中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院 武汉 430223
摘要：在水利水电工程中，大坝防渗设计是一个相当重要的环节，合理地给出防渗建议是大坝安全运行的有效保障。压水试验作为一种常规而有效的勘察手段，它能探查坝址区下伏岩体的渗透特性，是水利水电勘察中必备工作之一。本文以某水库坝址区勘察为实例，重点探讨了如何应用压水试验结合场区水文地质条件，评价坝基渗漏的可能性，并为大坝防渗给出合理的建议。
关键词：压水试验；水利水电勘察；防渗建议
1 压水试验在水利水电勘察中的意义
压水试验是利用水泵供压，将清水压入钻孔试验段的一种孔内试验。根据一定时间内压入的水量和施加压力大小的关系，该试验能探查天然岩层的裂隙性和渗透性，获得单位吸水量等参数，为有关土建设计提供基础资料。尤其是在水利水电勘察中，钻孔压水试验有着举足轻重的位置，它能探查坝址下伏基岩的透水强弱并提供岩石的渗透性指标，结合工程地质条件，继而能为大坝帷幕灌浆提供合理的防渗建议。
2 压水试验简述
2.1 试验程序
现场试验工作应包括洗孔、下置栓塞隔离试段、水位测量、仪表安装、压力和流量观测等步骤。试验开始时，应对各种设备、仪表的性能和工作状态进行检查，发现问题立即处理。
（1）洗孔：洗孔应采用压水法，洗孔时钻具应下到孔底，流量应达到水泵的最大出力。洗孔应至孔口回水清洁，肉眼观察无岩粉时方可结束。当孔口无回水时，洗孔时间不得少于15min。
（2）试段隔离：下栓塞前应对压水试验工作管进行检查，不得有破裂、弯曲、堵塞等现象。接头处应采取严格的止水措施。采用气压式或水压式栓塞时，充气（水）压力应比最大试段压力P3大0.2MPa-0.3MPa，在试验过程中充气（水）压力应保持不变。栓塞应安设在岩石较完整的部位，定位应准确。当栓塞隔离无效时，应分析原因，采取移动栓塞、更换栓塞或灌制混凝土塞位等措施。移动栓塞时只能向上移，其范围不应超过上一次试验的塞位。
（3）水位观测：下栓塞前应首先观测1次孔内水位，试段隔离后，再观测工作管内水位。工作管内水位观测应每隔5min进行1次，当水位下降速度连续2次均小于5cm/min时，观测工作即可结束，用最后的观测结果确定压力计算零线。在工作管内水位观测过程中如发现承压水时，应观测承压水位。当承压水位高出管口时，应进行压力和涌水量观测。
（4）压力和流量观测：在向试段送水前，应打开排气阀，待排气阀连续出水后，流量观测前应调整调节阀，使试段压力达到预定值并保持稳定。流量观测工作应每隔1min-2min进行1次。当流量无持续增大趋势，且5次流量读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值。
将试段压力调整到新的预定值，重复上述试验过程，直到完成该试段的试验。压水试验应按三级压力、五个阶段进行【即P1-P2-P3-P4（=P2）-P5（=P1）】。P1、P2、P3三级压力宜分别为0.3MPa、0.6MPa和1MPa。在降压阶段，如出现水由岩体向孔内回流现象，应记录回流情况，待回流停止，流量达到本规程规定的标准后方可结束本阶段试验。在试验过程中，对附近受影响的露头、井、碉、孔、泉等应进行观测。在压水试验结束前，应检查原始记录是否齐全、正确，发现问题必须及时纠正。
2.2 试验成果应用及计算
（1）透水率计算
透水率（Lu，俗称吕荣值）是指当试段压力为1Mpa时每米试段的压入水流量（L/min），试段透水率采用第三阶段的压力值（P3）和流量值（Q3）按下式计算：
3 压水试验在水利水电勘察中的实际案例
3.1 工程概况
某水库工程规模为小（2）型，最大坝高16m，水库总库容28.20万m3。工程区出露的地层主要为太古界大别群铁冶组（Art）和麻桥组（Arm）片麻岩，在河床、冲沟以及斜坡等地段分布有第四系冲积物、第四系残坡积物及人工堆积物。为查明岩土体的物理力学性质及各岩土的工程特性，对坝址区进行了1：500工程地质平、剖面测绘，勘察手段包括钻探、物探、现场测试、钻孔压水试验及岩土体的室内试验等。
3.2 压水试验成果整理
为查明坝址区覆盖层及下伏基岩透水性，该水库项目初步设计阶段勘察在坝址区共进行钻孔注水试验5段、压水试验25段，压水试验成果详见表2。从压水资料分析，坝址区全～强风化基岩为中等～弱透水层，弱风化基岩为弱透水层，微风化基岩未揭露，透水性应为弱～微透水。
3.3 防渗建议
压水试验得出了坝基岩体的渗透特性，结合坝址水文地质条件、两岸地下水位埋深、相对隔水层埋藏深度，可提出防渗处理的意见。以该水库为例，根据坝线渗透剖面图（图1），可分段对坝址区进行渗漏条件评价并提出相对应的防渗处理意见。
图1 坝线渗透剖面图
①河谷段
河谷段下伏基岩为强~弱风化片麻岩，为弱透水层，对防渗较为有利，但浅层岩体裂隙较发育，仍然存在沿裂隙渗漏的可能，因此需进行帷幕防渗处理。根据河谷钻孔资料及渗透剖面图分析，河谷段片麻岩弱透水层（q≤5Lu）埋深9m左右，为相对不透水带，可作为防渗帷幕下限的依托层，建议河床段垂直防渗深度延至5Lu线以下3m左右。根据渗透剖面图，帷幕灌浆应深入建基面高程以下6～9m。
②左坝肩
左岸坝肩地势较为平缓，地下水水位随山体逐渐抬高，至河床地下水位比降为6.0％，ZK6钻孔水位埋深6.75m（高程165.12m），高于正常蓄水位162.5m；钻孔XZK1水位埋深4m（高程162.05m），钻孔ZK1水位埋深5.35m（高程159.4m），均低于正常蓄水位162.5m；且左岸坝基为强风化片麻岩，呈中等~弱透水性，水库蓄水后，存在沿左岸山体绕坝向水库下游渗漏的可能。
综合岩层透水性、地下水位等因素确定防渗帷幕方案。建议防渗深度以设计防渗标准（q≤5Lu）控制，防渗线垂直方向延伸至5Lu线以下3m左右，水平方向延伸至左岸山体地下水位线与正常蓄水位线交接处。根据渗透剖面图，左岸水平防渗长度为35.5m，帷幕灌浆应深入建基面高程以下12.0～15.0m。
③右坝肩
右岸山体地势稍陡，全~强风化层厚度较小，弱风化基岩作为弱透水层埋深浅，但弱风化层上部裂隙较为发育；根据钻孔资料，右坝肩ZK5地下水水位埋深8.5m（高程160.34m），至河床地下水位比降为9％～17％，均低于正常蓄水位162.50m；故水库蓄水后，右岸坝肩也存在绕坝渗漏的可能性。
综合岩层透水性、地下水位等因素确定防渗帷幕方案。建议防渗深度以设计防渗标准（q≤5Lu）控制，防渗线垂直方向延伸至5Lu线以下3m左右，水平方向延伸至右岸山体地下水位线与正常蓄水位线交接处。根据渗透剖面图，右岸水平防渗长度约24m，帷幕灌浆应深入建基面高程以下10.0～15.0m。根据渗透剖面图，计算得出上坝线帷幕灌浆总面积为1476.5m2。
参考文献：
[1]《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）
[2]《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）
[3]《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）
论文作者:陈杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/29
标签：防渗论文; 水位论文; 坝址论文; 钻孔论文; 透水论文; 栓塞论文; 基岩论文; 《基层建设》2019年第6期论文;