桩号的所有测段具有相对较大的渗透系数，深入分析发现利用两种方法按孔底-孔口整段计算时，集中透水段对防渗墙各段渗透系数的影响较大，在一定程度上使得集中透水段以下各段渗透系数有所增加，对于有集中渗漏情况的注水试验不适合选用孔底-孔口整段计算的方法[9，10]。不考虑特殊孔位数据，重新统计渗透系数区间分布如表5。

表4 渗透系数分布区间统计表

表5 渗透系数分布区间统计表(不考虑特殊孔位)

对比表4、表5中的数据，按孔底-孔口整段计算时围井注水法的渗透系数主要有10-6cm/s、10-7cm/s两个数量级，常水头注水法的渗透系数有10-5cm/s、10-6cm/s两个数量级，即前者比后者低1个数量级。按每隔5 m分段计算时围井注水法的渗透系数数量级以10-7cm/s为主，常水头注水法的渗透系数数量级以10-6cm/s为主，即前者比后者低1个数量级。

采用钻芯取样法室内检测芯样渗透系数，结果显示只有5%的芯样渗透系数数量级为10-6cm/s，大多数为10-7cm/s，即围井注水法计算的渗透系数与大多数芯样更加接近，说明围井注水法能够更加客观真实地反映防渗墙的抗渗性能。

3 结语

(1)本文利用未井注水法和常水头钻孔注水法，按照每隔5m分段和孔底-孔口整段两种方式计算了周家营水库坝址地基塑性混凝土防渗墙渗透系数。结果显示，采用围井注水法和常水头钻孔法测试的渗透系数存在较好的相关性，按照孔底-孔口整段方式计算的渗透系数适于墙体防渗性能的整体评价，按分段方式计算的渗透系数能够准确定位出墙体防渗的薄弱部位。测试半无限地质体渗透系数时比较适合选用常水头钻孔注水法，测试得到的渗透系数反映了周围高透水性材料与薄壁防渗墙体的综合抗渗性能，而考虑了被检测墙体厚度的围井注水法更能反映工程的实际情况。经统计分析，常水头注水法测试的渗透系数较围井注水法高出1个数量级，

(2)对于墙体整体防渗性能的评价适宜选用孔底-孔口整段的计算方式，而分段测试的防渗墙渗透系数能够准确定位墙体抗渗的薄弱部位；围井注水法计算的渗透系数与大多数芯样更加接近，说明围井注水法能够更加客观真实地反映防渗墙的抗渗性能。