影响压水试验成果精度因素及处理方法

论文导读：
摘要：压水试验是目前测定岩体渗透性的主要手段，岩体渗透参数选取是否准确直接影响渗控措施的优劣；而岩体的渗透性十分复杂多变，如何准确地获得岩体的渗透参数是岩土工程中一项经常性的技术工作；本文根据《水利水电工程钻孔压水试验规程SL31-2003》和一些实践经验谈些粗浅的看法。
关键词：钻孔压水试验 准确度 栓塞 绕渗 透水率
压水试验是目前测定岩体渗透性的主要手段，岩体渗透参数选取是否准确直接影响着渗控措施的优劣；而岩体的渗透性十分复杂多变，如何准确地获得岩体的渗透参数是岩土工程中一项重要性的技术工作。钻孔压水试验是最常用的在钻孔内进行的岩体原位渗透试验，主要任务是测定岩体的透水性,为评价岩体的渗透特性和设计渗控措施提供基本资料。影响压水试验成果精度的因素较多，包括试验前准备、现场试验和室内数据处理等各个环节。下面对关于影响压水试验成果精度的关键因素及出现频率较高的一些问题进行探讨，并提出相应保证措施。

一、试段隔离

压水试验的具体做法是在钻进过程中或成孔后，用栓塞将某一长度的孔段与其余孔段隔离开，再用不同的压力向试段内送水，测定其相应的流量值，并据此计算岩体的透水率。根据隔离栓塞的作用机理可分为机械膨胀式栓塞、充气（或充水）膨胀的胶囊式栓塞两种。由于后者操作程序较繁琐以及较高等原因使用并不普遍，生产中使用较多的还是机械式膨胀栓塞。试段隔离的成败直接影响着试验成果的精度及可靠性，如果栓塞阻水不严或者虽栓塞阻水严密而因栓塞部位附近孔壁裂隙发育而发生绕渗，这种情形下的试验成果是严重失真的。如何进行试段特别是复杂地质条件下试段的成功隔离，是压水试验成败的关键。以下是本人的一些粗浅的看法。
1、钻孔工艺：栓塞塞位要求孔壁光滑完整以利于密封。金刚石钻进成孔是目前较好的造孔工艺，此法造孔的孔壁光滑完整，产生的岩粉也较少，其次是合金钻头钻进。钻孔完成后需要进行洗孔处理。
2、栓塞：应选择耐高压、膨胀性能好的橡胶制作。对于孔壁较粗糙的钻孔要完全止水，有时单靠加长阻塞器的长度、增大阻塞器的膨胀压力等办法仍然无法凑效。 此时可采取一点技巧，即在两橡胶塞的中间绑一段由纱布包裹的粘土与绵纱头混合物，由于粘土相对橡胶塞来说压缩变形性能更强、更好，极易产生柔性变形以适应粗糙孔壁，因而“夹粘土胶塞”的密封性能较之纯橡胶塞要好得多。初次采用此法时有人担心粘土会被压力水冲走，但实践证明这种担心是没有必要的。“夹粘土胶塞”对粗糙孔壁有较好的密封性。
3、选择塞位：预定置放栓塞的位置应是孔壁完整、裂隙较少的孔段，使胶塞与孔壁接触良好，并减少水流沿孔壁附近裂隙绕渗的可能性。最好的办法是查阅班报表和观察岩芯情况，还可以利用孔内电视成像的方法观察孔壁的完整性。
压水试验一般要求各试段互相衔接，不许漏试，而试段摘自：学年论文格式www.7ctime.com
间不宜互相重叠，最好是本段压水段的底部正好是下一段压水试验的塞位，所以要求钻进到达预定试验深度后，要仔细观察孔底附近岩芯状态，必要时可以适当延长或缩小压水段长，为下一段压水试验创造条件。当钻至预定试段附近出现破碎带、强透水带或透水相差很大的复杂岩层时，应缩短试段，立即停止钻进，进行压水试验。
4、栓塞隔离无效：表现为压水开始后塞外水位急剧上升或水从孔口大量返出。这可能是栓塞类型选择不当、栓塞检查不严、栓塞组装错误或因岩石裂隙发育绕塞渗漏所致。处理的方法，一般是首先检查栓塞安装是否正确，并适当加大栓塞的压缩量或适当加大充塞压力，如此法无效则在栓塞上部附近（一般不超过1m的范围），找一段岩芯较完整的孔段，将栓塞上移至该段重新安装。重新安装后还是继续返水就应起塞，详细检查栓塞和全部工作管路，如胶塞是否脱落，胶囊是否破裂，工作管是否有破损，接头是否严重漏水等。当经过严格检查和移位调整后，仍然止水无效时，表明因塞位孔壁裂隙较发育而发生绕渗，此时可改用气压栓塞或水压栓塞等止水隔离效果较好的栓塞，或采用特制的超长气压栓塞或做水泥塞位等。总之栓塞止水无效的原因是多方面的，工作中不应轻易放弃试段或将塞位上移，这样将影响资料的完整性和降低资料的精度。
5、风化带试段隔离与压水试验：风化带孔段岩石强度低，孔壁岩石松散，因而孔壁常欠稳定，用一般栓塞进行隔离往往无效，解决的方法可以设置套管栓塞
套管栓塞是在钻孔钻至计划进行压水试验的孔段顶部后，向孔内送入浓水泥浆（水灰比0.8～0.6∶1）或投入水泥粘土球（试验压力不大的情况下用）捣实后再下入套管，水泥浆或粘土球的有效止水段长度要大于2m。下套管时最好在套管脚塞一个木塞，用吊锤将套管击入，使水泥浆或粘土球挤密在套管四周，以增强止水效果。下完套管后改用小一级到二级的孔径钻至试验段底部，就可将普通栓塞塞在套管内或者在套管口封闭直接向孔内送水进行试验，试验时要采用合适的试验压力，并注意观测套管周围是否有变形、渗水等现象。这种方法较麻烦，且套管不拔，消耗较大。
6、栓塞止水效果的检查：栓塞止水效果不良可能使试验成果偏大或得出错误的数据，可以用下列方法检查栓塞止水的可靠性。
1）测量工作管外的水位，在压水试验开始前、后测量工作管外水位，如压水时管外水位迅速上升则可能是止水无效，要进行检查，如确认水位上升不大，可能是少量的绕塞渗漏所致，压水试验可继续进行。这种方法在孔径较大，水位较浅，试段以上没有强渗漏段时效果较好。
2）用栓塞隔离前后流量、压力历时曲线的变化来检验栓塞的止水效果。在栓塞到位但还没有膨胀以前，即通过工作管向试段送水，并观察送入水量和送入水压力，若开始膨胀后，送入的流量明显下降，而送水压力明显上升，即证明栓塞隔离有效，反之隔离无效。使用此法还有利于排除工作管或试段中的残留空气，在水位较深或干孔情况下值得提倡，但应注意使用此法将无法测得试段的地下水位。
压水试验是实践性较强的现场岩体测试工作，应根据不同地层情况采用正确的试段隔离方法，试段隔离是否成功是压水试验成果准确性的关键。
参考文献：
《水利水电工程钻孔压水试验规程SL31-2003》