塑性混凝土防渗墙抗渗性能检测.pdf

第 3 5卷第 7期 2 0 1 3年 7月 人民黄河 YE L L O W RI VER Vo 1 3 5 No 7 J u 1 ， 2 01 3 【 水利水 电工程 】 塑性混凝土防渗墙抗渗性能检测 许文峰 ， 周 杨4 ， ( 1 哈尔滨工业大学 市政与环境工程学院， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 0 6； 2 中国市政工程东北设计研究总院， 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ； 3 河南东龙控股有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 0； 4 黄河水利科学研究院， 河南 郑州4 5 0 0 0 3 ； 5 黄河水利委员会 基本建设工程质量检测中心， 河南 郑州4 5 0 0 0 3 ) 摘要： 利用墙体钻孔注水试验记录， 基于塑性混凝土防渗墙渗透系数测试的钻孔常水头注水试验方法和固井注水试验 法， 采用孔口一孔底整段计算方式和每5 m一段的计算方式， 计算得到某水利枢纽坝址地基塑性混凝土防渗墙的渗透系 数 ， 并对渗透 系数数值分布区间进行了统计分析， 结果表明： 围井注水试验法得出的渗透系数比常水头注水试验法得出 的渗透 系数小 1个数量级。钻孔所取得芯样的渗透 系数室内试验结果表明： 大多数芯样的渗透 系数与围井注水试验法 得 出的渗透系数更接近， 即围井渗透系数检测方法更符合工程的实际情况。 关键词 ：防渗墙；渗透系数；注水试验 ；塑性混凝土 中图分类号 ：T V 2 2 3 4 2 文献标志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 3 0 7 0 3 1 Te s t i ng S t ud y o f Pl a s t i c Co n c r e t e Cu t o ff W a l l I mpe r me a bi l i t y XU W e n f e n g Z HOU Y a n g ( 1 S c h o o l o f Mu n i c i p a l a n d E n v i r o n me n t a l E n g i n e e ri n g ， Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Harb i n 1 5 0 0 0 6， C h i n a ； 2 C h i n a N o r t h e a s t Mu n i c i p a l En g i n e e rin g De s ig n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e，C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 1，C h i n a； 3 He n a n Ea s t Dr a g o n Ho l d i n g s L t d，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 0，C hi n a ；4 Ye l l o w Ri v e r I n s t i t u t e o f Hy d r a u l i c Re s e a r c h，Zh e n g z h o u 4 5 0 0 0 3，Ch i n a 5 E n g i n e e ri n g Q u al i t y T e s t i n g C e n t e r ，Y R C C， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：U s i n g c u t o ff w a l l d ri l l i n g - h o l e i n j e c t io n t e s t r e c o r d s ， b a s e d o n me t h o d s o f d ri l l i n g h o l e i n j e c t i o n t e s t w i t h c o n s t ant w a t e r l e v e l a n d w e l l s i n j e c t i o n t e s t ， t w o c a l c u l a t io n m e t h o d s o f t o p t o b o t t o m o f t h e w h o l e h o l e a n d e v e r y 5 me t e r s a r e r e s p e c t i v e l y u s e d C u t o ff w a l l p e r m e a b i l i t y c o e f fi - e i e n t s o f a h y d r o d a m f o u n d a t i o n a r e g o t a n d s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e d i s t ri b u t i o n r ang e a r e c o n d u c t e d T h e r e s u l t s o f w e l l s i n j e c t i o n t e s t a r e 1 0 r _ d e r o f ma gni t u d e s ma l l e r t h a n o n e s o f d ri l l i n g h o l e i n j e c t i o n t e s t w i t h c o n s t a n t w a t e r l e v e l ， a n d t h e r e s u l t s o f w e l l s i n j e c t i o n t e s t a re c l o s e r t o t h e c o r e s a m p l e t e s t res u l t s ，a n d m o r e c o n s i s t e n t w i t h t h e a c t u a l s i t u a t i o n o f th e p r o j e c t t h a n o n e s o f d ri l l i n g h o l e i n j e c t i o n t e s t w i t h c o n s t a n t w a t e r l e v e 1 Ke y wo r d s ： c u t o ff w a l l ； p e rme a b i l i t y c o e ffic ie n t ；i n j e c t i o n t e s t ；p l a s t i c c o n c r e te 塑性混凝土防渗墙作为软基防渗处理、 堤坝加 固的新技 术、 新工艺被广泛运用。塑性混凝土防渗墙 的主要功能是防 渗， 因此采用原位试验测定墙身的渗透系数对评价塑性混凝土 防渗墙的抗渗性能具有重要意义。原位试验测得的渗透系数 为整个渗流区较大范围内渗透系数的平均值， 结果 比较可靠。 原位注水试验方法有多种， 鉴于压水试验对塑性混凝土防渗墙 有潜在破坏可能， 而钻孔降水头试验法和常水头试验法对抗渗 性能较好的工程对象的检测结果基本在同一个数量级上 等 实际情况， 因此本文对钻孔常水头注水试验法 、 同井注水试验 法 的特点进行 了比较 ， 以供 同人参考 。 1 原位测试方法 1 1 钻孔常水头注水试验心 用带水表的注水管或量简向套管内注入清水 ， 使管中水位 保持在管口， 测出管 口水位高出地下水位的水头 日。试验时， 首先按照 5 m i n时间间隔连续测量 5次， 然后每隔 2 0 mi n测量 1 次， 并至少测量6次， 当连续 2次测定的注入流量之差不大于 最后一次注入流量的 1 0 时， 视为流量稳定， 终止观测。当试 验段在地下水位以下时， 渗透系数为 K ： ( 1 ) 式中： K为试验段的渗透系数 ， c m s ； Q为注入流量 ， L mi n ； 日为 试验水头， e m； A为形状系数， 由钻孔和水流边界条件确定， c m。 当试验段在地下水位以上， 且 5 0 H r 2 0 0、 日f 时( r 为 钻孔内半径， c m； z 为试验段长度 ， c m) ， 渗透系数为 K = g ( 2 ) 1 2围井注水试验 围井注水试验法主要用于高喷墙抗渗性能检测， 检测时建 造与被检测墙体技术条件一致的 3道边墙形成围井， 封闭围 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 1 7 基金项 目： 水利部科技 推 广计划 项 目( T G l l I 6 ) ； 水利部公 益性 行业科 研 专项 ( 2 0 o 9 0 l o 5 3 ) ； 水利标准化项 目( 1 2 6 1 1 2 0 1 6 2 5 0 9 ， 1 2 6 1 l 2 0 l 6 2 5 l 0 ) ； 农业标 准化示 范 区项 目。 作者简介： 许文峰( 1 9 7 O 一) ， 男， 河南新乡人， 高级工程师， 主要从事工程建设 和管理工作 。 E ma i l ： z h o u y a n g Z Z q q c o m 8 9 人 民 黄 河2 0 1 3年第 7期 井底部和顶部， 从而形成一个仅四周围井墙体渗水的腔体。腔 体平面面积在沙土、 粉土层 中不小于 3 m ， 在砾石 、 卵( 碎 ) 石 层中不小于4 5 m 。利用腔体做注水或抽水试验 ， 或在围井中 心处钻孔做注水或抽水试验。其墙体渗透系数为 一一一 r 一 ( H +h ) ( 日 一h ) 式中： 为渗透系数， m d ； Q为稳定流量 ， m d ； t 为高喷墙平均 厚度， m； L为围井周边高喷墙轴线长度， m； H为围井 内试验水 位至井底的深度， m； 为地下水位至井底的深度， i n 。 2 工程实例 2 1 工 程概 况 某水利枢纽为 等工程， 工程规模为大( 2 ) 型， 主要由河床 式电站 、 泄洪闸、 土石坝等建筑物组成。由于坝址为软土地基 ， 因此采用塑性混凝土防渗墙解决地基和坝肩的渗透稳定问题 ， 塑性混凝 土设计 参数见表 1 。 表 1 塑性混凝土设计 参数 参数 取值 防渗墙深 m 防渗墙 宽 c m 渗透 系数 ( c n l s ) 渗透比降 弹性模量 MP a 抗压强度 MP a 2 2 注水试验 为便于在工程现场开展检测， 钻机利用清水每钻进 5 m后 清除孔底沉渣 ， 使其厚度不大于 1 0 c m， 然后利用钻孔常水头注 水试验法 ， 以套管管口为控制水位进行注水试验过程控制和记 录。共开展了7个孔位的试验。 2 3 渗透系数计算 常水头注水试验严格按照 水利水电工程注水试验规程 ( S L 3 4 5 -2 0 0 7 ) 的规定进行， 并结合式 ( 1 ) 、 式( 2 ) 计算渗透系 数。利用常水头注水试验的记录， 结合防渗墙墙体钻孔的实际 情况， 对围井法计算模型进行简化。当钻孔达到某个深度并开 展常水头注水试验时 ， 以钻孔圆心为 中心截取边 长为 6 0 c m的 正方形为围井截面 ， 其中钻孔为非围井部分 ， 此时围井平均墙 厚为 2 4 5 c m， 轴线总长为 1 4 2 c m。并假定围井顶部( 防渗墙 顶部) 、 钻孔底部为相对隔水层 ， 则式 ( 3 ) 所有的计算参数均可 确定， 但考虑到防渗墙轴线方 向的两个截面未发生渗漏 ， 因此 将利用式( 3 ) 计算得到的渗透系数乘以2作为防渗墙的实 渗 透系数。 两种计算方法采用两种数据处理方式： 注水试验每 5 n l 的整数倍进行一次， 可计算孔 i： 3 一孔底整段的渗透系数。考 虑到钻孔常水头注水试验的结束条件是被评价测段渗透稳定 的控制条件， 因此可利用注水量减除的办法实现分段计算。结 合本试验即每 5 m分别计算， 若利用 01 5 m的注水量减去 01 0 m的稳定渗流量， 则可计算出 1 01 5 m的渗透系数 。 基于常水头注水试验法、 围井注水试验法， 采用孔 口一孑 L 底整段计算方式得到的渗透系数见表 2 、 表 3 ， 采用每 5 F n 一 - g t 9 0 的计算方式得到的渗透系数见表 4 、 表 5 ， 其 中桩号0+1 2 7 9 0 的9 5一l 1 3 n l 夹沙， 桩号 0+ 2 8 0 5 0的 3 2 4 9 m夹沙。 表2 常水头注水试验法孔口一孔底计算的渗透系数 钻 孔 桩 号 而 00 5 5 7 8 2 1 4 2 7 9 4 0 6 5 5 2 7 5 7 8 3 6 0+o 9 2 8 O 2 0 3 3 1 7 4 6 8 6 6 8 8 1 9 0+1 2 2 9 0 3 2 3 4 3 8 7 2 7 9 7 5 1 1 8 3 1 3 8 5 0+1 2 7 9 0 2 4 2 1 0 9 1 1 7 4 o 1 9 4 2 2 】 O 2 2 5 5 4 0+ 2 8 0 5 0 5 2 1 1 4 2 0 7 4 4 7 6 4 6 6 6 4 9 4 0 5 1 3 5 0+ 3 0 7 7 0 6 3 2 5 9 4 7 8 2 9 0 3 9 7 6 1 0 6 7 1 0 91 0+ 3 8 4 9 0 2 2 9 3 1 5 3 9 5 6 2 2 7 1 8 1 1 1 7 1 2 9 4 1 6 0 9 表 3 围井注水试 验法孔 口一子 L 底计算的渗透 系数 桩号 00 5 5 7 8 1 6 6 8 8 7 8 7 6 8 0 7 2 0+0 9 2 8 O 1 4 8 l 0 8 1 0 0 1 0 2 9 8 0+1 2 2 9 0 2 3 2 1 3 2 1 3 6 1 3 0 1 2 4 1 2 0 0+1 2 7 9 0 1 6 ， 2 3 3 8 3 2 8 2 6 2 2 2 2 2 2 2 O+2 8 0 5 0 3 7 0 6 1 3 3 8 8 5 6 6 3 8 5 2 6 4 4 8 O+ 3 0 7 7 0 3 9 0 1 9 8 1 4 4 1 2 0 1 0 2 9 2 8 0 0+ 3 8 4 9 0 1 9 2 1 0 6 7 8 8 8 7 8 9 8 9 6 1 0 4 表4 常水头注水试验法每s m分段计算的渗透系数 表s 围井注水试 验法每 5 m 分段计算的渗透系数 3 数据分析 孑 L 口一孔底为计算段 ， 利用两种方法计算得到的渗透系数 分布区间统计见表6 。每 5 I n分段为计算段 ， 利用两种方法计 算得到的渗透系数分布区间统计见表 7 。根据表 2 、 表 3 ， 桩号 0+1 2 7 9 0 、 0+2 8 0 5 0孔位处所有测段渗透系数均相对较大， 经分析采用孔口一孔底整段计算时， 两种方法计算的防渗墙各 段渗透系数受集中透水段的影响很大 会导致集中透水段以下 各段渗透系数明显偏大。说明孔 口一孔底整段计算渗透系数 的方法对于有集中渗漏情况存在的沣水试验不适用。排除 f 0 啪 砌 一 人 民 黄 河2 0 1 3年第 7期 述 2处孔位的数据， 对渗透系数分布区间重新进行统计， 结果 井渗透系数检测方法更符合工程的实际情况。 见表 8 。 表6子 L 口 一 孔 底 整 段 计 算 渗 透系 数 数 值 分 布 区间 统 计4 结 语 某数量级渗透系数段数 试验方法 渗透系数 为 渗透系数 为 渗透系数为 n 1 0一 c ms n1 0一 c ms n 1 0一 c ms 表 7 每 5 l ift分段计算渗透 系数数值分布区 间统计 表8 孔口一孔底整段计算渗透系数数值分布区间统计( 排除2处孔位) 某数量级渗透 系数段数 试验方法 渗透系数为 渗透系数为 渗透系数为 1 0一 c I n s n 1 0一 c m s n 1 0一 c ms 结合表6一表 8 ， 采用孔 口一孑 L 底整段计算时， 常水头注水 法计算的渗透系数数量级为 1 0 、 1 0 I ” e m s ； 围井法渗透系数数 量级主要为 1 0 一、 l 0c m s 。后者比前者小 1个数量级。采用 每5 m分段计算时， 常水头注水法计算的渗透系数数量级主要 为1 0 一c m s ， 围井法计算的渗透系数数量级主要为 l 0e m s ， 后 者比前者小 1 个数量级。 利用上述钻孔取得的芯样， 同步进行芯样的渗透系数室内 试验， 试验结果表明大多数芯样 的渗透系数数量级为 1 0 c m s ， 仅有约 5 芯样的渗透系数数量级为 1 0e m s 。即大多 数芯样的渗透系数与围井法计算得到的渗透系数相近， 表明围 基于塑性混凝土防渗墙渗透系数测试的钻孔常水头注水 试验方法和围井注水试验法 ， 采用孔 口一孔底整段计算方式和 每 5 m一段的计算方式 ， 计算得到某水利枢纽坝址地基防渗墙 的渗透系数。利用钻孔常水头注水试验法、 围井注水试验法得 出的防渗墙墙体渗透系数有很好的相关性； 防渗墙渗透系数的 孔口一孔底测试方法适用于墙体整体防渗性能的评价； 防渗墒 渗透系数的分段测试方法可实现墙体抗渗性能薄弱部位的详 查定位； 钻孔常水头注水试验法适用于半无限地质体渗透系数 的测试， 薄壁防渗墙渗透系数测试得到的是防渗墙墙体与周围 高透水性材料的综合渗透系数； 围井注水试验法考虑了被检测 墙体的厚度， 更符合工程实际情况。渗透系数数值分布区间的 统计分析表明： 围井注水试验法得出的渗透系数 比常水头注水 试验法得出的渗透系数小 1个数量级。钻孔所取得芯样的渗 透系数室内试验结果表明： 大多数芯样的渗透系数与围井注水 试验法得出的渗透系数更接近， 即围井渗透系数检测方法更符 合工程 的实际情 况。 参考文献 ： 1 沈建 常水头与变水头注水试验的对比分析 J 江苏水利， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 2 8 2 9 2 中华人民共和国水利部 S L 3 4 5 -2 0 0 7水利水电工程注水试验规程 S 北 京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 7 3 中华人民共和国国家发展和改革委员会 D L T 5 2 0 0 -2 0 0 4水电水利工程 高压喷射灌浆技术规范 s 北京： 中国电力出版社， 2 0 0 4 【 责任编辑吕艳梅】 _- -一 一一 _ -+- -一 一一 - q k , - - - + -一 一一-m-_- - _ -一 - 一 。 一 一 ( 上接 第 8 2页) 技术指标： 葵 花 生育 期 灌水 5次， 总灌 溉定 额 3 0 0 0 m h m ， 投 入成本 7 7 8 5 h m ， 较 常规灌溉 减少 投入 9 O 7 _ h m ， 节水量 1 8 0 m m， 适宜区域为泉山区。 辣椒生育期灌水 6次， 灌溉定额 3 9 0 0 m h m ， 投入成本 9 9 2 3 h m ， 节水量 1 8 0 mm， 适宜区域为坝区、 泉山区。 4 结语 针对大 田粮食及经济作物， 通过对灌水新技术、 节水型农 艺技术、 水管理技术的适用性与配套技术试验， 提出包括耕作 、 灌水 、 用水全过程的主要作物节水灌溉模式。这些模式在不减 少主要作物产量的同时， 可有效抑制土面无效蒸发 ， 降低灌溉 定额 ， 提高水分利用率， 充分利用降雨资源 ， 提高经济效益， 是 民勤绿洲区经济社会可持续发展的急需技术及模式。 参考文献 ： 1 梁植睿， 刘林， 李凡， 等甘肃省民勤县农业节水灌溉技术传播的困境与出 路 J 农学学报， 2 0 1 2 ( 9 ) ： 3 6 4 0 2 孙世坤， 蔡焕杰， 王健石羊河流域春小麦灌溉需水量时空分布研究 J 节水灌溉， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 2 2 2 7 3 张新民， 丁林， 雒天峰民勤地区玉米注水播种技术试验研究 J 灌溉排 水 学报， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 5 ) ： 8 6 8 9 4 王贵忠民勤绿洲棉花节水灌溉试验研究 D 西安： 西安理工大学， 2 0 o 5 5 黄海霞， 韩国君， 陈年来 ， 等荒漠绿洲调亏灌溉条件下辣椒耗水规律研究 J 自然资源学报， 2 0 1 2 ， 2 7 ( 5 ) ： 7 4 7 7 5 6 6 杨丽丰， 何宏谋， 梁志勇西北内陆河灌区节水灌溉模式及节水效果分析 J 人 民黄河， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 6 6 6 7 【 责任编辑许立新】 91