帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验

第七章 基岩帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验

第一节 钻 进

一、钻孔方法

灌浆帷幕的钻孔是实现帷幕灌浆的先决条件，只有通过特设的钻孔，才能进行帷幕灌浆。 基岩中采用回转式钻机，主要有硬质合金钻进，钻粒钻进和金刚石钻进三种，可根据岩石的硬度、完整性和可钻性的情况而选用。在较软的、可钻性为6—7级以下的岩石中，多采用硬质合金钻进；在7级以上的坚硬岩石中，多采用钻粒钻进；在石质坚硬且较完整的岩石中，应尽可能地采用金刚石钻进。近期经常采用的是金刚石或硬质合金钻头钻进，而钻粒钻进方法已很少被采用了。金刚石钻进，不仅岩粉少，而且钻进效率和岩芯采用率均较高，钻孔孔间也容易得到保证。2001年制定的水泥灌浆施工技术规范中规定：帷幕灌浆孔也可采用冲击或冲击回转式钻机钻进。当采用这种方法钻进时，应加强钻孔和裂缝的冲洗。 钻孔的孔径，随着钻孔类别，钻进方法，钻孔深度和岩石情况而定。灌浆孔的孔径，一般多为59mm或75mm，在保证灌浆质量的前提下，一般宜优先选用小口径钻孔，但不得小于46mm。检查孔的孔径要稍大一些，一般可为75mm或91mm。

二、钻扎方向

帷幕灌桨钻孔的方向宜根据岩层构造、裂隙角度和施工条件而定。最有利的钻孔方向是与裂隙面或岩层面垂直，这样，同样深的钻孔可以穿过较多的裂隙或岩层面，能节省钻孔数量，灌浆效果也好。但钻斜孔施工比较困难，钻孔深度超过50m时，孔向易于“上飘”，诸多斜孔的方位角和倾角保持一致也较困难。所以，在没有特定要求，或不影响灌浆质量和不道多地增加钻孔工作量的情况下，为便于钻进和灌浆施工，帷幕钻孔宜采用铅直孔。

钻孔时，应按照设计的孔向钻进。如果设计的是铅直孔，就按铅直方向钻进；如果设计的是斜孔，就要按照规定的倾斜度和方位角钻进，并保证钻孔偏斜率不超过允许值，这样，在灌浆之后，才有可能联结成帷幕，起到防渗作用。

三、钻孔偏斜率的允许值

铅直孔的偏斜率就是孔底的偏距与铅直孔孔深之比，也就是钻孔钻完后，其水平投影之长与其立面投影之长的比值，常用百分数表示，见图7-1。

1

钻孔经测斜后，测得偏斜角θ值，则d＝L1sinθ。 钻孔偏斜率的计算公式为:

d

δ= 、即δ=tgθ (7.1)

L

式中 d——实钻钻孔的水平投影长度，亦即孔底偏距，也可称偏差；

L——实钻钻孔的立面投影长度； L1——实钻钻孔的长度。

对于铅直孔偏斜率允许值的考虑，原则上要求应为：两相邻钻孔底端的最大偏距不应超过两孔孔距的50％，以保证两相邻钻孔在最不利的条件下，其底部也不会相交。按照这个要求，当钻孔愈深或孔距愈小时，则偏斜率允许值也就愈小，钻孔难度愈大，在这样条件下，也就愈需采取多种措施，更要精心地操作。

一般情况下，钻孔愈探，愈易偏斜，所以铅直孔偏斜率先许值的规定，多依钻孔深度而定。

2001年制定的水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001对于钻孔偏斜率的规定中考虑了帷幕排数因素，见表7-1。

表7-1 帷幕灌浆孔孔底允许偏差 （单位：m）

孔深 允许偏差 单排孔 二或三排孔 20 0.25 0.25 30 0.45 0.50 40 0.70 0.80 50 1.00 1.15 60 1.30 1.50 注：①深孔钻进，孔深20m以内，孔向应尽量保证铅直，偏斜率小于1%。

②孔深大于0m时，孔底最大允许偏差可根据工程实际情况确定，全孔偏斜率不宜大于2.5%。

帷幕钻孔为斜孔时，掌握钻孔方向更难，除偏斜率外，还有对方位角的要求，因此，需采取相应的有效措施，在钻进中更要细心操作，对斜孔的允许偏斜程度，DL/T5148-2001灌浆规范规定：顶角大于5°的斜孔，孔底最大允许偏差值可根据实际情况，按表7-1中的规定适当放宽，但方位角的偏差值水应大于5°。

总之，钻孔偏斜程度是个重要的问题，它直接影响帷幕质量，应引起高度重视。特别是深孔，对其偏斜率允许值的规定更要慎重，既要能保证灌浆帷幕质量，又要结合工程的实际情况与施工的具体条件，故需经多方面研究考虑后才可确定。与此同时，应该制定保证钻孔方向偏差不超出允许值的有效的专门措施，以利钻孔工作。

四、孔斜的观测 1．钻孔测斜的作用 (1)了解孔斜情况，便于及时纠正。在帐幕的钻孔过程中，应通过测斜，随时了解钻孔偏斜的情况。如果钻孔偏斜超过了允许范围，应分析其偏斜的原因，采取相应的措施，及时纠正，使以后的钻孔能依照设计的钻孔方向钻进，以保证钻孔最终偏斜率不超出允许值范围。如果钻孔初始就发生过度的倾斜且难以纠正时，可稍移孔位另开新孔，以保证帷幕质量。

(2)了解各帷幕灌浆孔实钻情况，便于分析帷幕质量。如果帷幕灌浆孔相互近似平行成排，则灌浆后比较容易相联成幕，防渗效果也好。如果各灌浆孔偏斜情况严重，且偏斜角度不同，偏斜方向亦异，灌浆后，可能呈现为不同方向的“水泥桩柱”，这样就难以保证帷幕的连续性、完整性和密实性，因而将会降低防渗效果。钻孔下部偏斜边大，钻孔间距即大，由钻孔中灌注的浆液，其有效的扩散范围未能相互搭接，有时会遗留小块未经灌到的空白区，一般通称其为“天窗”，形成漏水通路，对帷幕防渗作用不利。所以，在帷幕灌浆完成后，

2

通过整理出的“帷幕灌浆孔测斜成果图”等资料，可以有助于分析帷幕质量。

(3)由各孔测斜的成果，可以比较准确地算出两个钻孔在任何高程部位相互之间的真实距离，供计算其他一些数据之用。例如，使用物标法，利用几个钻孔测定岩石不同深处处水平向弹性波速时，即需使用这个数值。孔距如有误差，即影响弹性波速计算值的准确性，两孔的间距愈短，影响愈大。

2．对钻孔测斜的要求 每个帷幕灌浆孔最好是都能自上而下分段测定孔斜，随时发现问题，及时纠正。测斜段的长度根据具体情况而定，一般多为5～10m。例如新安江、富春江、湖南镇等大坝的雄幕灌浆孔都是在钻进过程中自上而下地分段做了测斜；在陈村大坝维幕补强处理工程守还具体规定；孔深20m以上，每5m段长测斜一次；孔深20m以下，每10m段长测斜一次。

有些工程，在整个钻孔完成后，再分段进行测斜，这样得出的测斜资料，只能供分析帷幕灌浆质量和计算不同高程处两钻孔真实间距之用，而不能起到在钻进过程中随时发现问题，及时纠偏的作用。

为了奠定能按设计孔向钻进的基础，孔口段的测斜是极为重要的；对于深孔尤应重视这一工作。如发现孔口段已偏斜，应及时纠正，否则势必严重地影响以后的钻进工作。有的钻孔为了保证孔向，特埋设较长的孔口管，因此在埋设孔口管时一定要测量准确，务必使其方向与设计的钻孔方向一致。

3．测量孔斜的方法 (1)人工测斜法

灯光目测法：把灯光光源下入孔内，利用灯光在欲测段内所居的中心位置与测线在孔 口的位置之间的关系而测定孔斜及方位角，这种 测量孔斜的方法就是灯光目测法，见图7-2。

例如欲测L深处的孔斜，用线绳系住灯光下 入孔内，调整测线在孔口的位置，使灯光保持在 该深处钻孔断面的中心位置。根据测线在孔口的 位置，就可以计算出孔斜和方位角。

C是半径为r的孔口中心，A是测线通过孔口 的位置，CA＝d表示偏距。α是实钻钻孔水平投影 的方位角。d和α可在孔口直接量出。

d

θ= arctg

L

式中 θ——偏斜角，以度表示；

δ——偏斜率，以百分数表示。

灯光日测法是一种操作方便、设备简单、测斜成果得出最快而又较准确的测斜方法，常用以校验孔口管或用于钻孔上部孔段的测斜。

灯光日测法的使用条件是：①设计的钻孔是铅直孔；②钻孔偏距不超过钻孔半径； ③测斜时，孔内须保持无水。

使用的灯光光源，可以是手电筒，也可以是不高于24V的外带护丝罩的低压电灯泡。

(2)测斜仪测斜法

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使用专用的测斜仪器下入孔内进行测斜，不论是铅直孔或是斜孔，孔内是否有地下水均能进行测斜工作。常用的测斜仪有下列几种：

1)JJX·3型井斜仪(或JJX·2型)：用于无磁性干扰、直径65mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的方位角和顶角。

方位角刻度每分格为5°。在顶角2°时，即能测量方位角。其测量误差不大于±4°在顶角大于5°时，方位角测量误差不大于±3°。

顶角测程为0°～50°，每分格为30′，其测量误差不大于±30′。

2)KXP-1型轻便测斜仪 用于直径大于46mm的非磁性钻孔内作连续多点的测量其顶角和方位角。代器利用磁针定向，采用非电量电测法通过三芯电缆在地面读数。顶角测量范围：0°～50°，测量误差≤±30′。方位角测量范围：4°～356°，测量误差≤±4°。

3)JXY·2型罗盘测斜仪，用于无磁性干扰、直径80mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的顶角和方位角。

方位角刻度每分格为2°，在顶角4°以上时，测量误差±4°。

顶角刻度每分格为2°，测程为0°～60°，测量误差范围，在0°～30°之间时，不超过±1°；在30°以上，不超过±2°。

4）JJL型阶螺测斜仪：用于地磁场强力异常及有套管的孔段，测量钻孔的顶角和方位角。全套仪器包括操纵台、稳压器、交流器、三脚架、仪器本体等五个部分。 测量范围：顶角2°～30°，方位角0°～360°。

测量精度：顶角误差±30′、方位角误差±5°。

5）DUZ型多点照像测斜仪 重约36kg，用于直径46mm以上的钻孔。 测量范围：顶角0°～120°，方位角0°～360°。 测量精度：顶角±0.2°，方位角±0.5°。 相对来讲，这种代器测试精度高。

钻孔测斜仪器种类较多，可根据工程实际需要选用。 五、钻孔偏斜率的计算

钻孔为铅直孔的连续分段测斜成果，见图7.1-3。孔料的计算方法，见表7.1-2。 经过孔斜测量，得出各段的l、θ和α后，即可计算钻子L的偏斜率和其他数据。钻孔偏距：

dLsinsinLsincos22 (7.2)

图7-3 钻孔偏斜的水平投影与立面投影示意图

l1、l2、l3—各侧斜段的钻孔长度；θ1、θ2、θ3—各测斜段钻孔的偏斜角；

α1、α2、α3—各测斜段钻孔水平投影的方位角；d—钻孔孔底偏距；L—钻孔的立面投影长度

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表7-2 孔 斜 计 算 表

测斜段长 测斜段号 l 1 2 3 n 合计 l1 l2 l3 ln 测斜段的倾斜角 方位角 α α1 α2 α3 αn

测 斜 段 的 水 平 投 影 东西向（即X向）偏距 南北向（即Y向）偏距 lsinθsinα l1sinθ1sinα1 l2sinθ2sinα2 l3sinθ3sinα3 lnsinθnsinαn Σlsinθsinα lsinθcosα l1sinθ1cosα1 l2sinθ2cosα2 l3sinθ3cosα3 lnsinθncosαn Σlsinθcosα θ θ1 θ2 θ3 θn 钻孔立面投影长度：

L=Σl cosθ （7.3）

钻孔偏斜的方位角：

α=arctg

Σlsinθsinα Σlsinθcosα

(7.4)

钻孔偏斜率：

√（Σlsinθsinα）2+（Σlsinθcosα）2

δ= （7.5）

Σlcosθ

钻孔的偏斜角： √（Σlsinθsinα）2+（Σlsinθcosα）2

θ=arctg （7.6）

Σl cosθ

举例：某孔设计为直孔，孔深30m，自上而下每钻深5m测斜一次，共测六段，各段的倾斜角分别为0°30′、0°40′、0°50′、1°15′、1°35′、1°45′；各段的水平投影方位角分别为20°、40°、25°、15°、5°、10°，求该孔的偏斜率、偏距、偏斜角和方位角。

解：已知

l1= l2=l3=l4=l5=l6=5m；

θ1=0°30′,θ2=0°40′,θ3=0°50′,θ4=1°15′,θ5=1°35′,θ6=1°45′； α1=20°,α2=40°,α3=25°,α4=15°,α5=5°,α6=10°。 由三角函数表查得

sinθ1=sin0°30′=0.0087,sinθ2=sin0°40′=0.0116, sinθ3=sin0°50′=0.0145, sinθ4=sin1°15′=0.0218, sinθ5=sin1°35′=0.0276,sinθ6=sin1°45′=0.0305;

sinα1=sin20°=0.3420,sinα2=sin40°=0.28,sinα3=sin25°=0.4226, sinα4=sin15°=0.2588,sinα5=5°=0.0872,sinα6=sin10°=0.1736;

cosθ1=cos0°30′=1,cosθ2=cos0°40′=0.9999,cosθ3=cos0°50′=0.9999, cosθ4=cos1°15′=0.9998,cosθ5=cos1°35′=0.9996, cosθ6=cos1°45′=0.9995;

cosα1=cos20°=0.9397，cosα2=cos40°=0.7660，cosα3=cos25°=0.9063， cosα4=cos15°=0.9659，cosα5=cos5°=0.9962，cosα6=cos10°=0.9848。 求定：钻孔偏距、偏斜率、偏斜角和方位角。

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第1测斜段：

东西向偏距 L1sinθ1sinα1=5×0.0087×0.3420=0.0157m 南北向偏距 L1sinθ1cosα1=5×0.0087×0.9397=0.041m 第2测斜段：

东西向偏距 L2sinθ2sinα2=5×0.0116×0.28=0.037m 南北向偏距 L2sinθ2cosα2=5×0.0116×0.7660=0.044m 第3测斜段：

东西向偏距 L3sinθ3sinα3=5×0.0145×0.4226=0.031m 南北向偏距 L3sinθ3cosα3=5×0.0145×0.9063=0.066m 第4测斜段：

东西向偏距 L4sinθ4sinα4=5×0.0218×0.2588=0.028m 南北向偏距 L4sinθ4cosα4=5×0.0218×0.9659=0.105m 第5测斜段：

东西向偏距 L5sinθ5sinα5=5×0.0276×0.0872=0.012m 南北向偏距 L5sinθ5cosα5=5×0.0276×0.9962=0.137m 第6测斜段：

东西向偏距 L6sinθ6sinα6=5×0.0305×0.1736=0.026m 南北向偏距 L6sinθ6cosα6=5×0.0305×0.9848=0.150m 钻孔立面投影长

L=Σlcosθ= l1cosθ1+ l2cosθ2+ l3cosθ3+ l4cosθ4+ l5cosθ5+ l6cosθ6

=5×1+5×0.9999+5×0.9999+5×0.9998+5×0.99996+5×0.9995 =29.99m

钻孔东西向偏距

Σlsinθsinα=0.0149+0.0373+0.0308+0.0284+0.012+0.0265=0.150m 钻孔南北向偏距

Σlsinθcosα=0.0408+0.0444+0.066+0.106+0.137+0.151=0.545m 钻孔偏距

22 22

d=√（Σlsinθsinα）+（Σlsinθcosα）=√（0.1499）+（0.5452） =0.558m 钻孔偏斜率

d 0.558

δ= = =1.86% L 29.99 钻孔偏斜角

θ=arctg =arctg =arctg(0.0186)= 1°02′

钻孔方位角

d L 0.558 29.99

0.1499 Σlsinθsinα

α=arctg = arctg =arctg(0.275)= 15°24′

Σlsinθcosα 0.5452

每个灌浆孔(包括检查孔)测斜的计算完成后，将计算成果填制成钻孔测斜成果表,格式及示例见表7-3,作为钻孔测斜的基本资料。任何一个坝段的帷幕灌浆孔测斜后，应根据各孔的测斜成果表，填制该坝段帷幕灌浆孔测斜成果表，格式及示例见表7-4，并绘制成帷幕

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灌浆孔测斜成果图（见图7-4）。图7-4中所示的各灌浆孔的水平投影是用一直线段表示的，这仅属简单的示意。实际上，在深孔并且多段测斜的情况下，整个灌浆孔的水平投影，则往往是由一系列长度不等，方位角不同的线段所组成，如图7-3中的（a）所示。

表7-3 钻 孔 测 斜 成 果 表

孔号 孔位 孔口高程 设计孔向：铅直孔

各 段 测 斜 成 果 段 号 段 位 顶 底 段 测点长 位置 观测值 偏斜角 方位角 偏距(m) 东西向 南北向 垂直投影孔深 (m) 全 孔 测 斜 成 果 偏距 (m) 偏斜率 （%） 偏 斜 角 方位角 （m） (m) (m) (m) 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25 30 5 5 5 5 5 5 3.5 0°30′ 20° 0.0149 0.0408 7.5 0°40′ 40° 0.0373 0.0444 12.5 0°50′ 25° 0.0308 0.066 17.5 1°15′ 15° 0.0284 0.106 22.5 1°35′ 5° 0.012 0.137 27.5 1°45′ 10° 0.0265 0.151 29.99 0.558 1.86 1°02′ 15°24′

表7-4 帷幕灌浆孔测斜成果示例表 地区 坝段号 孔号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 钻孔深度 （m） 30 30 30 30 30 30 钻孔垂直投影深度 （m） 29．99 29．97 29．92 29．84 29．99 29．90 偏距 （m） 0.558 0.61 0.73 1.05 0.525 0.78 偏斜率 （%） 1.86 2.03 2.44 3.49 1.75 2.6 偏斜角 1°02′ 0°10′ 1°24′ 2°00′ 1°00′ 1°30′ 方位角 15°24′ 7°30′ 91°00′ 29°00′ 309°00′ 121°00′

图7-4帷幕灌浆孔测斜成果示例图（钻孔的平面投影）

六、保证孔向的主要措施

欲保证钻孔方向，在钻孔工作中应做好以下几项工作：

(1)孔口段的孔向要正确，这是保证全孔能按设计孔向钻进的关键，故孔口段或安设的孔口管必须符合设计孔向的要求，可通过测斜来验证。对孔斜精度要求高的钻孔，一般均采

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取装设孔口管的措施。

(2)钻机立轴方向要正确，机座要稳固，如因需要，钻机需往返移动时，应采取能正确对准原孔位和孔向的可靠措施。

(3)钻进时，使用长的钻具。钻铅直孔，必要时，还可使用钻铤。 (4)变孔径时，采用导向设施。

(5)在岩石比较完整、孔内很少掉块的情况下，可在每一根或每两根钻杜间加用“导向箍”。

(6)在钻进工艺操作上，要正确地控制压九适量地给水，钻具超过一定重量时，还需考虑减压措施。

七、钻孔工作中应注意的事项

(1)按照设计规定定好孔位，孔位的偏差一般不宜大于10cm。当遇到难于依照设计要求布置孔位阶情况时，应及时与设计部门或有关部门联系，若允许变更孔位时，则应依照新的通知，重新布测孔位。在钻孔原始记录中一定要注明新钻孔的桩号和位置，以便分析查用。

(2)在钻孔工作进行中，要严格按照规定的孔向钻进，并采取一切措施保证钻孔方向正确。

( 3)孔径力求均匀，不要忽大忽小， 以免灌浆或压水时灌浆塞堵塞不严，漏水返浆，造成施工困难。

(4)在各钻孔中，均要计算岩芯采取率。第Ⅱ、Ⅲ次序孔和检查孔中，要注意采取岩芯，并观察岩芯裂隙中有无水泥结石、其填充和胶结的情况如何，以便逐序反映灌浆质量和效果。

(5)检查孔的岩芯可暂于保留。保留时间长短，由设计单位确定，一般讲，时间不宜过长。灌浆孔的岩芯，在描述，即可进行处理，是否要有选择性的保留，应在灌浆技术要求文件中加以说明。

(6)凡未灌完的孔，在不工作时，一定要把孔口盖住，并保护好，以免掉入物件。 (7)应准确、详细、清楚地记好钻孔记录。

第二节 冲 洗

为了提高灌浆质量，取得良好的灌浆效果，在灌桨前必须清除钻孔中残积的岩粉，清除裂隙或空洞中所充填的粘土杂质等物。一般常用的方法就是钻孔冲洗和裂隙冲洗。

一、钻孔冲洗

钻孔冲洗的目的是将残存在孔底和粘附在孔壁处的岩粉、碎屑等杂质冲出孔外，以免堵塞裂隙的进口，影响液浆灌入。

钻孔钻到预定的段深并取出岩芯后，将钻具下入至孔底，用大流量水进行冲洗，直到回水变情，孔内残存杂质沉积厚度不超过10～20cm时，结束冲洗。

二、裂隙冲洗

裂隙冲洗的目的是用压力水将岩石裂隙或空洞中所充填的松软的、风化的泥质充填物冲出孔外，或是将充填物推移到需要灌浆处理的范围以外，这样将裂隙冲洗干净后，利于浆液流进并与裂隙接触面胶结坚固，起到防渗和固结作用。使用压力水进行裂隙冲洗时，在钻孔内需要下入灌浆塞。裂隙冲洗种类，可分单孔冲洗和群孔冲洗两种。

1．单孔冲洗

单孔冲洗仅能冲净钻孔本身和钻孔周围较小范围内裂隙中的填充物，因此，这种冲洗方法适用于较完整的、裂隙发育程度较轻的、充填的泥质俏况不严重的岩层。单孔冲洗有三种方法。

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(1)高压冲洗 冲洗时，尽可能地升高压力，使整个冲沈过程在大的压力下进行，以便将裂隙中的充填物向远处推移或压实。在冲洗过程中，要注意控制压力，防止岩层抬动变形。

在地质条件比较好、岩石也较完整的情况下，常采用高压冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80％，借用压力水进行冲洗，直至返出的水洁净，延续10～20min为止。

如果因为渗漏量大，升不起压力，那就尽水泵的能力往孔内压水，增大流量，加快流速，增强水流冲刷充填物的能力，使之能携带充填物走得远些，这样对增进冲洗裂隙的效果是有利的。

如某工程，基岩裂隙发育，其中充填细粘土，在灌浆处理前，曾做了冲洗试验。冲洗的结果，见图7-5，压力从低压开始，逐级升压，每级升压0.2MPa。在两种不同深度的岩石中，分别升压到1.6～1.7MPa和2.5～2.6MPa。此时流量最大，而后压力逐渐下降至初始压力。下降过程中，在同一级压力下，其流量却较原先升压阶段时大得多。图7-5中A点、B点处的流量较前增大很多，表示裂隙中充填细粘土己被冲动。试验结果表明，裂隙中泥质充填物的冲洗范围不仅1～2m，而是更远，特别是在具有大裂隙的地带，泥质充填物会沿裂隙冲散得很远，有时达几十米，采用这个方法冲洗后，灌浆效果较好。

（2)高压脉动冲洗 高压脉动冲洗，就是用高低压反复冲洗。操作方法是：首先用高压冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80％，连续冲洗5～10min后，将孔口压力在极短时间内突然降到零，形成反向脉冲流，将裂隙中的泥质碎屑带出，回水多呈浑浊色。当回水由浑变清后，再升高到原来的冲洗压力，持续几分钟后，再次突然下降到零。如此一升一降，一压一放，反复冲洗，直至回水洁净后，再延续10～20min为止。使用这种方法冲洗，压力差值愈大，冲洗效果愈好。新安江、富春江和湖南镇等大坝基础帐幕灌浆孔曾广泛采用此法冲洗；青铜峡大坝基础灌浆孔也曾采用这种方法冲洗，都取得了比较好的效果。

(3)扬水冲洗 在地下水位较高，地下水补给条件良好的钻孔中适用扬水冲洗。操作方法是：将管子下到孔底，上端接风管，通入压缩空气，使孔内的水与空气混合，由于气水混合体的比重轻，孔侧地下水压力的作用以及压缩空气的释压膨胀与返流作用，将孔内水向上喷射出孔外，孔内的泥质碎屑也就随水喷出孔外。连续地通气喷水，钻孔周围裂隙中的泥质便不断地随水流到孔内，而后又被喷射出来，这样地反复连续冲洗，效果良好。青铜峡大坝帷幕灌浆有些孔曾采用过这种方法冲洗，效果尚好。必要时，可以向孔内加水，造成孔内水位增高的条件，淹没系数大，扬水效率高，增进扬水冲洗效果。

2．群孔冲洗

(1)冲洗方法 群孔冲洗是把两个或两个抽上的孔组成一个孔组，进行冲洗。它的作用是把本组内各钻孔间岩石裂隙中的充填物经冲洗而清除出孔外。由于把裂隙中的填充物冲走和排除了裂隙进口的堵塞，这样便给灌浆处理的岩石提供了可灌的条件，如图7-6所示。为了消除A、B两孔之间裂隙中的填充物，可先向A孔压水，经过冲洗，使裂由填充的从B孔冲出(如图中的虚线所示)；然后，再向B孔压水，经过冲洗，使裂隙填充物从A孔冲出。这样反复多次进行冲洗，将两孔间隙中的填充物冲洗，再行灌浆，以保证灌效果。

群孔冲洗，主要是使用风和压力水。冲洗时，轮换地向某一个孔或几个孔压入风或压入水或是风水联合压入。使由另一个孔或几个孔出水，这样的反复交替冲洗，直到各孔喷出的

9

水都已是清水后停止。

要将裂隙冲洗干净，冲洗压力要高，水量要大。因为压力高才易于冲通裂隙；水量大，裂隙中的流速才大，这才有可能冲掉泥质，并将其携带出来。如果裂隙虽然已经冲通，但是流速很小，就难起到显著的冲洗效果。

冲洗段应划分短些，如果冲洗段过长，则段内所遇到的裂隙数目增多，一旦冲通一条或少数裂隙，冲洗水就会比较容易地地直沿着这些初姑冲通的裂隙流动，而其他大多数裂隙就很有可能受不到有效的冲洗。

为了增进冲洗效果，可在冲洗液中加入一些化学剂，如碳酸钠(Na2CO3)、苛性钠(NaOH)、碳酸氢钠等(国外有的坝采用过六偏磷酸钠的)，以促进泥质充填物的溶解，有助于迅速冲洗。加入化学剂的品种及共用量，府根据试验而定。

(2)冲洗孔组的划分 在需要群孔冲洗的部位上进行帷幕灌浆时，为了既能满足群孔冲洗的要求，又需符合逐渐加密的灌浆原则，冲洗孔组的划分可根据帷幕组成的布孔情况及地质条件选定。原则上，凡是裂隙能串通的孔就可构成划分群孔冲洗的单元。下面介绍一些关于冲洗孔划分的方法，可供参考。

1)单排孔帷幕孔组的划分，可分两种情况：

第一种情况如图7-7所示，在帷幕线上，每两个相邻的第一次序孔组成一个冲洗孔组，冲洗工作完成后，进行灌浆。裂隙经冲已经串通的，两个孔段同时灌浆；不串通的，则各自单独灌浆。然后钻本组的第一次序孔，做为检查该孔经单孔冲洗后即可灌浆。从大的分组的次序上来看，先是进行第Ⅰ次序孔组的各项工作，而后进行第Ⅱ次序孔组的各项工作。

第二种情况如7-8所示，以相邻的三个孔为分组单元，每一单元进行群孔冲洗，冲洗是按孔组单元的次序进行的。第I次序冲洗孔组内的钻孔经过群孔冲洗并灌浆后，再开始第Ⅱ次序冲洗孔组的各项工作。以下依此类推，继续进行。

2)双排帷幕孔组的划分：如图7-9所示，三个第一次序孔组成一个三角形，作为冲

洗孔组。三孔之间互相轮换反复冲洗，

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冲洗后，如果裂隙冲开串通，则三个孔段同时灌浆，即群孔灌浆，最好用三个泵同时灌注，如果互不串通，则可单独灌浆。三个第一次序孔组成的冲洗孔又分为两个次序，如图7-9（b）所示。当第一次序冲洗孔组灌浆完毕后，再开始第二次序冲洗孔组的各项工作。当第一次序孔灌完后，再钻第二次序孔。第三次序孔中，有一部分是位于冲洗孔组之内，如图申的联单1、4、7、10号孔，这样的孔进行单孔冲洗后，可单独灌浆，另一部分是位于冲洗孔组之间的孔，如图中的2、3、5、6、8、9号孔，可按2—6、3—8、5—9的孔组划分，进行孔组冲洗和灌浆。

图7.2-5 双排孔帷幕中冲洗孔组的划分

Ⅰ、Ⅱ—第Ⅰ、Ⅱ次序中冲洗孔组

○—双排孔帷幕中的第一次序孔；●—双排孔帷幕中的第二次序孔

3)三排孔帐幕孔组的划分：如图7-10所示，冲洗孔组由边排的四个孔组成，冲洗和灌浆后，将冲洗孔组内的边徘孔如图中的1、2、3、4、5、6、7、8号孔可按1—5、2—6、3—7、4—8孔组划分进行冲洗和灌浆，或是各个钻孔单独进行钻进和灌浆。待边排孔灌完后，整个中间排上的孔按逐渐加密法进行钻孔和灌浆。依冲洗孔组论，可按两个次序进行工作，如图7-10(b)所示。

岩石裂隙、省石层理或岩石破碎带中夹有较多的粘土、泥质等充填物时，应如何进行处理，这是至今尚未得到解决的问题。从目前情况来看，处理的方法主要还是采用群孔冲

11

洗。另外，有的人认为，在这种地质条件下，可以采用单孔冲洗和高压灌浆的方法处理。帷幕中各个灌浆孔经高压冲洗后，将岩石裂隙中充填的粘土、泥质等充填物有些冲出孔外，有些压送到帷幕范围以外，而后使用高压力进行灌浆，将帷幕范围内岩石裂隙中残

留的充填物挤密压实，使其将来在长期的高水头作用下，不流失，不管涌，具有一定的稳定性，这样灌浆帷幕仍能满足设计要求。当然，这是一项新课题，需要通过多次的实战、认识、再实践的过程才可能得到妥善的解决。

（3）群孔冲洗施工中存在的问题

①群孔冲洗的方法和效果问题 目前群孔冲洗仍多是采用风和压力水，必要时再加入某些化学剂。经多次实践表明，采用这种冲洗方法，仅能冲洗出裂隙泥的一部分，并不能全部冲出，因为只要有少数的裂隙通路被水冲开后，大部分水量由此冲出，其他地区水力减弱，不能冲净。所以，在什么地质条件下，应采取什么方法冲洗，尚难明确规定。

②群孔冲洗施工的安排问题 钻孔浅，各孔又采用一次灌浆法时，这项工作尚好安排。如果钻孔深，各孔又是采用分段灌浆法时，需要机械数量多，施工时间又长，则钻孔、冲洗、灌浆三个工序在施工上便不易安排。

③群孔冲洗后的群孔灌浆问题 群孔冲洗的目的，就是希望孔与孔之间能够串通，通过冲洗将裂隙中的填充冲洗净。凡是经冲洗已串通的孔，宜采用群孔灌浆法，最好是一个泵灌一个孔，同时进行，这样才易于保证灌浆质量。但在实际灌浆中，各孔灌浆压力不好控制，灌浆施工比较困难。

④群孔冲洗和灌浆次序问题 群孔冲洗和灌浆易于打乱“逐渐加密”的灌浆施工原则，有时可能影响帷幕灌浆质量，前面已简单地叙述了单排孔、双排孔和三排孔冲洗孔组的划分及灌浆次序的情况，这仅是对施工提出的要求，实际在施工时冲洗的情况将是多种多样的，有的孔相互串通，也有的孔各不相通，灌浆情况也是复众多变的，常常会造成与灌浆施工“逐渐加密”的原则相矛盾的局面。因此，灌浆资料有时难于分析，灌浆质量也不易保证。

综上所述，可以看出，在一般地质条件下，帷幕灌浆多数仅采用单孔冲洗方法，只有在复杂地质条件下，对少数或个别地段，为了特殊目的才采用群孔冲洗的方法。

对于冲洗这一工序，特别是对于群孔冲洗，还应通过试验、研究和实践，认真总结，引出规律，从而定出有效而又经济的技术措施。

第三节 压水试验

一、岩石的渗透性

（一）岩石渗透性表示的方法 岩石渗透性表示方法一般有两种：

1.以单位吸水量ω或透水率q表示，采用压水试验方法求得。

（1）单位吸水量ω定义。在1m水头压力下，钻孔中长度1m岩石内每分钟注入的水量，单位为L/(min.m.m),原苏联经常采用。我国建国初期直至20世纪80年代经常采用。

（2）透水率q。国际上压水试验成果，常以吕荣（Lu）表示，起源于法国。1933年法国地质学永吕荣（Lugeon）建议：在岩石中作压水试验，以5m长度为一段，压水压力1MPa,1m段长，1min压入水量为1L/min特称为1lu。欧洲、美洲国家经常采用。20世纪80年代为与国际接轨，压水试验采用同一标准，便于相互类比，我国有些工程岩石透水性开始采用lu值。1994年制定的《水混灌浆施工技术规范》SL62-94中明确规定压水试验成果以透水率q表示，并说明了计算的方法。

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（3）单位吸水量ω和透水率q间的关系。两者成果均经钻孔内压水试验求得，主要不同之点在于压水压力的选用。通过对压水压力的简易换算，概略地讲，透水率q为1Lu略等于单位吸水量ω为0.01L/min.m.m。

2.以渗透系数K值表示，河床复盖层与碎石地中的渗透性均以渗透系数K表示，采用抽水方法计算求得，常用单位为m/d或cm/s。在岩石中有时也用渗透系数K表示其渗透性。严格地讲，不是很合适的。

(二)渗透系数K与单位吸水量ω（或透水率q）间的关系。 严格地讲，渗透系数K与单位吸水量ω间并无固定关系。但有时为考虑问题或设计计算方便起见，通过实践大致有以下几种认识：

（1）K=（1.5～2）×ω（K的单位为m/d,ω的单位为L/min.m.m）

例如：某大坝基岩透水性，单位吸水量ω平均值为0.08L/min.m.m,试求其相应的渗透系数K。

-4

若采用K=2ω时，则K=2×0.08=0.16(m/d)=1.85×10cm/s。

-4

采用K=1.5ω时，则K=1.5×0.08=0.12(m/d)=1.39×10cm/s。

-5

（2）国外资料认为 1Lu=1.3×10cm/s。

（3）国外有些学者和单位给出了渗透系数K与吕荣值的相关关系图，见图7-11。由图

-7-5-5-3

中可以看出：当K=10m/s(即10cm/s)时，吕荣值大约为1～3；当K=10m/s(即10cm/s)时，各曲线的吕荣值均大于30。

图7-11渗透系数K与吕荣值Lu的相对关系图

1—李斯乐（Rissler）作的曲线，各向同性岩性；2—李斯乐作的曲线，严重的各向异性的岩；

3—美国垦务局作的曲线；4—海飞尔（Heitfeld）作的曲线

（4）我国《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规程》条文说明中初步认为：若防

-6-5

渗标准要求K=i×10cm/s时，则q值可取q＜1Lu；K=i×10cm/s时，q值可取1～5 Lu；

-4

K=i×10cm/s时，q值可取5～20Lu。

（三）岩体渗透性分级

根据坝基岩体的透水率和渗透系数可确定岩体的渗透性，见表7-5.

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表7-5 岩 体 渗 透 性 分 级 渗透性 等 级 极微透水 微透水 弱透水 中等透水 强透水 极强透水 渗透系数K (em/s) K＜10 10≤K＜10 10≤K＜10 10≤K＜10 10≤K＜1 K＞1 -2-4-2-5-4-6-5-6标准 透水率q （Lu） q＜0.1 0.1≤q＜1 1≤q＜10 10≤q＜100 q≥100 岩体特性 完整岩石，含等价开度小于0.025裂隙的岩体 含等价开度0.025～0.05m.m裂隙的岩体 含等价开度0.05～0.10m.m裂隙的岩体 含等价开度0.10～0.50m.m裂隙的岩体 含等价开度0.50～2.50m.m裂隙的岩体 含连通孔洞或等价开度大于2.50m.mg裂隙的岩体 m.m注：本表摘自YGB.50287-99附录3。《水利水电工程地质勘察规范》

二、压水试验的作法及其成果的计算与表示的单位

这里介绍四种水法，目前园内大坝基岩灌浆压水试验依照第二种和第三种计算透水率q的方法进行。

（一）计算单位吸水量ω。20世纪80年代及其以前均采用ω表示岩石的渗透性。 1． 压水试验的阶段，采用单点法或三点法。

2． 压水压力的选用。单点法压水压力根据工程的具体情况和压水试验目的选定，有 的工程选用0.3Mpa。三点法多采用较低的压水压力，例如：静水头5m、10m、15m；泵压压力0.1 MPa 、0.2 MPa、 0.3 MPa等。

3． 单点法压水试验成果值的计算：

Q 单位吸水量ω= （7.3-2）

HL

式中 Q——每分钟压入试验段的（L/min）；

H——总的压水压力，以水头计（m）*； L——压水试验段的长度（m）。 4． 三点法压水试验成果值的计算

（1）首先判断压水试验做的是否正确，判断的方法有两种：

①普通座标法。将三个压力点及其相应的三个注入水量值，点绘在普通座标纸上，绘制成压力—注入量曲线图，见图7-12。

正确的图形应为通过座标原点的直线或通过座标原点弯向压力H的抛物线或类似抛物线的图形，如图7-12中的直线1和曲线2、曲线3。

凡是不通过座标原点的任何线形或是不符合图7-12中所示1、2、3三种线形的，都表示压水试验做的不正确，应返工重做。如图7-12中的曲线4。

②双对数座标法。将三个压力点及其相应的三个注入水量值点绘在双对数座标纸上，绘制成压力—注入量曲线图，见图7-13。

* 按法定计量单位要求，压力单位应该采用Pa或N/m2，考虑到过去的习惯用法，本书中凡用水柱高度表示的压力，其单位仍以m（即米）计，下同。

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图7-12 普通座标判别线示意图 1、2、3—正确的图形；4—错误的图形

图7-13 双对数座标判别线示意图

正确的图形应满足下列两个条件：①三点相连应为一条直线；②此条直线与水平线的交角θ应满足26°30′≤θ≤45°。

（2）单位吸水量ω值按下述程序计算

① 在普通座标纸上，压力～流量关系线基本上是一条直线时：

Q1＋Q2＋Q3

ω = L（H1＋H2＋H3）

②在普通座标纸上，压力～流量关系线是类似抛物线的曲线形式时：先求m1、m2、和m3

值，而后计算出m值。

lgH2－lgH1 m1= lgQ2－lgQ1

lgH3－lgH2 m2= lgQ3－lgQ2

15

m3=

lgH3－lgH1 lgQ3－lgQ1 1 m= (m1＋m2＋m3)

3 应注意的是，m值应符合1≤m≤2的条件，若符合时，则可依下式计算出单位吸水量ω值。

1

(lgQ1＋lgQ2＋lgQ 3) － (lgH1＋lgH2＋lgH3)

3

1gq= 3

q

ω= L

以上式中：

H1、H2、H3——各阶段所用的压力值，以水柱高度表示（m）； Q1、Q2、Q3——各阶段压力下相应的注入水量（L/min）； L——试验段长度（m）； m——计算用的系数；

q——试验段内的注入水量（L/min）。

[举例] 已知压水试验中所用的压力及其相应的注入水量分别为：H1=10m，Q1=10L/min；H2=40,Q2=25；H3=80,Q3=40。试验段长度为5m，求单位吸水量ω值。

①判断试验的正误。

将三个点点绘在普通座标纸上，连成一曲线，如图7-12中之曲线3，它是一条通过座标原点弯向压力H轴的抛物线，说明试验正确。或是将三个点点绘在双对数座标纸上，如图7-13中所示，三个点相连成一直线，且θ=33°45′，符合26°30′≤θ≤45°的条件，表明试验正确。

②算数法计算

lgH2-lgH1 lg40-lg10 1. 6021-1 0.6021

m1= = = = =1.5。

lgQ2-lgQ1 lg25-lg10 1.3979-1 0.3979

依照同法计算，求出m2=1.5, m3=1.5。

1

m= （m1+m2+m3）=1.5。

3

1

（1+1.3979+1.6021）- （1+1.6021+1.9031）

1.5

lgq= =0.333 3

q=2.15（L/min.m）

2.15

ω= = 0.43(L/min.m.m) 5

16

（二）计算透水率q。

我国1990年以后岩石渗透性改用透水率q，其单位为Lu。 1.压水试验的阶段。分为一级压力的单点法和三级压力五个阶段的五点法。灌浆施工多采用单点法，先导孔和质量检查孔可采用五点法。

2.压入流量的稳定标准.在稳定的压力下每3min～5min测读一次压入流量,连续四次读数中最大值与最小值差小于最终值的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。

3．压水试验成果的表示。压水试验的成果以透水率q表示，单位为吕荣（Lu）。在1Mpa压力下，每米试段长度每分钟注入水量为1L时，q=1Lu。

4．单点法压水试验的成果的计算方法。 单点法压水试验的成果按式（7.3-6）计算：

Q

q=

PL

式中：q——试段透水率，Lu;

Q——压入流量，L/min；

P——作用于试段内的全压力，MPa； L——试段长度，m.

5.五点法压水试验成果计算和表示的方法。

(1)以压水试验三级压力中的最大压力值（P）及相应的压入流量（Q）代入公式（7.3-6）中求算透水率q。

(2)根据五个阶段的压水试验资料绘制P—Q曲线，并参照表7-6确定P—Q曲线类型。 （3）五点法压水试验的成果用透水率和P—Q曲线的类型表示。例如，2.3(A)、8.5(D)等，2.3和8.5为试段的透水率（Lu）；（A）和（D）表示该试段P—Q曲线A（层流）型和D（冲蚀）型。

6.压水试验压力的选用 根据灌浆工程类别、钻孔类型、地质条件和工程需要等参考表7-7，选用适当的压力。但检查孔各孔段压水试验的压力应不小于灌浆施工时该孔段灌浆压力的80%。

7．压水试验全压力的组成和计算。

（1）压力表安设在孔口处的进水管道上（图7-14）,按式(7.3～7)计算压水试验压力。压力表安设在孔口处的回水管上（图7-15）,按式(7.3～8)计算压水试验压力。

表7-6 五点法压水试验的P—Q曲线类型及特点表

类型名称 A（层流）型 B（紊流）型 C（扩张）型 D（冲蚀）型 E（充填）型 P~Q曲线 升压曲线为通过原点的直线，曲线特点 降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈顺时针环状 升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈逆时针环状

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表7-7 压水试验压力值选用表 灌桨工程类别 钻孔 类型 坝高 m — 先导孔 帷幕 灌桨 灌桨压力MPa ≥1 单点法 1（Mpa） 压水试验压力 五点法 0.3,0.6,1.0,0.6,0.3 （Mpa） 0.1,0.2,0.3,0.2,0.1, （Mpa） — Ho、H为坝前水头,以正常蓄水位为准,分别从河床基岩面和帷幕所在部位基岩面高程算起; 1.5H大于2Mpa时，采用2Mpa 灌桨压力大于3Mpa时，压水试 ≤1 灌桨压力的80% — 验压力由设计按地质条件和工程需要确定 备注 — — <70 <1 <0.3 — — — 1~3 0.3（Mpa） 灌桨压力 H0或1.5H0(m) 1(Mpa) 1(Mpa)或1.5H(m) 1(Mpa) 检查孔 70~100 >100 单点法试验压力的0.3,0.6,1.0,0.6,0.3倍 坝基及隧洞固结灌桨 灌桨孔和检查孔 S=S1+S2-Sf S=S1+S2-Sf′

式中：S——作用于段内的全压力，MPa；

S1——压力表指示压力，MPa；

S2——压力表中心至压力起算零线的水柱压力，Mpa； Sf、Sf′——压力损失，MPa，一般情况下忽略不计。

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（2）压力起算零线的确定。

当地下水位在试段以上时，压力起算零线为地下水位线。

当地下水位在试段以下时，压力起算零线为通过试段中点的水平线。

当地下水位在试段以内时，压力起算零线为通过地下水位以上的试段的中点的水平线，见图7-16。 图中x=(L-l)/2,S=H+x。

8．地下水位的观测和确定。

一个单元工程内的灌浆工程开始前，可利用先导孔测定地下水位。稳定标准为每5min测读一次孔内水位，当连续两次测得水位下降速度均小于5cm/min，以最后的观 测值作为本单元工程的地下水位值。

孔口有涌水时应测定涌水压力。 （三）简易压水

1900年以前多以单位水量的ω表示，以后则改为以透水率q表示。

本书于1976年第一版中即提出“简易压水”一词，其主要目的是将其与“压水试验”区分开。“简易压水”实施方法原则上可依照灌浆工程具体情况由设计单位自行制定，而不受压水试验规程中各项规定的约束，故仅称其为“简易压水”而不用“简易压水试验”一词。

“简易压水”采用单点法，压水压力可为该段灌浆压力的80%，但不大于1Mpa。无严格。压水时间短，可为10～20min。流量不求稳定，采用最后值也可采用平均计算透水率q。为节省时间。“简易压水”也可结合孔段裂隙冲洗进行，利用冲洗记录，计算透水率q。

例如：某工程帷幕灌浆孔孔是8-5-3第3段段长5m，简易压水20min,压力0.8Mpa，每5min记录注入水量一次，四次记录分别为8.1、7.2、6.6、6.4L/min，求其透水率q。

利用本节公式（7.3-6）

6.4

q= =1.6Lu 0.8×5

(四)升降程多点压水试验方法 国内较少采用

压水试验先采用升程压水，将压力逐级升高，而后再降程压水，将压力逐渐降低，得出各种形式的压力（P）～流量（Q）的关系曲线图，如前表7.3-3中所示。

日本制定的“压水试验指南”中曾规定升程压力为5个阶段，降程压力采用4个阶段。 澳大利亚专家霍尔斯贝（A·CHoulsby）建议用三级压力五个阶段，先升矸，后降压。第三阶段压力最大，为峰值C；第四阶段所用压力与第二阶段相同d=b=0.7c；第五阶段所用压力与第一阶段相同，e=a=0.4e。与我国目前规范中规定的压水试验采用的5点法，基本相同。

每种压力下压水10min，计算出其吕荣值。若所采用的压水压力不是1Mpa，则依直线比例关系，按照前公式（7.3-6）计算出吕荣值。

利用五点法压水试验P～Q曲线，了解压入的水在基岩裂隙中流动的状态和性质。 利用表7.3-4中建议的选取吕荣值的方法，确定吕荣值作为该段的渗透性指标标。 霍尔斯贝利用4个坝址811段的压水试验成果，进行统计分析，列于表7.3-4中的最后一项。据此分析可以看出：渗透性为1～3Lu，后流占78%；超过4 Lu后，表现多为紊流（占53%），但也会出现Ⅳ类情况（占21%）；而Ⅲ类和Ⅴ类的情况，出现较少。

三、压力损失

1. 压力损失的计算与实测。 水在管中流动必然产生能量损失，也就是磨擦压力损失。水力水电工程钻孔压水试验规程中规定：

①工作管内径一致，且内壁光滑变化不大时，管路压力损失可用下式计算：

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Lv2ps

d2g式中 PS——匀径沿程损失（MPa）；

λ——摩阻系数（λ=2×10-4～4×10-4Mpa/m）； L——匀径管长（m）； d——工作管内径（m）； V——管内流速（m/s）； g——重力加速度（9.8m/s2）。

表7-8 升降程压水试验情况分析表

各组实际情况流型 分类 五种压力a.b.c.d.e的作用下，经换算后李容值的情况 流型分析 选取李容值的方法 百分数 1.2.4或大或3Lu 于4Lu 压力为a时 b Ⅰ c d e Ⅱ 压力最高时（峰压C），李容值却最小，应为紊流 Ⅲ 压力最高时，李容值很大，降压后，用低压（即李容值双行减小。中、低压阶段（a和e,b和d）李容值大体相等，这表示为裂隙暂时被子压开、扩大，压力减小后，又行闭合复原 Ⅳ 李容值逐渐增加，降压后，李容值并不减小，这表示为试验水将缝隙中的充填物冲洗出或是岩石在水压下发生永久变形的标志，说明地层发生了变化 Ⅴ 李容值逐渐降低，可以认为裂缝和孔隙被逐渐充填 一般采用最后的李容值 6% 12% a、e）或中压（b、d）压力下的李容值 采用最大的李容值（有特殊要求时，另定 2% 21% 1% 9% 用最高压力下的李容值 13% 53% 取五个李78% 5% 均值 五个李容值基本相同，应为层流 容值的平②工作管理内径不一致时，管路压力损失应根据实测资料确定。实测方法见该规程中附录A。这里从略。

2．两个参考用的表和图

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（1）东北勘测设计研究院实测的管路压力损失资料（铅捍外径50mm，内径38mm，接头外径50mm，内径22mm）见表7-9。

表7-9 管路压力损失实测表

流量 （L/min） 25 50 75 100 每米钻捍压力损失 0.010 0.085 0.140 0.212 每付接头压力损失 0.090 0.211 0.591 1.177 25 0.61 2.97 5.86 10.01 管长（m）的压力损失 50 1.31 6.15 12.32 21.19 75 2.01 9.33 18.77 32.38 100 2.71 12.51 25.23 42.56 注：①每根钻杆长5m；②压力损失均以米水柱计。

（2）根据有关公式制成各种不同管径管路磨擦水头损失关系图，见图7-17，供参考。

3.压力损失的应用

地质勘探孔，当流量较大（例如大于50L/min）时，管路压力损失急剧增大，不计算压力损失将会导致成果产生较大误差。此外，不计压力损失还会改变P—Q曲线的图形，使出现B型（紊流）曲线的比例增大。所以当流量较大时在计算压水全压力公式中经常将其考虑在内。

灌浆施工中所做的各项压水试验和简易压水，或由于其所采用的压水压力值较大，或由于要求透水率精度不高，一般情况下，计算压水全压力时多不将其考虑在内。

四、各个阶段压水试验的作用与应用 （一） 地质勘探阶段进行的压水试验

各勘探孔中的压水试验应依照水利水电工程钻孔压水试验规程进行，其度要作用为： 1.了解岩层的渗透性，以评价岩层的透水程度，论证水工建筑物基础和库区岩层的透 水情况。

2.供为确定防渗与坝基处理措施的基本资料，如计算渗流和绘制透剖面等。

3．供为进行灌浆试验、灌浆设计时，初步选用技术参数如孔距、排距、灌浆深度等和制定灌浆施工工艺的主要参考资料。

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（二）灌浆试验阶段进的压水试验

1．选择1～2个Ⅰ序孔，自上而下分段进行钻孔、压水试验和灌浆，其他灌浆试验孔各孔段灌前仅做简易压水，其作用与灌浆施工中先导孔所做的压水试和其他灌浆孔各孔段所做的简易压水相同，见后（三）中所述。

2．有时为了检验灌浆材料和灌浆工艺是滞合宜，常常选择1～2个灌浆机，对其中若干孔段在灌完浆待凝一段时间后，重新钻开，再做一次压水试验，检查该段经灌浆后是否达到设计要求。如果没有达到要求，再次进行灌浆，再次钻开，再次检查，进至达到要求时止。如果反复三次或四次仍未达到要求，就需要研究分析其原因了。是否由于岩石裂隙微细， 水泥颗粒粗，灌不进去？是否需要换用其他浆材？灌浆工艺是否存在问题等等。针对分析出的原因自行试验，以便最后确定合用的浆材和合适的灌浆施工艺。

3．有些工程在灌浆试验的检查孔中要求进行防渗性能检查，而久性能检查和破坝性能检查三种压水试验，见前第四章第六节中所述，用以了解灌浆效果，为帷幕灌浆设计提供基本资料。

（三）帷幕灌浆施工中进行的压水试验

1．先导孔兼起勘探孔的作用，应自上而下分段进行钻孔、压水试验和灌浆，借以了解地质条件、岩层分布和在设计灌浆压力下岩层吸浆量情况。利用这些成果资料可以绘制出较为准确的帷幕线渗透剖面图，作为灌浆前基岩渗透情况的基本图件，并可据此核对该设计条件，调整设计参数和修正灌浆技术要求。

2．其他灌浆孔各孔段在灌浆前宜进行简易压水，其主要作用为：

(1)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。同时根据这些资料绘制各次序孔透水率频率曲线和频率累计曲线，借以检查帷幕灌浆效果。

(2)查看灌浆孔每一灌浆段透水率和单位注入量的大致关系，借以了解各段的灌浆情况。注意检查其有无异常现象，如透水率很大而单位注入量值却很小或是与此相反，这均表示情况异常，应及时查明原因。通过分析、研究，有助于判断地质情况和灌浆技术措施是否合理。以后，还可将各灌浆段的透水率与单位注入量值点绘在双对数坐标纸上，绘制出二者的关系线，查看其有无规律性。

(3)根据各地段岩石透水率大小和岩石完整情况，可以选定不同的灌浆方法和灌浆段长。 (4)了解各灌浆段岩石渗透性，便于预先储备好足够用的灌注材料，不致在开始灌浆后，因材料储备不足，供应不上而被迫中途停灌。

(5)根据透水率大小而选用灌浆开始时浆液的配合比。如有的大坝帷幕灌浆规定：透水率小于5Lu时，灌浆从水灰比为8：1的稀浆开始，大于5Lu时，则从5：1的稀浆开始。

3．检查孔进行压水试验，其主要作用是检查帷幕灌浆质量是否达到设计要求，如透 水率小于规定值，应认为帷幕灌浆质量合格，否则，需要外加钻孔，再行补灌。

五、压水试验成果 与水泥灌浆可灌性之间的关系

埃沃特（F.K.Eert）研究了很多灌浆工程，他认为透水率在25Lu以上的岩体，水泥灌浆可灌性良好，可以有效地降低渗流量；3～5Lu以下的，水泥灌浆对降低渗流量可能没有什么明显的效果；5～25Lu之间的，是否可灌，效果如何，尚难于完全确定。

李斯乐（Rissler）从水力计算中发现，层流多发生在大约0.10～0.15mm以下的裂隙中；在0.4mm以上较宽的裂隙中多发生紊流；中等范围宽变的裂隙（0.15～0.4mm）内，在低压下为层流，在高压下为紊流。由此得出初步的印象是在层流状态下，水泥浆不易灌入，降低渗流的效果将不会明显。

-5

库庇尔利用图7.3-1中渗透系数与吕荣值相对关系曲线，提出如下意见：当K=10m/s

-6-7

时，各曲线上的吕荣值都大于30，这时应该灌浆，无疑也是可以灌好的；K=10～10m/s

-7

时，各曲线上相关的李容值在5～20Lu，这时难二肯定是否应该藻和能否灌的；K=10m/s

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时，则与1～3Lu相当，一般是难以灌法或是或灌浆后也不能期待产生理想的效果。

国内实践经验初步认为：透水率在3或5Lu以上的，采用高标号硅酸盐水泥是可以灌注的；小于1Lu的，普通水泥浆难以灌注；1～3（或5）Lu之间的，则需看裂隙的宽度如何而定。

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第七章 基岩帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验

第一节 钻 进

一、钻孔方法

灌浆帷幕的钻孔是实现帷幕灌浆的先决条件，只有通过特设的钻孔，才能进行帷幕灌浆。 基岩中采用回转式钻机，主要有硬质合金钻进，钻粒钻进和金刚石钻进三种，可根据岩石的硬度、完整性和可钻性的情况而选用。在较软的、可钻性为6—7级以下的岩石中，多采用硬质合金钻进；在7级以上的坚硬岩石中，多采用钻粒钻进；在石质坚硬且较完整的岩石中，应尽可能地采用金刚石钻进。近期经常采用的是金刚石或硬质合金钻头钻进，而钻粒钻进方法已很少被采用了。金刚石钻进，不仅岩粉少，而且钻进效率和岩芯采用率均较高，钻孔孔间也容易得到保证。2001年制定的水泥灌浆施工技术规范中规定：帷幕灌浆孔也可采用冲击或冲击回转式钻机钻进。当采用这种方法钻进时，应加强钻孔和裂缝的冲洗。 钻孔的孔径，随着钻孔类别，钻进方法，钻孔深度和岩石情况而定。灌浆孔的孔径，一般多为59mm或75mm，在保证灌浆质量的前提下，一般宜优先选用小口径钻孔，但不得小于46mm。检查孔的孔径要稍大一些，一般可为75mm或91mm。

二、钻扎方向

帷幕灌桨钻孔的方向宜根据岩层构造、裂隙角度和施工条件而定。最有利的钻孔方向是与裂隙面或岩层面垂直，这样，同样深的钻孔可以穿过较多的裂隙或岩层面，能节省钻孔数量，灌浆效果也好。但钻斜孔施工比较困难，钻孔深度超过50m时，孔向易于“上飘”，诸多斜孔的方位角和倾角保持一致也较困难。所以，在没有特定要求，或不影响灌浆质量和不道多地增加钻孔工作量的情况下，为便于钻进和灌浆施工，帷幕钻孔宜采用铅直孔。

钻孔时，应按照设计的孔向钻进。如果设计的是铅直孔，就按铅直方向钻进；如果设计的是斜孔，就要按照规定的倾斜度和方位角钻进，并保证钻孔偏斜率不超过允许值，这样，在灌浆之后，才有可能联结成帷幕，起到防渗作用。

三、钻孔偏斜率的允许值

铅直孔的偏斜率就是孔底的偏距与铅直孔孔深之比，也就是钻孔钻完后，其水平投影之长与其立面投影之长的比值，常用百分数表示，见图7-1。

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钻孔经测斜后，测得偏斜角θ值，则d＝L1sinθ。 钻孔偏斜率的计算公式为:

d

δ= 、即δ=tgθ (7.1)

L

式中 d——实钻钻孔的水平投影长度，亦即孔底偏距，也可称偏差；

L——实钻钻孔的立面投影长度； L1——实钻钻孔的长度。

对于铅直孔偏斜率允许值的考虑，原则上要求应为：两相邻钻孔底端的最大偏距不应超过两孔孔距的50％，以保证两相邻钻孔在最不利的条件下，其底部也不会相交。按照这个要求，当钻孔愈深或孔距愈小时，则偏斜率允许值也就愈小，钻孔难度愈大，在这样条件下，也就愈需采取多种措施，更要精心地操作。

一般情况下，钻孔愈探，愈易偏斜，所以铅直孔偏斜率先许值的规定，多依钻孔深度而定。

2001年制定的水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001对于钻孔偏斜率的规定中考虑了帷幕排数因素，见表7-1。

表7-1 帷幕灌浆孔孔底允许偏差 （单位：m）

孔深 允许偏差 单排孔 二或三排孔 20 0.25 0.25 30 0.45 0.50 40 0.70 0.80 50 1.00 1.15 60 1.30 1.50 注：①深孔钻进，孔深20m以内，孔向应尽量保证铅直，偏斜率小于1%。

②孔深大于0m时，孔底最大允许偏差可根据工程实际情况确定，全孔偏斜率不宜大于2.5%。

帷幕钻孔为斜孔时，掌握钻孔方向更难，除偏斜率外，还有对方位角的要求，因此，需采取相应的有效措施，在钻进中更要细心操作，对斜孔的允许偏斜程度，DL/T5148-2001灌浆规范规定：顶角大于5°的斜孔，孔底最大允许偏差值可根据实际情况，按表7-1中的规定适当放宽，但方位角的偏差值水应大于5°。

总之，钻孔偏斜程度是个重要的问题，它直接影响帷幕质量，应引起高度重视。特别是深孔，对其偏斜率允许值的规定更要慎重，既要能保证灌浆帷幕质量，又要结合工程的实际情况与施工的具体条件，故需经多方面研究考虑后才可确定。与此同时，应该制定保证钻孔方向偏差不超出允许值的有效的专门措施，以利钻孔工作。

四、孔斜的观测 1．钻孔测斜的作用 (1)了解孔斜情况，便于及时纠正。在帐幕的钻孔过程中，应通过测斜，随时了解钻孔偏斜的情况。如果钻孔偏斜超过了允许范围，应分析其偏斜的原因，采取相应的措施，及时纠正，使以后的钻孔能依照设计的钻孔方向钻进，以保证钻孔最终偏斜率不超出允许值范围。如果钻孔初始就发生过度的倾斜且难以纠正时，可稍移孔位另开新孔，以保证帷幕质量。

(2)了解各帷幕灌浆孔实钻情况，便于分析帷幕质量。如果帷幕灌浆孔相互近似平行成排，则灌浆后比较容易相联成幕，防渗效果也好。如果各灌浆孔偏斜情况严重，且偏斜角度不同，偏斜方向亦异，灌浆后，可能呈现为不同方向的“水泥桩柱”，这样就难以保证帷幕的连续性、完整性和密实性，因而将会降低防渗效果。钻孔下部偏斜边大，钻孔间距即大，由钻孔中灌注的浆液，其有效的扩散范围未能相互搭接，有时会遗留小块未经灌到的空白区，一般通称其为“天窗”，形成漏水通路，对帷幕防渗作用不利。所以，在帷幕灌浆完成后，

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通过整理出的“帷幕灌浆孔测斜成果图”等资料，可以有助于分析帷幕质量。

(3)由各孔测斜的成果，可以比较准确地算出两个钻孔在任何高程部位相互之间的真实距离，供计算其他一些数据之用。例如，使用物标法，利用几个钻孔测定岩石不同深处处水平向弹性波速时，即需使用这个数值。孔距如有误差，即影响弹性波速计算值的准确性，两孔的间距愈短，影响愈大。

2．对钻孔测斜的要求 每个帷幕灌浆孔最好是都能自上而下分段测定孔斜，随时发现问题，及时纠正。测斜段的长度根据具体情况而定，一般多为5～10m。例如新安江、富春江、湖南镇等大坝的雄幕灌浆孔都是在钻进过程中自上而下地分段做了测斜；在陈村大坝维幕补强处理工程守还具体规定；孔深20m以上，每5m段长测斜一次；孔深20m以下，每10m段长测斜一次。

有些工程，在整个钻孔完成后，再分段进行测斜，这样得出的测斜资料，只能供分析帷幕灌浆质量和计算不同高程处两钻孔真实间距之用，而不能起到在钻进过程中随时发现问题，及时纠偏的作用。

为了奠定能按设计孔向钻进的基础，孔口段的测斜是极为重要的；对于深孔尤应重视这一工作。如发现孔口段已偏斜，应及时纠正，否则势必严重地影响以后的钻进工作。有的钻孔为了保证孔向，特埋设较长的孔口管，因此在埋设孔口管时一定要测量准确，务必使其方向与设计的钻孔方向一致。

3．测量孔斜的方法 (1)人工测斜法

灯光目测法：把灯光光源下入孔内，利用灯光在欲测段内所居的中心位置与测线在孔 口的位置之间的关系而测定孔斜及方位角，这种 测量孔斜的方法就是灯光目测法，见图7-2。

例如欲测L深处的孔斜，用线绳系住灯光下 入孔内，调整测线在孔口的位置，使灯光保持在 该深处钻孔断面的中心位置。根据测线在孔口的 位置，就可以计算出孔斜和方位角。

C是半径为r的孔口中心，A是测线通过孔口 的位置，CA＝d表示偏距。α是实钻钻孔水平投影 的方位角。d和α可在孔口直接量出。

d

θ= arctg

L

式中 θ——偏斜角，以度表示；

δ——偏斜率，以百分数表示。

灯光日测法是一种操作方便、设备简单、测斜成果得出最快而又较准确的测斜方法，常用以校验孔口管或用于钻孔上部孔段的测斜。

灯光日测法的使用条件是：①设计的钻孔是铅直孔；②钻孔偏距不超过钻孔半径； ③测斜时，孔内须保持无水。

使用的灯光光源，可以是手电筒，也可以是不高于24V的外带护丝罩的低压电灯泡。

(2)测斜仪测斜法

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使用专用的测斜仪器下入孔内进行测斜，不论是铅直孔或是斜孔，孔内是否有地下水均能进行测斜工作。常用的测斜仪有下列几种：

1)JJX·3型井斜仪(或JJX·2型)：用于无磁性干扰、直径65mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的方位角和顶角。

方位角刻度每分格为5°。在顶角2°时，即能测量方位角。其测量误差不大于±4°在顶角大于5°时，方位角测量误差不大于±3°。

顶角测程为0°～50°，每分格为30′，其测量误差不大于±30′。

2)KXP-1型轻便测斜仪 用于直径大于46mm的非磁性钻孔内作连续多点的测量其顶角和方位角。代器利用磁针定向，采用非电量电测法通过三芯电缆在地面读数。顶角测量范围：0°～50°，测量误差≤±30′。方位角测量范围：4°～356°，测量误差≤±4°。

3)JXY·2型罗盘测斜仪，用于无磁性干扰、直径80mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的顶角和方位角。

方位角刻度每分格为2°，在顶角4°以上时，测量误差±4°。

顶角刻度每分格为2°，测程为0°～60°，测量误差范围，在0°～30°之间时，不超过±1°；在30°以上，不超过±2°。

4）JJL型阶螺测斜仪：用于地磁场强力异常及有套管的孔段，测量钻孔的顶角和方位角。全套仪器包括操纵台、稳压器、交流器、三脚架、仪器本体等五个部分。 测量范围：顶角2°～30°，方位角0°～360°。

测量精度：顶角误差±30′、方位角误差±5°。

5）DUZ型多点照像测斜仪 重约36kg，用于直径46mm以上的钻孔。 测量范围：顶角0°～120°，方位角0°～360°。 测量精度：顶角±0.2°，方位角±0.5°。 相对来讲，这种代器测试精度高。

钻孔测斜仪器种类较多，可根据工程实际需要选用。 五、钻孔偏斜率的计算

钻孔为铅直孔的连续分段测斜成果，见图7.1-3。孔料的计算方法，见表7.1-2。 经过孔斜测量，得出各段的l、θ和α后，即可计算钻子L的偏斜率和其他数据。钻孔偏距：

dLsinsinLsincos22 (7.2)

图7-3 钻孔偏斜的水平投影与立面投影示意图

l1、l2、l3—各侧斜段的钻孔长度；θ1、θ2、θ3—各测斜段钻孔的偏斜角；

α1、α2、α3—各测斜段钻孔水平投影的方位角；d—钻孔孔底偏距；L—钻孔的立面投影长度

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表7-2 孔 斜 计 算 表

测斜段长 测斜段号 l 1 2 3 n 合计 l1 l2 l3 ln 测斜段的倾斜角 方位角 α α1 α2 α3 αn

测 斜 段 的 水 平 投 影 东西向（即X向）偏距 南北向（即Y向）偏距 lsinθsinα l1sinθ1sinα1 l2sinθ2sinα2 l3sinθ3sinα3 lnsinθnsinαn Σlsinθsinα lsinθcosα l1sinθ1cosα1 l2sinθ2cosα2 l3sinθ3cosα3 lnsinθncosαn Σlsinθcosα θ θ1 θ2 θ3 θn 钻孔立面投影长度：

L=Σl cosθ （7.3）

钻孔偏斜的方位角：

α=arctg

Σlsinθsinα Σlsinθcosα

(7.4)

钻孔偏斜率：

√（Σlsinθsinα）2+（Σlsinθcosα）2

δ= （7.5）

Σlcosθ

钻孔的偏斜角： √（Σlsinθsinα）2+（Σlsinθcosα）2

θ=arctg （7.6）

Σl cosθ

举例：某孔设计为直孔，孔深30m，自上而下每钻深5m测斜一次，共测六段，各段的倾斜角分别为0°30′、0°40′、0°50′、1°15′、1°35′、1°45′；各段的水平投影方位角分别为20°、40°、25°、15°、5°、10°，求该孔的偏斜率、偏距、偏斜角和方位角。

解：已知

l1= l2=l3=l4=l5=l6=5m；

θ1=0°30′,θ2=0°40′,θ3=0°50′,θ4=1°15′,θ5=1°35′,θ6=1°45′； α1=20°,α2=40°,α3=25°,α4=15°,α5=5°,α6=10°。 由三角函数表查得

sinθ1=sin0°30′=0.0087,sinθ2=sin0°40′=0.0116, sinθ3=sin0°50′=0.0145, sinθ4=sin1°15′=0.0218, sinθ5=sin1°35′=0.0276,sinθ6=sin1°45′=0.0305;

sinα1=sin20°=0.3420,sinα2=sin40°=0.28,sinα3=sin25°=0.4226, sinα4=sin15°=0.2588,sinα5=5°=0.0872,sinα6=sin10°=0.1736;

cosθ1=cos0°30′=1,cosθ2=cos0°40′=0.9999,cosθ3=cos0°50′=0.9999, cosθ4=cos1°15′=0.9998,cosθ5=cos1°35′=0.9996, cosθ6=cos1°45′=0.9995;

cosα1=cos20°=0.9397，cosα2=cos40°=0.7660，cosα3=cos25°=0.9063， cosα4=cos15°=0.9659，cosα5=cos5°=0.9962，cosα6=cos10°=0.9848。 求定：钻孔偏距、偏斜率、偏斜角和方位角。

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第1测斜段：

东西向偏距 L1sinθ1sinα1=5×0.0087×0.3420=0.0157m 南北向偏距 L1sinθ1cosα1=5×0.0087×0.9397=0.041m 第2测斜段：

东西向偏距 L2sinθ2sinα2=5×0.0116×0.28=0.037m 南北向偏距 L2sinθ2cosα2=5×0.0116×0.7660=0.044m 第3测斜段：

东西向偏距 L3sinθ3sinα3=5×0.0145×0.4226=0.031m 南北向偏距 L3sinθ3cosα3=5×0.0145×0.9063=0.066m 第4测斜段：

东西向偏距 L4sinθ4sinα4=5×0.0218×0.2588=0.028m 南北向偏距 L4sinθ4cosα4=5×0.0218×0.9659=0.105m 第5测斜段：

东西向偏距 L5sinθ5sinα5=5×0.0276×0.0872=0.012m 南北向偏距 L5sinθ5cosα5=5×0.0276×0.9962=0.137m 第6测斜段：

东西向偏距 L6sinθ6sinα6=5×0.0305×0.1736=0.026m 南北向偏距 L6sinθ6cosα6=5×0.0305×0.9848=0.150m 钻孔立面投影长

L=Σlcosθ= l1cosθ1+ l2cosθ2+ l3cosθ3+ l4cosθ4+ l5cosθ5+ l6cosθ6

=5×1+5×0.9999+5×0.9999+5×0.9998+5×0.99996+5×0.9995 =29.99m

钻孔东西向偏距

Σlsinθsinα=0.0149+0.0373+0.0308+0.0284+0.012+0.0265=0.150m 钻孔南北向偏距

Σlsinθcosα=0.0408+0.0444+0.066+0.106+0.137+0.151=0.545m 钻孔偏距

22 22

d=√（Σlsinθsinα）+（Σlsinθcosα）=√（0.1499）+（0.5452） =0.558m 钻孔偏斜率

d 0.558

δ= = =1.86% L 29.99 钻孔偏斜角

θ=arctg =arctg =arctg(0.0186)= 1°02′

钻孔方位角

d L 0.558 29.99

0.1499 Σlsinθsinα

α=arctg = arctg =arctg(0.275)= 15°24′

Σlsinθcosα 0.5452

每个灌浆孔(包括检查孔)测斜的计算完成后，将计算成果填制成钻孔测斜成果表,格式及示例见表7-3,作为钻孔测斜的基本资料。任何一个坝段的帷幕灌浆孔测斜后，应根据各孔的测斜成果表，填制该坝段帷幕灌浆孔测斜成果表，格式及示例见表7-4，并绘制成帷幕

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灌浆孔测斜成果图（见图7-4）。图7-4中所示的各灌浆孔的水平投影是用一直线段表示的，这仅属简单的示意。实际上，在深孔并且多段测斜的情况下，整个灌浆孔的水平投影，则往往是由一系列长度不等，方位角不同的线段所组成，如图7-3中的（a）所示。

表7-3 钻 孔 测 斜 成 果 表

孔号 孔位 孔口高程 设计孔向：铅直孔

各 段 测 斜 成 果 段 号 段 位 顶 底 段 测点长 位置 观测值 偏斜角 方位角 偏距(m) 东西向 南北向 垂直投影孔深 (m) 全 孔 测 斜 成 果 偏距 (m) 偏斜率 （%） 偏 斜 角 方位角 （m） (m) (m) (m) 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25 30 5 5 5 5 5 5 3.5 0°30′ 20° 0.0149 0.0408 7.5 0°40′ 40° 0.0373 0.0444 12.5 0°50′ 25° 0.0308 0.066 17.5 1°15′ 15° 0.0284 0.106 22.5 1°35′ 5° 0.012 0.137 27.5 1°45′ 10° 0.0265 0.151 29.99 0.558 1.86 1°02′ 15°24′

表7-4 帷幕灌浆孔测斜成果示例表 地区 坝段号 孔号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 钻孔深度 （m） 30 30 30 30 30 30 钻孔垂直投影深度 （m） 29．99 29．97 29．92 29．84 29．99 29．90 偏距 （m） 0.558 0.61 0.73 1.05 0.525 0.78 偏斜率 （%） 1.86 2.03 2.44 3.49 1.75 2.6 偏斜角 1°02′ 0°10′ 1°24′ 2°00′ 1°00′ 1°30′ 方位角 15°24′ 7°30′ 91°00′ 29°00′ 309°00′ 121°00′

图7-4帷幕灌浆孔测斜成果示例图（钻孔的平面投影）

六、保证孔向的主要措施

欲保证钻孔方向，在钻孔工作中应做好以下几项工作：

(1)孔口段的孔向要正确，这是保证全孔能按设计孔向钻进的关键，故孔口段或安设的孔口管必须符合设计孔向的要求，可通过测斜来验证。对孔斜精度要求高的钻孔，一般均采

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取装设孔口管的措施。

(2)钻机立轴方向要正确，机座要稳固，如因需要，钻机需往返移动时，应采取能正确对准原孔位和孔向的可靠措施。

(3)钻进时，使用长的钻具。钻铅直孔，必要时，还可使用钻铤。 (4)变孔径时，采用导向设施。

(5)在岩石比较完整、孔内很少掉块的情况下，可在每一根或每两根钻杜间加用“导向箍”。

(6)在钻进工艺操作上，要正确地控制压九适量地给水，钻具超过一定重量时，还需考虑减压措施。

七、钻孔工作中应注意的事项

(1)按照设计规定定好孔位，孔位的偏差一般不宜大于10cm。当遇到难于依照设计要求布置孔位阶情况时，应及时与设计部门或有关部门联系，若允许变更孔位时，则应依照新的通知，重新布测孔位。在钻孔原始记录中一定要注明新钻孔的桩号和位置，以便分析查用。

(2)在钻孔工作进行中，要严格按照规定的孔向钻进，并采取一切措施保证钻孔方向正确。

( 3)孔径力求均匀，不要忽大忽小， 以免灌浆或压水时灌浆塞堵塞不严，漏水返浆，造成施工困难。

(4)在各钻孔中，均要计算岩芯采取率。第Ⅱ、Ⅲ次序孔和检查孔中，要注意采取岩芯，并观察岩芯裂隙中有无水泥结石、其填充和胶结的情况如何，以便逐序反映灌浆质量和效果。

(5)检查孔的岩芯可暂于保留。保留时间长短，由设计单位确定，一般讲，时间不宜过长。灌浆孔的岩芯，在描述，即可进行处理，是否要有选择性的保留，应在灌浆技术要求文件中加以说明。

(6)凡未灌完的孔，在不工作时，一定要把孔口盖住，并保护好，以免掉入物件。 (7)应准确、详细、清楚地记好钻孔记录。

第二节 冲 洗

为了提高灌浆质量，取得良好的灌浆效果，在灌桨前必须清除钻孔中残积的岩粉，清除裂隙或空洞中所充填的粘土杂质等物。一般常用的方法就是钻孔冲洗和裂隙冲洗。

一、钻孔冲洗

钻孔冲洗的目的是将残存在孔底和粘附在孔壁处的岩粉、碎屑等杂质冲出孔外，以免堵塞裂隙的进口，影响液浆灌入。

钻孔钻到预定的段深并取出岩芯后，将钻具下入至孔底，用大流量水进行冲洗，直到回水变情，孔内残存杂质沉积厚度不超过10～20cm时，结束冲洗。

二、裂隙冲洗

裂隙冲洗的目的是用压力水将岩石裂隙或空洞中所充填的松软的、风化的泥质充填物冲出孔外，或是将充填物推移到需要灌浆处理的范围以外，这样将裂隙冲洗干净后，利于浆液流进并与裂隙接触面胶结坚固，起到防渗和固结作用。使用压力水进行裂隙冲洗时，在钻孔内需要下入灌浆塞。裂隙冲洗种类，可分单孔冲洗和群孔冲洗两种。

1．单孔冲洗

单孔冲洗仅能冲净钻孔本身和钻孔周围较小范围内裂隙中的填充物，因此，这种冲洗方法适用于较完整的、裂隙发育程度较轻的、充填的泥质俏况不严重的岩层。单孔冲洗有三种方法。

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(1)高压冲洗 冲洗时，尽可能地升高压力，使整个冲沈过程在大的压力下进行，以便将裂隙中的充填物向远处推移或压实。在冲洗过程中，要注意控制压力，防止岩层抬动变形。

在地质条件比较好、岩石也较完整的情况下，常采用高压冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80％，借用压力水进行冲洗，直至返出的水洁净，延续10～20min为止。

如果因为渗漏量大，升不起压力，那就尽水泵的能力往孔内压水，增大流量，加快流速，增强水流冲刷充填物的能力，使之能携带充填物走得远些，这样对增进冲洗裂隙的效果是有利的。

如某工程，基岩裂隙发育，其中充填细粘土，在灌浆处理前，曾做了冲洗试验。冲洗的结果，见图7-5，压力从低压开始，逐级升压，每级升压0.2MPa。在两种不同深度的岩石中，分别升压到1.6～1.7MPa和2.5～2.6MPa。此时流量最大，而后压力逐渐下降至初始压力。下降过程中，在同一级压力下，其流量却较原先升压阶段时大得多。图7-5中A点、B点处的流量较前增大很多，表示裂隙中充填细粘土己被冲动。试验结果表明，裂隙中泥质充填物的冲洗范围不仅1～2m，而是更远，特别是在具有大裂隙的地带，泥质充填物会沿裂隙冲散得很远，有时达几十米，采用这个方法冲洗后，灌浆效果较好。

（2)高压脉动冲洗 高压脉动冲洗，就是用高低压反复冲洗。操作方法是：首先用高压冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80％，连续冲洗5～10min后，将孔口压力在极短时间内突然降到零，形成反向脉冲流，将裂隙中的泥质碎屑带出，回水多呈浑浊色。当回水由浑变清后，再升高到原来的冲洗压力，持续几分钟后，再次突然下降到零。如此一升一降，一压一放，反复冲洗，直至回水洁净后，再延续10～20min为止。使用这种方法冲洗，压力差值愈大，冲洗效果愈好。新安江、富春江和湖南镇等大坝基础帐幕灌浆孔曾广泛采用此法冲洗；青铜峡大坝基础灌浆孔也曾采用这种方法冲洗，都取得了比较好的效果。

(3)扬水冲洗 在地下水位较高，地下水补给条件良好的钻孔中适用扬水冲洗。操作方法是：将管子下到孔底，上端接风管，通入压缩空气，使孔内的水与空气混合，由于气水混合体的比重轻，孔侧地下水压力的作用以及压缩空气的释压膨胀与返流作用，将孔内水向上喷射出孔外，孔内的泥质碎屑也就随水喷出孔外。连续地通气喷水，钻孔周围裂隙中的泥质便不断地随水流到孔内，而后又被喷射出来，这样地反复连续冲洗，效果良好。青铜峡大坝帷幕灌浆有些孔曾采用过这种方法冲洗，效果尚好。必要时，可以向孔内加水，造成孔内水位增高的条件，淹没系数大，扬水效率高，增进扬水冲洗效果。

2．群孔冲洗

(1)冲洗方法 群孔冲洗是把两个或两个抽上的孔组成一个孔组，进行冲洗。它的作用是把本组内各钻孔间岩石裂隙中的充填物经冲洗而清除出孔外。由于把裂隙中的填充物冲走和排除了裂隙进口的堵塞，这样便给灌浆处理的岩石提供了可灌的条件，如图7-6所示。为了消除A、B两孔之间裂隙中的填充物，可先向A孔压水，经过冲洗，使裂由填充的从B孔冲出(如图中的虚线所示)；然后，再向B孔压水，经过冲洗，使裂隙填充物从A孔冲出。这样反复多次进行冲洗，将两孔间隙中的填充物冲洗，再行灌浆，以保证灌效果。

群孔冲洗，主要是使用风和压力水。冲洗时，轮换地向某一个孔或几个孔压入风或压入水或是风水联合压入。使由另一个孔或几个孔出水，这样的反复交替冲洗，直到各孔喷出的

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水都已是清水后停止。

要将裂隙冲洗干净，冲洗压力要高，水量要大。因为压力高才易于冲通裂隙；水量大，裂隙中的流速才大，这才有可能冲掉泥质，并将其携带出来。如果裂隙虽然已经冲通，但是流速很小，就难起到显著的冲洗效果。

冲洗段应划分短些，如果冲洗段过长，则段内所遇到的裂隙数目增多，一旦冲通一条或少数裂隙，冲洗水就会比较容易地地直沿着这些初姑冲通的裂隙流动，而其他大多数裂隙就很有可能受不到有效的冲洗。

为了增进冲洗效果，可在冲洗液中加入一些化学剂，如碳酸钠(Na2CO3)、苛性钠(NaOH)、碳酸氢钠等(国外有的坝采用过六偏磷酸钠的)，以促进泥质充填物的溶解，有助于迅速冲洗。加入化学剂的品种及共用量，府根据试验而定。

(2)冲洗孔组的划分 在需要群孔冲洗的部位上进行帷幕灌浆时，为了既能满足群孔冲洗的要求，又需符合逐渐加密的灌浆原则，冲洗孔组的划分可根据帷幕组成的布孔情况及地质条件选定。原则上，凡是裂隙能串通的孔就可构成划分群孔冲洗的单元。下面介绍一些关于冲洗孔划分的方法，可供参考。

1)单排孔帷幕孔组的划分，可分两种情况：

第一种情况如图7-7所示，在帷幕线上，每两个相邻的第一次序孔组成一个冲洗孔组，冲洗工作完成后，进行灌浆。裂隙经冲已经串通的，两个孔段同时灌浆；不串通的，则各自单独灌浆。然后钻本组的第一次序孔，做为检查该孔经单孔冲洗后即可灌浆。从大的分组的次序上来看，先是进行第Ⅰ次序孔组的各项工作，而后进行第Ⅱ次序孔组的各项工作。

第二种情况如7-8所示，以相邻的三个孔为分组单元，每一单元进行群孔冲洗，冲洗是按孔组单元的次序进行的。第I次序冲洗孔组内的钻孔经过群孔冲洗并灌浆后，再开始第Ⅱ次序冲洗孔组的各项工作。以下依此类推，继续进行。

2)双排帷幕孔组的划分：如图7-9所示，三个第一次序孔组成一个三角形，作为冲

洗孔组。三孔之间互相轮换反复冲洗，

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冲洗后，如果裂隙冲开串通，则三个孔段同时灌浆，即群孔灌浆，最好用三个泵同时灌注，如果互不串通，则可单独灌浆。三个第一次序孔组成的冲洗孔又分为两个次序，如图7-9（b）所示。当第一次序冲洗孔组灌浆完毕后，再开始第二次序冲洗孔组的各项工作。当第一次序孔灌完后，再钻第二次序孔。第三次序孔中，有一部分是位于冲洗孔组之内，如图申的联单1、4、7、10号孔，这样的孔进行单孔冲洗后，可单独灌浆，另一部分是位于冲洗孔组之间的孔，如图中的2、3、5、6、8、9号孔，可按2—6、3—8、5—9的孔组划分，进行孔组冲洗和灌浆。

图7.2-5 双排孔帷幕中冲洗孔组的划分

Ⅰ、Ⅱ—第Ⅰ、Ⅱ次序中冲洗孔组

○—双排孔帷幕中的第一次序孔；●—双排孔帷幕中的第二次序孔

3)三排孔帐幕孔组的划分：如图7-10所示，冲洗孔组由边排的四个孔组成，冲洗和灌浆后，将冲洗孔组内的边徘孔如图中的1、2、3、4、5、6、7、8号孔可按1—5、2—6、3—7、4—8孔组划分进行冲洗和灌浆，或是各个钻孔单独进行钻进和灌浆。待边排孔灌完后，整个中间排上的孔按逐渐加密法进行钻孔和灌浆。依冲洗孔组论，可按两个次序进行工作，如图7-10(b)所示。

岩石裂隙、省石层理或岩石破碎带中夹有较多的粘土、泥质等充填物时，应如何进行处理，这是至今尚未得到解决的问题。从目前情况来看，处理的方法主要还是采用群孔冲

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洗。另外，有的人认为，在这种地质条件下，可以采用单孔冲洗和高压灌浆的方法处理。帷幕中各个灌浆孔经高压冲洗后，将岩石裂隙中充填的粘土、泥质等充填物有些冲出孔外，有些压送到帷幕范围以外，而后使用高压力进行灌浆，将帷幕范围内岩石裂隙中残

留的充填物挤密压实，使其将来在长期的高水头作用下，不流失，不管涌，具有一定的稳定性，这样灌浆帷幕仍能满足设计要求。当然，这是一项新课题，需要通过多次的实战、认识、再实践的过程才可能得到妥善的解决。

（3）群孔冲洗施工中存在的问题

①群孔冲洗的方法和效果问题 目前群孔冲洗仍多是采用风和压力水，必要时再加入某些化学剂。经多次实践表明，采用这种冲洗方法，仅能冲洗出裂隙泥的一部分，并不能全部冲出，因为只要有少数的裂隙通路被水冲开后，大部分水量由此冲出，其他地区水力减弱，不能冲净。所以，在什么地质条件下，应采取什么方法冲洗，尚难明确规定。

②群孔冲洗施工的安排问题 钻孔浅，各孔又采用一次灌浆法时，这项工作尚好安排。如果钻孔深，各孔又是采用分段灌浆法时，需要机械数量多，施工时间又长，则钻孔、冲洗、灌浆三个工序在施工上便不易安排。

③群孔冲洗后的群孔灌浆问题 群孔冲洗的目的，就是希望孔与孔之间能够串通，通过冲洗将裂隙中的填充冲洗净。凡是经冲洗已串通的孔，宜采用群孔灌浆法，最好是一个泵灌一个孔，同时进行，这样才易于保证灌浆质量。但在实际灌浆中，各孔灌浆压力不好控制，灌浆施工比较困难。

④群孔冲洗和灌浆次序问题 群孔冲洗和灌浆易于打乱“逐渐加密”的灌浆施工原则，有时可能影响帷幕灌浆质量，前面已简单地叙述了单排孔、双排孔和三排孔冲洗孔组的划分及灌浆次序的情况，这仅是对施工提出的要求，实际在施工时冲洗的情况将是多种多样的，有的孔相互串通，也有的孔各不相通，灌浆情况也是复众多变的，常常会造成与灌浆施工“逐渐加密”的原则相矛盾的局面。因此，灌浆资料有时难于分析，灌浆质量也不易保证。

综上所述，可以看出，在一般地质条件下，帷幕灌浆多数仅采用单孔冲洗方法，只有在复杂地质条件下，对少数或个别地段，为了特殊目的才采用群孔冲洗的方法。

对于冲洗这一工序，特别是对于群孔冲洗，还应通过试验、研究和实践，认真总结，引出规律，从而定出有效而又经济的技术措施。

第三节 压水试验

一、岩石的渗透性

（一）岩石渗透性表示的方法 岩石渗透性表示方法一般有两种：

1.以单位吸水量ω或透水率q表示，采用压水试验方法求得。

（1）单位吸水量ω定义。在1m水头压力下，钻孔中长度1m岩石内每分钟注入的水量，单位为L/(min.m.m),原苏联经常采用。我国建国初期直至20世纪80年代经常采用。

（2）透水率q。国际上压水试验成果，常以吕荣（Lu）表示，起源于法国。1933年法国地质学永吕荣（Lugeon）建议：在岩石中作压水试验，以5m长度为一段，压水压力1MPa,1m段长，1min压入水量为1L/min特称为1lu。欧洲、美洲国家经常采用。20世纪80年代为与国际接轨，压水试验采用同一标准，便于相互类比，我国有些工程岩石透水性开始采用lu值。1994年制定的《水混灌浆施工技术规范》SL62-94中明确规定压水试验成果以透水率q表示，并说明了计算的方法。

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（3）单位吸水量ω和透水率q间的关系。两者成果均经钻孔内压水试验求得，主要不同之点在于压水压力的选用。通过对压水压力的简易换算，概略地讲，透水率q为1Lu略等于单位吸水量ω为0.01L/min.m.m。

2.以渗透系数K值表示，河床复盖层与碎石地中的渗透性均以渗透系数K表示，采用抽水方法计算求得，常用单位为m/d或cm/s。在岩石中有时也用渗透系数K表示其渗透性。严格地讲，不是很合适的。

(二)渗透系数K与单位吸水量ω（或透水率q）间的关系。 严格地讲，渗透系数K与单位吸水量ω间并无固定关系。但有时为考虑问题或设计计算方便起见，通过实践大致有以下几种认识：

（1）K=（1.5～2）×ω（K的单位为m/d,ω的单位为L/min.m.m）

例如：某大坝基岩透水性，单位吸水量ω平均值为0.08L/min.m.m,试求其相应的渗透系数K。

-4

若采用K=2ω时，则K=2×0.08=0.16(m/d)=1.85×10cm/s。

-4

采用K=1.5ω时，则K=1.5×0.08=0.12(m/d)=1.39×10cm/s。

-5

（2）国外资料认为 1Lu=1.3×10cm/s。

（3）国外有些学者和单位给出了渗透系数K与吕荣值的相关关系图，见图7-11。由图

-7-5-5-3

中可以看出：当K=10m/s(即10cm/s)时，吕荣值大约为1～3；当K=10m/s(即10cm/s)时，各曲线的吕荣值均大于30。

图7-11渗透系数K与吕荣值Lu的相对关系图

1—李斯乐（Rissler）作的曲线，各向同性岩性；2—李斯乐作的曲线，严重的各向异性的岩；

3—美国垦务局作的曲线；4—海飞尔（Heitfeld）作的曲线

（4）我国《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规程》条文说明中初步认为：若防

-6-5

渗标准要求K=i×10cm/s时，则q值可取q＜1Lu；K=i×10cm/s时，q值可取1～5 Lu；

-4

K=i×10cm/s时，q值可取5～20Lu。

（三）岩体渗透性分级

根据坝基岩体的透水率和渗透系数可确定岩体的渗透性，见表7-5.

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表7-5 岩 体 渗 透 性 分 级 渗透性 等 级 极微透水 微透水 弱透水 中等透水 强透水 极强透水 渗透系数K (em/s) K＜10 10≤K＜10 10≤K＜10 10≤K＜10 10≤K＜1 K＞1 -2-4-2-5-4-6-5-6标准 透水率q （Lu） q＜0.1 0.1≤q＜1 1≤q＜10 10≤q＜100 q≥100 岩体特性 完整岩石，含等价开度小于0.025裂隙的岩体 含等价开度0.025～0.05m.m裂隙的岩体 含等价开度0.05～0.10m.m裂隙的岩体 含等价开度0.10～0.50m.m裂隙的岩体 含等价开度0.50～2.50m.m裂隙的岩体 含连通孔洞或等价开度大于2.50m.mg裂隙的岩体 m.m注：本表摘自YGB.50287-99附录3。《水利水电工程地质勘察规范》

二、压水试验的作法及其成果的计算与表示的单位

这里介绍四种水法，目前园内大坝基岩灌浆压水试验依照第二种和第三种计算透水率q的方法进行。

（一）计算单位吸水量ω。20世纪80年代及其以前均采用ω表示岩石的渗透性。 5． 压水试验的阶段，采用单点法或三点法。

6． 压水压力的选用。单点法压水压力根据工程的具体情况和压水试验目的选定，有 的工程选用0.3Mpa。三点法多采用较低的压水压力，例如：静水头5m、10m、15m；泵压压力0.1 MPa 、0.2 MPa、 0.3 MPa等。

7． 单点法压水试验成果值的计算：

Q 单位吸水量ω= （7.3-2）

HL

式中 Q——每分钟压入试验段的（L/min）；

H——总的压水压力，以水头计（m）*； L——压水试验段的长度（m）。 8． 三点法压水试验成果值的计算

（1）首先判断压水试验做的是否正确，判断的方法有两种：

①普通座标法。将三个压力点及其相应的三个注入水量值，点绘在普通座标纸上，绘制成压力—注入量曲线图，见图7-12。

正确的图形应为通过座标原点的直线或通过座标原点弯向压力H的抛物线或类似抛物线的图形，如图7-12中的直线1和曲线2、曲线3。

凡是不通过座标原点的任何线形或是不符合图7-12中所示1、2、3三种线形的，都表示压水试验做的不正确，应返工重做。如图7-12中的曲线4。

②双对数座标法。将三个压力点及其相应的三个注入水量值点绘在双对数座标纸上，绘制成压力—注入量曲线图，见图7-13。

* 按法定计量单位要求，压力单位应该采用Pa或N/m2，考虑到过去的习惯用法，本书中凡用水柱高度表示的压力，其单位仍以m（即米）计，下同。

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图7-12 普通座标判别线示意图 1、2、3—正确的图形；4—错误的图形

图7-13 双对数座标判别线示意图

正确的图形应满足下列两个条件：①三点相连应为一条直线；②此条直线与水平线的交角θ应满足26°30′≤θ≤45°。

（2）单位吸水量ω值按下述程序计算

① 在普通座标纸上，压力～流量关系线基本上是一条直线时：

Q1＋Q2＋Q3

ω = L（H1＋H2＋H3）

②在普通座标纸上，压力～流量关系线是类似抛物线的曲线形式时：先求m1、m2、和m3

值，而后计算出m值。

lgH2－lgH1 m1= lgQ2－lgQ1

lgH3－lgH2 m2= lgQ3－lgQ2

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m3=

lgH3－lgH1 lgQ3－lgQ1 1 m= (m1＋m2＋m3)

3 应注意的是，m值应符合1≤m≤2的条件，若符合时，则可依下式计算出单位吸水量ω值。

1

(lgQ1＋lgQ2＋lgQ 3) － (lgH1＋lgH2＋lgH3)

3

1gq= 3

q

ω= L

以上式中：

H1、H2、H3——各阶段所用的压力值，以水柱高度表示（m）； Q1、Q2、Q3——各阶段压力下相应的注入水量（L/min）； L——试验段长度（m）； m——计算用的系数；

q——试验段内的注入水量（L/min）。

[举例] 已知压水试验中所用的压力及其相应的注入水量分别为：H1=10m，Q1=10L/min；H2=40,Q2=25；H3=80,Q3=40。试验段长度为5m，求单位吸水量ω值。

①判断试验的正误。

将三个点点绘在普通座标纸上，连成一曲线，如图7-12中之曲线3，它是一条通过座标原点弯向压力H轴的抛物线，说明试验正确。或是将三个点点绘在双对数座标纸上，如图7-13中所示，三个点相连成一直线，且θ=33°45′，符合26°30′≤θ≤45°的条件，表明试验正确。

②算数法计算

lgH2-lgH1 lg40-lg10 1. 6021-1 0.6021

m1= = = = =1.5。

lgQ2-lgQ1 lg25-lg10 1.3979-1 0.3979

依照同法计算，求出m2=1.5, m3=1.5。

1

m= （m1+m2+m3）=1.5。

3

1

（1+1.3979+1.6021）- （1+1.6021+1.9031）

1.5

lgq= =0.333 3

q=2.15（L/min.m）

2.15

ω= = 0.43(L/min.m.m) 5

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（二）计算透水率q。

我国1990年以后岩石渗透性改用透水率q，其单位为Lu。 1.压水试验的阶段。分为一级压力的单点法和三级压力五个阶段的五点法。灌浆施工多采用单点法，先导孔和质量检查孔可采用五点法。

2.压入流量的稳定标准.在稳定的压力下每3min～5min测读一次压入流量,连续四次读数中最大值与最小值差小于最终值的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。

3．压水试验成果的表示。压水试验的成果以透水率q表示，单位为吕荣（Lu）。在1Mpa压力下，每米试段长度每分钟注入水量为1L时，q=1Lu。

4．单点法压水试验的成果的计算方法。 单点法压水试验的成果按式（7.3-6）计算：

Q

q=

PL

式中：q——试段透水率，Lu;

Q——压入流量，L/min；

P——作用于试段内的全压力，MPa； L——试段长度，m.

5.五点法压水试验成果计算和表示的方法。

(1)以压水试验三级压力中的最大压力值（P）及相应的压入流量（Q）代入公式（7.3-6）中求算透水率q。

(2)根据五个阶段的压水试验资料绘制P—Q曲线，并参照表7-6确定P—Q曲线类型。 （3）五点法压水试验的成果用透水率和P—Q曲线的类型表示。例如，2.3(A)、8.5(D)等，2.3和8.5为试段的透水率（Lu）；（A）和（D）表示该试段P—Q曲线A（层流）型和D（冲蚀）型。

6.压水试验压力的选用 根据灌浆工程类别、钻孔类型、地质条件和工程需要等参考表7-7，选用适当的压力。但检查孔各孔段压水试验的压力应不小于灌浆施工时该孔段灌浆压力的80%。

7．压水试验全压力的组成和计算。

（1）压力表安设在孔口处的进水管道上（图7-14）,按式(7.3～7)计算压水试验压力。压力表安设在孔口处的回水管上（图7-15）,按式(7.3～8)计算压水试验压力。

表7-6 五点法压水试验的P—Q曲线类型及特点表

类型名称 A（层流）型 B（紊流）型 C（扩张）型 D（冲蚀）型 E（充填）型 P~Q曲线 升压曲线为通过原点的直线，曲线特点 降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈顺时针环状 升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈逆时针环状

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表7-7 压水试验压力值选用表 灌桨工程类别 钻孔 类型 坝高 m — 先导孔 帷幕 灌桨 灌桨压力MPa ≥1 单点法 1（Mpa） 压水试验压力 五点法 0.3,0.6,1.0,0.6,0.3 （Mpa） 0.1,0.2,0.3,0.2,0.1, （Mpa） — Ho、H为坝前水头,以正常蓄水位为准,分别从河床基岩面和帷幕所在部位基岩面高程算起; 1.5H大于2Mpa时，采用2Mpa 灌桨压力大于3Mpa时，压水试 ≤1 灌桨压力的80% — 验压力由设计按地质条件和工程需要确定 备注 — — <70 <1 <0.3 — — — 1~3 0.3（Mpa） 灌桨压力 H0或1.5H0(m) 1(Mpa) 1(Mpa)或1.5H(m) 1(Mpa) 检查孔 70~100 >100 单点法试验压力的0.3,0.6,1.0,0.6,0.3倍 坝基及隧洞固结灌桨 灌桨孔和检查孔 S=S1+S2-Sf S=S1+S2-Sf′

式中：S——作用于段内的全压力，MPa；

S1——压力表指示压力，MPa；

S2——压力表中心至压力起算零线的水柱压力，Mpa； Sf、Sf′——压力损失，MPa，一般情况下忽略不计。

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（2）压力起算零线的确定。

当地下水位在试段以上时，压力起算零线为地下水位线。

当地下水位在试段以下时，压力起算零线为通过试段中点的水平线。

当地下水位在试段以内时，压力起算零线为通过地下水位以上的试段的中点的水平线，见图7-16。 图中x=(L-l)/2,S=H+x。

8．地下水位的观测和确定。

一个单元工程内的灌浆工程开始前，可利用先导孔测定地下水位。稳定标准为每5min测读一次孔内水位，当连续两次测得水位下降速度均小于5cm/min，以最后的观 测值作为本单元工程的地下水位值。

孔口有涌水时应测定涌水压力。 （三）简易压水

1900年以前多以单位水量的ω表示，以后则改为以透水率q表示。

本书于1976年第一版中即提出“简易压水”一词，其主要目的是将其与“压水试验”区分开。“简易压水”实施方法原则上可依照灌浆工程具体情况由设计单位自行制定，而不受压水试验规程中各项规定的约束，故仅称其为“简易压水”而不用“简易压水试验”一词。

“简易压水”采用单点法，压水压力可为该段灌浆压力的80%，但不大于1Mpa。无严格。压水时间短，可为10～20min。流量不求稳定，采用最后值也可采用平均计算透水率q。为节省时间。“简易压水”也可结合孔段裂隙冲洗进行，利用冲洗记录，计算透水率q。

例如：某工程帷幕灌浆孔孔是8-5-3第3段段长5m，简易压水20min,压力0.8Mpa，每5min记录注入水量一次，四次记录分别为8.1、7.2、6.6、6.4L/min，求其透水率q。

利用本节公式（7.3-6）

6.4

q= =1.6Lu 0.8×5

(四)升降程多点压水试验方法 国内较少采用

压水试验先采用升程压水，将压力逐级升高，而后再降程压水，将压力逐渐降低，得出各种形式的压力（P）～流量（Q）的关系曲线图，如前表7.3-3中所示。

日本制定的“压水试验指南”中曾规定升程压力为5个阶段，降程压力采用4个阶段。 澳大利亚专家霍尔斯贝（A·CHoulsby）建议用三级压力五个阶段，先升矸，后降压。第三阶段压力最大，为峰值C；第四阶段所用压力与第二阶段相同d=b=0.7c；第五阶段所用压力与第一阶段相同，e=a=0.4e。与我国目前规范中规定的压水试验采用的5点法，基本相同。

每种压力下压水10min，计算出其吕荣值。若所采用的压水压力不是1Mpa，则依直线比例关系，按照前公式（7.3-6）计算出吕荣值。

利用五点法压水试验P～Q曲线，了解压入的水在基岩裂隙中流动的状态和性质。 利用表7.3-4中建议的选取吕荣值的方法，确定吕荣值作为该段的渗透性指标标。 霍尔斯贝利用4个坝址811段的压水试验成果，进行统计分析，列于表7.3-4中的最后一项。据此分析可以看出：渗透性为1～3Lu，后流占78%；超过4 Lu后，表现多为紊流（占53%），但也会出现Ⅳ类情况（占21%）；而Ⅲ类和Ⅴ类的情况，出现较少。

三、压力损失

1. 压力损失的计算与实测。 水在管中流动必然产生能量损失，也就是磨擦压力损失。水力水电工程钻孔压水试验规程中规定：

①工作管内径一致，且内壁光滑变化不大时，管路压力损失可用下式计算：

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Lv2ps

d2g式中 PS——匀径沿程损失（MPa）；

λ——摩阻系数（λ=2×10-4～4×10-4Mpa/m）； L——匀径管长（m）； d——工作管内径（m）； V——管内流速（m/s）； g——重力加速度（9.8m/s2）。

表7-8 升降程压水试验情况分析表

各组实际情况流型 分类 五种压力a.b.c.d.e的作用下，经换算后李容值的情况 流型分析 选取李容值的方法 百分数 1.2.4或大或3Lu 于4Lu 压力为a时 b Ⅰ c d e Ⅱ 压力最高时（峰压C），李容值却最小，应为紊流 Ⅲ 压力最高时，李容值很大，降压后，用低压（即李容值双行减小。中、低压阶段（a和e,b和d）李容值大体相等，这表示为裂隙暂时被子压开、扩大，压力减小后，又行闭合复原 Ⅳ 李容值逐渐增加，降压后，李容值并不减小，这表示为试验水将缝隙中的充填物冲洗出或是岩石在水压下发生永久变形的标志，说明地层发生了变化 Ⅴ 李容值逐渐降低，可以认为裂缝和孔隙被逐渐充填 一般采用最后的李容值 6% 12% a、e）或中压（b、d）压力下的李容值 采用最大的李容值（有特殊要求时，另定 2% 21% 1% 9% 用最高压力下的李容值 13% 53% 取五个李78% 5% 均值 五个李容值基本相同，应为层流 容值的平②工作管理内径不一致时，管路压力损失应根据实测资料确定。实测方法见该规程中附录A。这里从略。

2．两个参考用的表和图

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（1）东北勘测设计研究院实测的管路压力损失资料（铅捍外径50mm，内径38mm，接头外径50mm，内径22mm）见表7-9。

表7-9 管路压力损失实测表

流量 （L/min） 25 50 75 100 每米钻捍压力损失 0.010 0.085 0.140 0.212 每付接头压力损失 0.090 0.211 0.591 1.177 25 0.61 2.97 5.86 10.01 管长（m）的压力损失 50 1.31 6.15 12.32 21.19 75 2.01 9.33 18.77 32.38 100 2.71 12.51 25.23 42.56 注：①每根钻杆长5m；②压力损失均以米水柱计。

（2）根据有关公式制成各种不同管径管路磨擦水头损失关系图，见图7-17，供参考。

3.压力损失的应用

地质勘探孔，当流量较大（例如大于50L/min）时，管路压力损失急剧增大，不计算压力损失将会导致成果产生较大误差。此外，不计压力损失还会改变P—Q曲线的图形，使出现B型（紊流）曲线的比例增大。所以当流量较大时在计算压水全压力公式中经常将其考虑在内。

灌浆施工中所做的各项压水试验和简易压水，或由于其所采用的压水压力值较大，或由于要求透水率精度不高，一般情况下，计算压水全压力时多不将其考虑在内。

四、各个阶段压水试验的作用与应用 （二） 地质勘探阶段进行的压水试验

各勘探孔中的压水试验应依照水利水电工程钻孔压水试验规程进行，其度要作用为： 1.了解岩层的渗透性，以评价岩层的透水程度，论证水工建筑物基础和库区岩层的透 水情况。

2.供为确定防渗与坝基处理措施的基本资料，如计算渗流和绘制透剖面等。

3．供为进行灌浆试验、灌浆设计时，初步选用技术参数如孔距、排距、灌浆深度等和制定灌浆施工工艺的主要参考资料。

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（二）灌浆试验阶段进的压水试验

1．选择1～2个Ⅰ序孔，自上而下分段进行钻孔、压水试验和灌浆，其他灌浆试验孔各孔段灌前仅做简易压水，其作用与灌浆施工中先导孔所做的压水试和其他灌浆孔各孔段所做的简易压水相同，见后（三）中所述。

2．有时为了检验灌浆材料和灌浆工艺是滞合宜，常常选择1～2个灌浆机，对其中若干孔段在灌完浆待凝一段时间后，重新钻开，再做一次压水试验，检查该段经灌浆后是否达到设计要求。如果没有达到要求，再次进行灌浆，再次钻开，再次检查，进至达到要求时止。如果反复三次或四次仍未达到要求，就需要研究分析其原因了。是否由于岩石裂隙微细， 水泥颗粒粗，灌不进去？是否需要换用其他浆材？灌浆工艺是否存在问题等等。针对分析出的原因自行试验，以便最后确定合用的浆材和合适的灌浆施工艺。

3．有些工程在灌浆试验的检查孔中要求进行防渗性能检查，而久性能检查和破坝性能检查三种压水试验，见前第四章第六节中所述，用以了解灌浆效果，为帷幕灌浆设计提供基本资料。

（三）帷幕灌浆施工中进行的压水试验

1．先导孔兼起勘探孔的作用，应自上而下分段进行钻孔、压水试验和灌浆，借以了解地质条件、岩层分布和在设计灌浆压力下岩层吸浆量情况。利用这些成果资料可以绘制出较为准确的帷幕线渗透剖面图，作为灌浆前基岩渗透情况的基本图件，并可据此核对该设计条件，调整设计参数和修正灌浆技术要求。

2．其他灌浆孔各孔段在灌浆前宜进行简易压水，其主要作用为：

(1)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。同时根据这些资料绘制各次序孔透水率频率曲线和频率累计曲线，借以检查帷幕灌浆效果。

(2)查看灌浆孔每一灌浆段透水率和单位注入量的大致关系，借以了解各段的灌浆情况。注意检查其有无异常现象，如透水率很大而单位注入量值却很小或是与此相反，这均表示情况异常，应及时查明原因。通过分析、研究，有助于判断地质情况和灌浆技术措施是否合理。以后，还可将各灌浆段的透水率与单位注入量值点绘在双对数坐标纸上，绘制出二者的关系线，查看其有无规律性。

(3)根据各地段岩石透水率大小和岩石完整情况，可以选定不同的灌浆方法和灌浆段长。 (4)了解各灌浆段岩石渗透性，便于预先储备好足够用的灌注材料，不致在开始灌浆后，因材料储备不足，供应不上而被迫中途停灌。

(5)根据透水率大小而选用灌浆开始时浆液的配合比。如有的大坝帷幕灌浆规定：透水率小于5Lu时，灌浆从水灰比为8：1的稀浆开始，大于5Lu时，则从5：1的稀浆开始。

3．检查孔进行压水试验，其主要作用是检查帷幕灌浆质量是否达到设计要求，如透 水率小于规定值，应认为帷幕灌浆质量合格，否则，需要外加钻孔，再行补灌。

五、压水试验成果 与水泥灌浆可灌性之间的关系

埃沃特（F.K.Eert）研究了很多灌浆工程，他认为透水率在25Lu以上的岩体，水泥灌浆可灌性良好，可以有效地降低渗流量；3～5Lu以下的，水泥灌浆对降低渗流量可能没有什么明显的效果；5～25Lu之间的，是否可灌，效果如何，尚难于完全确定。

李斯乐（Rissler）从水力计算中发现，层流多发生在大约0.10～0.15mm以下的裂隙中；在0.4mm以上较宽的裂隙中多发生紊流；中等范围宽变的裂隙（0.15～0.4mm）内，在低压下为层流，在高压下为紊流。由此得出初步的印象是在层流状态下，水泥浆不易灌入，降低渗流的效果将不会明显。

-5

库庇尔利用图7.3-1中渗透系数与吕荣值相对关系曲线，提出如下意见：当K=10m/s

-6-7

时，各曲线上的吕荣值都大于30，这时应该灌浆，无疑也是可以灌好的；K=10～10m/s

-7

时，各曲线上相关的李容值在5～20Lu，这时难二肯定是否应该藻和能否灌的；K=10m/s

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时，则与1～3Lu相当，一般是难以灌法或是或灌浆后也不能期待产生理想的效果。

国内实践经验初步认为：透水率在3或5Lu以上的，采用高标号硅酸盐水泥是可以灌注的；小于1Lu的，普通水泥浆难以灌注；1～3（或5）Lu之间的，则需看裂隙的宽度如何而定。

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