影响压水试验精度的因素及提高精度的方法

田晔玮

水利水电第七工程局有限公司成都610041

摘要：压水试验是重要的大坝勘察手段，其数据对大坝设计至关重要，提高压水试验结果的精度成为施工单位的工作重点。目前常见的压水试验设备有机械计量和电子计量两种，本文主要从硬件，软件，环境三个方面阐述在影响压水试验成果精度的因素，并提出相应的方案。

关键词：大坝勘察；压水试验；栓塞；清水；量表

ThefactortoLutest’sprecisionandthemethodstoincreasetheprecision

Abstract：Waterpressuretestisaveryimportantinvestigationmethodforhydropowerproject.Theresultoftestisthekeyfactorfordamdesignation.Thewaytoincreasestheprecisionofwaterpressuretestbecamethekeyworkofcontractors.Nowtherearetwomethodstoperformthistest：bymechanismgaugeorbyelectronicgauge.Thispaperwilldescribethefactorswhichinfluencetheprecisionoftestresultsbydevice，byartificiallyorbyenvironmentetc.andgivesuggestiontoincreasetheprecision.

Keyword：daminvestigation；LUtest；packer；cleanwater；gauge

钻孔压水试验是重要的大坝勘察手段，是测定岩石裂隙表现及岩石渗透性，吸水性的有效方法，压水试验的结果对大坝设计至关重要。提高成果准确性成为施工单位工作重点之一。目前的压水试验设备有电子计量仪和机械计量仪两种。

在遵从吕荣法原理的条件下，本文主要从硬件，软件，环境三个方面阐述在高温地区影响压水试验成果精度的因素，并提出相应的方案。

1影响压水试验成果精度的因素

1.1硬件条件

主要指选用的设备自身的作业精度，及硬件设施所能提供的试验条件。

合理的设备布置是获得准确数据的关键。

硬件设备布置详见图一。

在图一所示的布置系统中：

采用了两种压力计同时工作的模式，即电子压力计和物理压力计在尽可能接近的位置同时工作，这样就能通过两种不同的工作方式来验证压力计量的准确性。

采用调节旁路水量的方式调节压力，这种调压方式可能保证实验过程中系统内压力的平稳过渡；

计量仪（流量仪和压力计）布置在平直的刚性管路上，管路足够长，这样就能避免流体通过弯折段时形成的涡流，导致流体力学形态变化，数据不稳定。

在设备系统远端头设置一个保护阀，这个阀门在试验开始前保持关闭，在试验开始后缓慢开启，这样就能避免突然的过大流体（比如，大于第一阶试验压力）冲击孔内试验段，破坏裂隙结构。

向孔内止水塞提供压力的手动试压泵安装大量程压力计，压力计处在实验人员有效视线内，当发现压力下降时及时加压。

图一压水试验管路连接图【1】

1.1.1量表的精度

目前常用的设备有电子计量表和机械计量表两种。

电子计量表的优势是，在工作条件下，自动采集数据，其结果真实可靠；机械计量表的优势是设备对环境要求低，普遍适用且成本低廉。

目前压水试验常用的电子计量压力表量程可达到5Mpa，精度为±0.3%左右，流量计量程可达到150L/min，精度为±0.3%左右，在其工作条件下，均可提供良好的试验结果。

而机械计量的压力表和流量表，虽然测量精度任然令人满意，但是试验过程中过多的手工操作较电子计产生大量的误差，更重要的是不能直观地表现在一定压力下流量随时间的变化，对地质师判断裂隙表现有重大影响。

1.1.2止水塞止水效果

目前使用较多的是水压式橡胶止水栓塞，这种栓塞被证明是有效且操作较为简便的。

大多数作业单位选择进行单端试验，这样的操作虽然较双栓塞更耗费时间，但在复杂孔内条件下可灵活处理试验段。

止水塞所能达到的工作压力应比为试验最大压力高0.5Mpa至1.0Mpa，目前市场所售的单栓塞基本都能达到内部压力3Mpa以上，可以满足大部分在变质岩、岩浆岩岩层进行试验的需求。

1.1.3水泵

在裂隙较发育的地区，当试验段较深时，往往需要在流量70L/min的条件下保持管路压力达到0.7Mpa进行试验。

1.1.4管路

指整个压水试验设备在计量表之后的整个工作段的止水效果。另外如果工作段过长，接手较多，还要测定压力和流量损失。

安装保护阀。保护阀的作用是防止启动水泵时过大破坏裂隙物理性质。进行试验前，应关闭保护阀，旁路阀完全打开。

1.2软件条件

主要是指试验的人工操作。包括：试验段的选定，止水塞的设置，试验的终止判定。如果使用机械计量表，还需要考虑读数的误差。

1.3环境条件

主要包括孔内环境和外界环境。

1.3.1孔内环境

在理想的吕荣试验条件下，孔内应该没有非自然杂质，所以理想的试验曲线为钻孔压水试验规程（DZ/T0132-94）中的A型P-Q曲线（层流型）。

而这种岩石一般为中风化以上的岩石。

如果裂隙发育，尤其是遇到裂隙面强风化甚至更严重的围岩，裂隙中的填充物将严重影响试验结果，最后形成E型P-Q曲线（填充型），若软弱裂隙被流体破坏，则形成D型P-Q曲线（冲蚀型）。

1.3.2外界环境

主要是指极端气候条件下，试验设备可能出现工作异常，例如在非洲高温条件下，电子设备可能出现因电路板温度过高导致传感器信号传输/解释异常。

2提高精度的方法

2.1选择合适的设备

读数设备推荐使用电子自动记录仪，如成都莹智生产的GMS系列压水/注浆记录仪及其配套设备。该系列仪器读数准确，适用地层广，可提供即时的流量-压力-时间曲线，操作员可直观地观察试验情况，及时，准确地调整试验程序。

压水试验用的水泵应可以保证在70L/min条件下可以稳定提供0.7Mpa的管路压力。工作电压380V的电动离心泵可提供满足试验条件稳定的压力。

所有接手，阀门等连接处都应该使用隔水胶垫或隔水胶布密闭，保证水流过计量表之后不会溢出。

2.2提供可靠的试验条件

包括良好的孔内条件及合适的设备工作条件

2.2.1提供良好的孔内条件

推荐使用金刚石钻头进行钻探。金刚石钻头较硬质合金钻头可制造更少的岩屑，且孔壁光滑方便设置止水塞。

提供干净的钻进用水。干净是指应尽量过滤水中常见的杂质，如泥沙，草叶。水上施工可制作滤水笼，敷设工业用滤布即可提供符合要求的钻进用水。陆地钻探施工可配置运输车辆运送驻地井水，或挖掘大型水池，灌注河水后用明矾等化学药剂使水中杂质沉淀，取用沉淀后的清水时应注意设置吸水泵高于池底0.30m以上，避免吸入沉淀物。钻进中若发现井口板反水中杂质过多，应及时更换钻进用水。

在钻进结束后应适用净水从孔底到试验段顶逐段清洗钻孔，直到孔口反水中无肉眼可观察到的杂质为止。

2.2.2提供良好的设备工作环境

为方便施工，目前的试验设备均尽量小型化，在中国大多数地区均适用。但是在非洲高温地区，地表温度超过54℃时，电子设备无法正常。搭建简易操作棚配合单体空调可提供适宜的工作条件方便高温地区试验。

2.3选择合适的试验压力，试验段

吕荣法在计算渗透率时要求压力-流量-时间曲线图为A型：层流型。即裂隙无变化，岩体不抬动，流量随压力升高呈线性关系。虽然其他图型也可以完成渗透性计算，但是需要一定的数学处理。在中风化到强风化的岩层里进行试验时，尤其是裂隙较发育的地层，由于岩石强度较低，如果压力过大，则可能破坏裂隙。通过五点法试验可以在数据上发现降压程高压的流量Q4小于升压程低压下的流量Q2，甚至最高压力P3下的Q3小于升压程流量，表明裂隙被破坏之后，部分碎屑和原填充物堵塞了原裂隙。同时，也可能造成裂隙破坏，渗透性迅速增大，裂隙表现不可逆。

例如，某项目21号孔第4段压水试验，处于强风化风化片岩层，岩心高度破碎，采取率低（见图二），观察井口板反水后判断损失的岩心为裂隙填充物及软岩石随钻进用水被冲走。在进行最高压力P3下的流量记录时发现第五分钟开始流量明显减小，稳定后P3压力下的流量Q3已经小于升压阶段P2压力下的流量Q2，完成试验后发现，升压阶段P1下的流量Q1大于降压阶段P2压力下的流量Q4（见表一）。

所以，在风化程度为中-强风化以下，裂隙较发育的岩层，应使用0.1MPa–0.2MPa–0.3MPa或类似比例的三级压力。

在岩石强度较高的地层进行试验时，应避开明显的裂隙或破碎带。例如某项目19号孔5号试验

发现流量较大，吕荣值最高在24左右（见表二），且有裂隙堵塞现象，经判断是试验段末尾39.60m至39.90m的高度破碎带被高压水流破坏原始状态。在6号试验中发现吕荣值最高在1左右，而5号试验段和6号试验段相比较，除高度破碎的0.30m之外，两试验段裂隙指数，裂隙间隙，裂隙填充物都基本一致（见图三，图四）。

3结论

为取得准确的压水试验数据，应选用自动化程度较高的设备进行数据采集，配合可靠性高的设备提供良好的试验环境，同时应合理地选择试验段，试验压力。

图四19号孔第6段压水试验地层岩心照片Corephotooftest19-6

参考文献：

[1]《压水试验操作指南》华北有色工程勘察院（苏丹）ManualforLUtest，NorthChinaGEO-EngineeringInvestigation（Sudan）（inChinese）

[2]中华人民共和国水利部，SL31–2003，《水利水电工程钻孔压水试验规程》。WaterresourcesdepartmentofP.R.C，SL31-2003，Codeofwaterpressuretestinboreholeforwaterresourcesandhydropowerengineering.

[3]宋金孝《钻孔压水试验中应注意的几个问题》[J]黑龙江水利科技2003年第三期103页，SongJinxiao，ThepointshouldbecareinboreholeLUtest[J]，HeilongjiangScienceandTechnologyofWaterConservancy，20033：103（inChinese）.

作者简介：

田晔玮，（1984.12--），男，土家族，重庆人，工程师，地质工程本科学士，从事水利水电工程相关专业的施工和研究工作。