一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法与流程

1.本发明涉及灌浆压水试验技术领域，具体地说，涉及一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法。


背景技术：

2.西域砾岩属第四期最新成岩地层，广泛分布于塔里木盆地周缘、天山南麓和昆仑山北麓山前盆地中。西域砾岩结构组成差异大，颗粒级配不均匀，胶结性能差，成岩性低且岩性单一；为合理高效配置水资源，兴建大量的水利水电工程，越来越多的工程建设在西域砾岩地区，目前，大多学者已对西域砾岩的抗剪、抗压、变形等物理力学性能展开研究，但西域砾岩结构复杂，岩体的渗透性对水利枢纽工程的整体稳定至关重要。
3.由于西域砾岩颗粒级配不均匀，胶结性能差，栓塞与西域砾岩岩体的密封性不好，对压水试验结果的准确性具有较大的影响，因此需要一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，来准确测定西域砾岩坝基的透水率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，包括以下步骤：
6.s1.1：钻孔压水试验采用金刚石或合金钻进；
7.s1.2：采用水压法进行洗孔；
8.s1.3：下栓塞前对压水试验工作管进行检查，接头处采取严格的止水措施，栓塞固定在混凝土盖板内部，准确定位；
9.s1.4：下栓塞前观测1次孔内水位，试段隔离后，再观测工作管内水位，用最后的观测结果确定压力计算零线；
10.s1.5：试段压水前应打开排气阀，待排气阀连续出水后将其关闭；流量观测前调整调节阀，使试段压力达到预定值并保持稳定，取最终值作为计算值；将试段压力调整到新的预定值，重复上述过程，直到完成该试段的试验；
11.s1.6：试验孔压水试验随钻孔的加深自上而下分段进行；
12.s1.7：试段透水率采用各段测得的压力值和流量，并按下述公式进行计算：
[0013][0014]
其中：q为试段的透水率(lu)；l为试段长度(m)；q3为试段的计算流量(l/min)；p3试段压力(mpa)。
[0015]
作为本技术方案的进一步改进，所述s1.1中，试验段钻孔盖板以下2m内必须采用金刚石钻头钻进，盖板以下2m外可使用冲击钻等其它方式钻进。
[0016]
作为本技术方案的进一步改进，所述s1.6中，试验孔压水试验方法如下：
[0017]
s2.1：首先进行接触段压水试验工作，压水试验后进行灌浆，下套管，进行注浆封闭套管与孔壁间缝隙；
[0018]
s2.2：第二段在接触段灌浆后待凝72h后进行钻进造孔，进行该段的压水试验；压水试验结束后进行此段灌浆，灌浆后再进行压水试验；
[0019]
s2.3：第三段进行钻进造孔，造孔后栓塞位于混凝土盖板下的套管内，进行该段的压水试验；压水试验结束后进行此段灌浆，灌浆后再进行压水试验，以下各段压水试验依次类推。
[0020]
作为本技术方案的进一步改进，压水试验按五点法压水试验进行，试验段压力值依次为0.4mpa、0.6mpa、1.0mpa、0.6mpa、0.4mpa。
[0021]
作为本技术方案的进一步改进，每个试验段均进行两次压水试验，即灌浆前和灌浆后各一次，利用两次试验数据分别计算岩体的透水率。
[0022]
作为本技术方案的进一步改进，所述s2.1中，灌浆后待凝72h，封闭处理前盖板下的2m套管底部30cm适当开孔以确保封闭效果。
[0023]
作为本技术方案的进一步改进，所述s2.2中，第二段钻进深度为5m，压水试验结束后进行灌浆，灌浆后再进行压水试验，栓塞仍位于混凝土盖板下的套管内。
[0024]
作为本技术方案的进一步改进，所述s2.3中，第三段钻进深度为5m，其中、第三段的压水试验的试验段包括第二段和第三段两部分。
[0025]
作为本技术方案的进一步改进，所述s1.6中，流量观测工作每隔1～2min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％，或最大值与最小值只差小于1l/min时，本阶段试验结束。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0027]
1、该西域砾岩基础灌浆压水试验方法中，将栓塞固定在混凝土盖板内部，造孔后栓塞位于混凝土盖板下的套管内，且灌浆前后栓塞均位于混凝土盖板下的套管内，从而改善栓塞与西域砾岩岩体的密封性，提高试验结果的准确性，操作简单。
[0028]
2、该西域砾岩基础灌浆压水试验方法中，针对西域砾岩颗粒级配不均匀，胶结性差，力学强度低，钻孔时不易成柱且表面不平整，栓塞固定时密封效果较差，给压水试验带来一定的困难的问题，将传统分段压水改为全段压水，更加精准测定西域砾岩坝基的透水率及渗透系数。
附图说明
[0029]
图1为实施例的整体流程框图；
[0030]
图2为实施例的压水试验改进流程框图；
[0031]
图3为实施例的钻孔压水试验示意图；
[0032]
图4为实施例的钻孔水位观测示意图；
[0033]
图5为实施例坝址区西域砾岩的颗粒级曲线。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
本发明是结合常规压水试验研究西域砾岩透水率的测定方法，为准确测定位于西域砾岩中的灌浆压水试验成果提供技术和方法，根据地质勘察及施工期开挖揭露，西域砾岩内无断层及构造裂隙分布，亦无洞穴及贯通性的强渗透夹层分布，岩体内的渗透水流是沿西域砾岩孔隙运移，为保证试验段渗透稳定，需对试验段进行灌浆处理，降低西域砾岩的透水率，以满足设计要求；为测定岩体的透水性，评价岩体的渗透特性和设计渗控措施，根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》(sl31-2003)要求，对岩体进行钻孔压水试验：
[0036]
实施例
[0037]
一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，包括以下步骤：
[0038]
s1.1：钻孔压水试验采用金刚石或合金钻进，全孔不应使用泥浆等护壁材料钻进；
[0039]
由于组成水利枢纽工程的基岩为西域砾岩，总体走向呈70
°
，与河谷走向斜交，倾角6
°
，未发现断层和褶皱分布；覆盖层主要有：(1)中更新统冲积砂卵砾石；(2)上更新统冲积砂卵砾石；(3)上更新统风积粉土；(4)全新统冲积砂卵砾石；(5)全新统洪积碎石土及粉土；(6)全新统坡积碎石土及粉砂。
[0040]
坝址区出露的地层均为第四系。
[0041]
(1)西域组砾岩(q1)：多为风积粉土覆盖，在左岸陡坎大面积出露，右岸坝肩冲沟内有少量出露，呈巨厚层状；
[0042]
(2)第四系中更新统冲积砂卵砾石(q2al)：分布于两岸ⅳ级阶地以上及古河槽内；
[0043]
(3)第四系上更新统冲积砂卵砾石(q3al)：主要分布于ⅱ～ⅳ级阶地，在陡坎处有出露；
[0044]
(4)第四系上更新统风积低液限粉土(q3eol)：分布于两岸阶地及山体斜坡上，厚度20～71m；
[0045]
(5)第四系全新统冲积砂卵砾石(q4al)：分布在河床、河漫滩及ⅰ级阶地，最大厚度30m，结构密实；
[0046]
(6)第四系全新统洪积碎石土及粉土(q4pl)：主要分布于较大冲沟和沟口，及河漫滩上表部；
[0047]
(7)第四系全更新统坡积碎石土及粉土(q4dl)：主要分布山坡、坡脚处，厚度不等。
[0048]
坝址区西域砾岩总体产状70
°
nw∠6
°
，无断层及构造裂隙发育，因此，全孔不应使用泥浆等护壁材料钻进，应选用金刚石钻进，金刚石钻进比其它钻进方法有许多优越性，它具有钻进效率高、钻探质量好、孔内事故少、钢材消耗少、成本低及应用范围广等特点，且金刚石钻进的钻孔倾角不受限制，它不仅能钻垂直孔、斜孔，还能钻水平孔和仰孔，因此，它可广泛用于隧道掘进工程及矿山坑道中钻凿爆破孔和追索矿体的勘探孔钻进中。通过物理力学试验得到坝址区西域砾岩的颗粒级曲线如图5所示。
[0049]
试验段钻孔盖板以下2m内必须采用金刚石钻头钻进，以保证盖板以下2m内的钻孔边壁平整，便于栓塞封堵；盖板以下2m外可使用冲击钻等其它方式钻进；全孔不应使用泥浆等护壁材料钻进。
[0050]
s1.2：采用水压法进行洗孔，洗孔时钻具下到孔底，流量为水泵最大出力；洗孔应
至孔口回水清洁，肉眼观察无岩粉时结束；若孔口无回水，洗孔时间不得少于15min；
[0051]
s1.3：下栓塞前对压水试验工作管进行检查，不得有破裂、弯曲、堵塞等现象，接头处采取严格的止水措施；栓塞充气时压力应比最大试验段压力大0.2～0.3mpa，栓塞固定在混凝土盖板内部，准确定位；
[0052]
s1.4：下栓塞前观测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，当水位下降速率连续2次均小于5cm/min时，观测结束，用最后的观测结果确定压力计算零线；
[0053]
s1.5：试段压水前应打开排气阀，待排气阀连续出水后将其关闭；流量观测前调整调节阀，使试段压力达到预定值并保持稳定；流量观测工作每隔1～2min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％，或最大值与最小值只差小于1l/min时，本阶段试验结束，取最终值作为计算值；将试段压力调整到新的预定值，重复上述过程，直到完成该试段的试验；
[0054]
s1.6：试验孔压水试验随钻孔的加深自上而下分段进行；
[0055]
试验孔压水试验方法如下：
[0056]
s2.1：首先进行接触段压水试验工作，栓塞位于混凝土盖板内，进行压水试验，压水试验后进行灌浆，灌浆后待凝72h，下套管，进行注浆封闭套管与孔壁间缝隙，封闭处理前盖板下的2m套管底部30cm适当开孔以确保封闭效果；
[0057]
s2.2：第二段在接触段灌浆后待凝72h后进行钻进造孔，钻进深度5m，造孔后栓塞位于混凝土盖板下的套管内，进行该段的压水试验；压水试验结束后进行此段灌浆，灌浆后再进行压水试验，栓塞仍位于混凝土盖板下的套管内；
[0058]
s2.3：第三段进行钻进造孔，钻进深度5m，造孔后栓塞位于混凝土盖板下的套管内，进行该段(试验段包括第二段和第三段两部分)的压水试验；压水试验结束后进行此段灌浆，灌浆后再进行压水试验(包括第二段和第三段)，栓塞仍位于混凝土盖板下的套管内。以下各段压水试验依次类推。
[0059]
s1.7：试段透水率采用各段测得的压力值和流量，并按下述公式进行计算：
[0060][0061]
其中：q为试段的透水率(lu)；l为试段长度(m)；q3为试段的计算流量(l/min)；p3试段压力(mpa)。
[0062]
压水试验按五点法压水试验进行，试验段压力值依次为0.4mpa、0.6mpa、1.0mpa、0.6mpa、0.4mpa，且压水试验其余要求必须满足sl31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》中相关规定。每个试验段均进行两次压水试验，即灌浆前和灌浆后各一次，利用两次试验数据分别计算岩体的透水率，透水率计算公式如表1所示：
[0063]
表1试段透水率计算表
[0064][0065][0066]
注：表中q1、q2、q3
…
qn分别为第1、2、3
…
n段灌浆前透水率，lu；q'1、q'2、q'3…
q'n分别为灌后，前1、2、3
…
n段平均透水率，lu；q1、q2、q3…qn
分别为灌前压水试验，前1、2、3
…
n段计算流量，l/min；q'1、q'2、q'3…
q'n分别为灌后压水试验，前1、2、3
…
n段计算流量，l/min；l1、l2、l3…
ln分别为第1、2、3
…
n段试段的长度m；p为灌浆压力，mpa。
[0067]
本次实验的每个试验段均进行两次压水试验，即灌前和灌后各一次，查看各次序灌浆孔的透水率值有无随着灌浆次序的增加而逐渐减小的规律，利用两次试验数据分别计算岩体的透水率，计算时压力p3均为1mpa，统一用p表示，同时考虑栓塞位于套管底部，且套管未随着钻孔向下移动，故可忽略管道损失对试验结果的影响；由于栓塞位置始终位于混凝土盖板内，则每试段透水率可根据表1计算如下：
[0068]
表2试段透水率计算表
[0069]
序号灌前透水率(lu)灌后透水率(lu)透水率设计标准(lu)接触段4.33.453第二段3.162.643第三段2.321.873
[0070]
计算结果表明，各注浆段透水率均小于2lu，比3lu的设计标准大大降低，证明该孔注浆效果良好；接触段在灌前压水透水率度较大，表明西域砾岩原始地层透水率较高，且明显高于工程设计标准，会影响工程质量，经过灌浆后地层的透水性已得到很大的改善，变得均质，且透水率明显降低，达到了微弱透水的岩体质量，这表明灌浆取得显著的防渗效果。
[0071]
由于西域砾岩颗粒级配不均匀，胶结性能差，栓塞与西域砾岩岩体的密封性不好，导致西域砾岩渗透率较高，属强透水层，在此地基上修建高闸，对工程的安全有着非常不利的影响，通过改进压水试验方法，可有效减小作用在坝基上的渗透压力，降低坝基渗流的平均坡降，防止坝基发生渗流变形。
[0072]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种
变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.1：钻孔压水试验采用金刚石或合金钻进；s1.2：采用水压法进行洗孔；s1.3：下栓塞前对压水试验工作管进行检查，接头处采取严格的止水措施，栓塞固定在混凝土盖板内部，准确定位；s1.4：下栓塞前观测1次孔内水位，试段隔离后，再观测工作管内水位，用最后的观测结果确定压力计算零线；s1.5：试段压水前应打开排气阀，待排气阀连续出水后将其关闭；流量观测前调整调节阀，使试段压力达到预定值并保持稳定，取最终值作为计算值；将试段压力调整到新的预定值，重复上述过程，直到完成该试段的试验；s1.6：试验孔压水试验随钻孔的加深自上而下分段进行；s1.7：试段透水率采用各段测得的压力值和流量，并按下述公式进行计算：其中：q为试段的透水率(lu)；l为试段长度(m)；q3为试段的计算流量(l/min)；p3试段压力(mpa)。2.根据权利要求1所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：所述s1.1中，试验段钻孔盖板以下2m内必须采用金刚石钻头钻进，盖板以下2m外使用冲击钻钻进。3.根据权利要求1所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：所述s1.6中，试验孔压水试验方法如下：s2.1：首先进行接触段压水试验工作，压水试验后进行灌浆，下套管，进行注浆封闭套管与孔壁间缝隙；s2.2：第二段在接触段灌浆后待凝72h后进行钻进造孔，进行该段的压水试验；压水试验结束后进行此段灌浆，灌浆后再进行压水试验；s2.3：第三段进行钻进造孔，造孔后栓塞位于混凝土盖板下的套管内，进行该段的压水试验；压水试验结束后进行此段灌浆，灌浆后再进行压水试验，以下各段压水试验依次类推。4.根据权利要求3所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：压水试验按五点法压水试验进行，试验段压力值依次为0.4mpa、0.6mpa、1.0mpa、0.6mpa、0.4mpa。5.根据权利要求3所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：每个试验段均进行两次压水试验，即灌浆前和灌浆后各一次，利用两次试验数据分别计算岩体的透水率。6.根据权利要求3所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：所述s2.1中，灌浆后待凝72h，封闭处理前盖板下的2m套管底部30cm适当开孔以确保封闭效果。7.根据权利要求3所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：所述s2.2中，第二段钻进深度为5m，压水试验结束后进行灌浆，灌浆后再进行压水试验，栓塞仍位于混凝土盖板下的套管内。8.根据权利要求3所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：所述
s2.3中，第三段钻进深度为5m，其中、第三段的压水试验的试验段包括第二段和第三段两部分。9.根据权利要求1所述的适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法，其特征在于：所述s1.6中，流量观测工作每隔1～2min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％，或最大值与最小值只差小于1l/min时，本阶段试验结束。

技术总结
本发明涉及灌浆压水试验技术领域，具体地说，涉及一种适用西域砾岩基础灌浆压水试验的方法。其包括以下步骤：钻孔压水试验采用金刚石或合金钻进；采用水压法进行洗孔；下栓塞前对压水试验工作管进行检查，接头处采取严格的止水措施，栓塞固定在混凝土盖板内部，准确定位；试段压水前应打开排气阀，待排气阀连续出水后将其关闭；流量观测前调整调节阀，使试段压力达到预定值并保持稳定，取最终值作为计算值；试验孔压水试验随钻孔的加深自上而下分段进行；试段透水率采用各段测得的压力值和流量。通过将栓塞固定在混凝土盖板内部，从而改善栓塞与西域砾岩岩体的密封性，提高试验结果的准确性，操作简单。操作简单。操作简单。


技术研发人员：韩守都 李文新 王兆云 马洪玉 王景 袁磊 吴俊杰 王玉杰 钱军刚 胡小虎 邓理想 李伟 许史 罗昌辉
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/16