CN102721634B - 钻孔压力注水原位渗透试验方法及试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔压力注水原位渗透试验方法及试验装置，所述方法包括以下步骤：A.在测试对象上钻孔；B.在钻孔内插入一根注水管，在注水管的上端设有补水容器；C.在钻孔内壁与注水管之间设置密封栓塞，使密封栓塞以下至钻孔底部之间的一段形成封闭的试段；D.通过注水管将试段内注满水，直至液面到达补水容器内；E.开始计时，并向补水容器内及时补水，保持补水容器内的液面相对稳定；F.根据一段时间内的补水量，可以计算出试段在单位时间内的渗透流量，进而计算出测试对象的渗透系数。本发明可以用于测试渗透系数较小的地基结构，提供符合要求的水头压力，能够测试到稳定的流量，最终得到需要的渗透系数。

Description

钻孔压力注水原位渗透试验方法及试验装置

技术领域

本发明涉及一种适用于各种原状地基、处理地基的钻孔压力注水原位渗透试验方法，以及用于该方法的试验装置。

背景技术

为了测定渗透系数或抗渗能力，对原状地基（如原状土、岩石）或处理地基结构（如化学加固法的注浆地基、搅拌桩及各种材质的地下连续墙等）需要进行原位渗透试验，方法通常是采用钻孔后进行注水试验或压水试验。

上述原位渗透试验的方法，均是把原状地基或处理地基结构作为抗渗介质，钻孔后约定测试对象的形状系数，利用自然水位或其他加压方式提供水头，辅以计时、计量等设备，通过测试单位时间内的流量来计算渗透系数k，此为本领域的公知常识。其中，注水试验是利用地面与地下水位的高程差提供水头，一般水位压力有限，对厚度较大的测试对象以及不均匀的测试对象不能分段进行试验评估；压水试验是利用栓塞对钻孔进行分段，由水泵提供压力，使用水表或流量计进行计量的一种方法，但对渗透系数较小的试验，因水表或流量计分辨率较低而难以测读流量，且水泵产生的脉动水压力易破坏测试对象结构，导致难以得到稳定的流量。

发明内容

本发明的一个方面要解决的问题是提供一种水头压力稳定、可以对渗透系数较小的测试对象进行分段测试的原位渗透试验方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种钻孔压力注水原位渗透试验方法，包括以下步骤：A.在测试对象上钻孔；B.在钻孔内插入一根注水管，注水管的上端高于测试对象的上表面，在注水管的上端设有补水容器；C.在钻孔内壁与注水管之间设置密封栓塞，使密封栓塞以下至钻孔底部之间的一段形成封闭的试段；D.通过注水管将所述试段内注满水，直至注水管内的液面到达补水容器内；E.开始计时，并通过计量设备向所述补水容器内及时补水，保持补水容器内的液面相对稳定，以在预定高程向所述试段内提供满足要求的静水压力；F.根据一段时间内的补水量，可以计算出所述试段在单位时间内的渗透流量，进而计算出测试对象的渗透系数。

优选地，所述测试对象为原状地基或处理地基。

优选地，在所述步骤D之前，还设置一根排气管，所述排气管的下端穿过密封栓塞插入试段内，排气管的上端高于补水容器内的液面。

优选地，在所述步骤D之前，还设置一根排气管，所述排气管的下端穿过密封栓塞插入试段内，排气管的上端设有排气阀并低于补水容器内的液面，在所述步骤D中，先打开排气管上端的排气阀，当排气管中有水溢出时，关闭所述排气阀。

本发明的另一个方面要解决的问题是提供一种用于上述方法的试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种钻孔压力注水原位渗透试验装置，包括以下部件：注水管，注水管的上端设有补水容器，注水管的下端设有下凸起；外套管，活动地套在注水管的外面，外套管的外壁上设有上凸起；排气阀，连接在外套管上；密封圈，设置在外套管的内壁与注水管的外壁之间，并位于所述排气阀上方；密封栓塞，套在外套管的外面，并位于所述下凸起和上凸起之间；栓塞挤压装置，包括套在注水管外壁上的螺母转盘，所述螺母转盘与注水管外壁上的一段螺纹相配合，所述外套管的上端顶在螺母转盘的底面上。

优选地，所述外套管的下端设有滑槽，所述注水管下端的下凸起穿过所述滑槽，伸到外套管的外面。

优选地，所述补水容器呈碗状、内表面设有刻度标识。

优选地，所述注水管和外套管均由多段拼接而成。

优选地，所述密封栓塞由橡胶材料制成。

更优地，所述下凸起与密封栓塞之间、以及上凸起与密封栓塞之间均设有环形垫片。

本发明的有益效果是：本发明的方法通过对钻孔施加静水压力的方式，可以用于测试渗透系数较小、而要求试验水头适中的原状地基或处理地基结构，提供符合要求的水头压力，能够测试到稳定的流量，最终得到需要的渗透系数。利用本发明的装置可以更好、更方便地实现上述试验方法。

附图说明

图1是本发明钻孔压力注水原位渗透试验方法的原理图。

图2是本发明钻孔压力注水原位渗透试验方法第一种实施方式的示意图。

图3是本发明钻孔压力注水原位渗透试验方法第二种实施方式的示意图。

图4是本发明一种钻孔压力注水原位渗透试验装置的结构示意图。

图5是图4中A-A处的剖面示意图。

图6是图4中B-B处的剖面示意图。

图中：

1、测试对象                 2、钻孔

3、密封栓塞                 4、注水管

5、补水容器                 6、计量设备

7、计时装置                 8、排气管

9、排气阀                   10、外套管

11、密封圈                  12、螺母转盘

21、试段                    31、环形垫片

32、环形垫片                41、下凸起

42、管接头                  43、螺纹

91、三通接头                101、上凸起

102、管接头                 103、滑槽

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，本领域技术人员由此可以更清楚地了解本发明的其他优点及功效。

需要说明的是，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，仅用以配合具体实施方式，供本领域技术人员更清楚地了解本发明的构思，并非用以限制本发明的保护范围。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明的功效及目的达成的情况下，均应仍落在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明一种钻孔压力注水原位渗透试验方法，其试验过程如下：

先在测试对象1上预先打好钻孔2，该测试对象比如可以是原状地基（如原状土、岩石）或处理地基（如化学加固法的注浆地基、搅拌桩及各种材质的地下连续墙等）。

然后在钻孔2内插入一根注水管4，注水管4的上端高于测试对象1的上表面（地面）一定高度，以满足一个预定的高程，且在注水管4的上端设有补水容器5。

在钻孔2内壁与注水管4之间设置密封栓塞3，也就是说，注水管4的下端穿过密封栓塞3插到密封栓塞3的下方，这样在密封栓塞3以下至钻孔2的底部之间形成一段封闭的试段21。向补水容器5内加水，通过注水管4将试段21内注满水，直至注水管4内的液面到达补水容器5内，并记下液面的最终位置。由于该液面具有一定高度，因此在试段21内产生了满足要求的预定静压力。

接着用计时装置7开始计时，由于试段21内的水会向外渗透，因此需要通过计量设备6向补水容器5内及时补水，以保持补水容器5内的液面相对稳定，进而在预定高程使所述试段内静水压力保持稳定。

最后，根据一段时间内的补水量，可以计算出试段21在单位时间内的渗透流量，进而计算出测试对象1的渗透系数。根据单位时间内的渗透流量计算渗透系数为本领域技术人员的公知常识。

在上述通过注水管4向试段21内注水的过程中，要保证试段21内的空气可以顺利排出，如图1所示，可以不设置单独的排气管，在注水前，套在注水管上的密封栓塞3先不塞入钻孔2中，当钻孔2中注满水后，再将密封栓塞3压入钻孔2中。或者设置一个可以沿径向膨胀的密封栓塞3，在初始状态下，密封栓塞3与钻孔2的内壁之间有一定的间隙，向钻孔2中注水时，空气可以从密封栓塞3周围的间隙中排出，当密封栓塞3下方被水充满时，使密封栓塞3沿径向膨胀，在其下方形成一个封闭的试段21，在下文中将给出一种可以沿径向膨胀的密封栓塞3。或者，在注水水流较小的情况下，空气甚至可以从注水管4中排出。

如图2所示，也可以在密封栓塞3上设置一根排气管，排气管8的下端穿过密封栓塞3插入试段21内，但无需插入太深，以刚好穿透密封栓塞3为宜，先将密封栓塞3塞入钻孔2中，再往试段21内注水。排气管8的上端要高于补水容器5内的液面，以确保水不会从排气管8的上端溢出。在另一种实施例中，如图3所示，排气管8的上端也可以低于补水容器5内的液面，但在排气管8的上端设有排气阀9，在向试段21内注水的过程中，先打开排气管8上端的排气阀9，使试段21内的空气可以顺利排出，当排气管8中有水溢出时，说明试段21内的空气已经排尽，此时应关闭排气阀9进行保压。

通过上述过程的解释，可以理解，在本发明的试验方法中，可以设置排气管，也可以不设置排气管；可以先将密封栓塞3压入钻孔2中再注水，也可以先向钻孔2内注水再塞入密封栓塞3，只要是能在密封栓塞3下方形成一段注满水且封闭的试段21即可。

下面介绍一种可用于本发明上述试验方法的试验装置。

如图4所示，本发明一种钻孔压力注水原位渗透试验装置，包括一根注水管4，注水管4的上端设有补水容器5，注水管4的下端固定设有下凸起41。一根外套管10活动地套在注水管4的外面，在外套管10的外壁上固定设有上凸起101；密封栓塞3套在外套管10的外面，并位于上述下凸起41和上凸起101之间，密闭栓塞3的外径和内孔径分别与测试对象上的钻孔直径、外套管10的外径相匹配。在一种优选实施例中，在下凸起41与密封栓塞3的下端面之间设有金属的环形垫片31，在上凸起101与密封栓塞3的上端面之间设有金属的环形垫片32。在靠近注水管4上端的外壁上、补水容器5的下方，设有一段螺纹43，螺母转盘12套在注水管上并与该螺纹43相配合（如图6所示），外套管10的上端顶在螺母转盘12的底面上。螺母转盘12构成栓塞挤压装置，当转动螺母转盘12时，可以带动外套管10相对于注水管4向下滑动，进而外套管10通过上凸起101向下挤压密封栓塞3，由于密封栓塞3的下端被注水管4上的下凸起41固定，这样，密封栓塞3就被夹紧在下凸起41和上凸起101之间，密封栓塞3优选由橡胶材料制成，在轴向夹紧的情况下可以沿径向膨胀。

当本发明试验装置插入测试对象的钻孔中时，利用栓塞挤压装置挤压密封栓塞3，使其沿径向膨胀，可以在密封栓塞3与钻孔内壁之间形成可靠的密封。

在本发明中，外套管10除了用于安装密封栓塞3，以及配合螺母转盘12用于挤压密封栓塞3之外，外套管10与注水管4之间的空腔还用作排气管。如图4所示，在外套管10上连接排气阀9，排气阀9通过一个三通接头91连接在外套管10上，在排气阀9和三通接头91的上方设有密封圈11，密封圈11设置在外套管10的内壁与注水管4的外壁之间。当本发明试验装置插入测试对象的钻孔中时，在密封栓塞3以下形成封闭的试段，通过注水管4向试段内注水时，排气阀9打开，试段内的空气通过外套管10和排气阀9排出，当排气阀9中有水溢出时，试段内已经被水充满，应当关闭排气阀9，以避免因漏水而使试段内的水压力无法达到预定值。然后继续加水，直至注水管4内的液面到达补水容器5内，使试段内的静水压力达到预定值。优选地，补水容器5呈碗状、内表面设有刻度标识。并且，为了使补水容器5的高度可调，从而在试段内形成不同的静水压力，注水管4和外套管10可以由多段拼接而成，管段之间由管接头42、102连接，增减管段的数量可以调节补水容器5的高度。所述上凸起101可以直接由外套管上的其中一个管接头102构成。

结合图4、图5，下凸起41的一种优选设置方式是，下凸起41为金属焊块，沿注水管4的外壁呈辐板状向外延伸，在外套管10的下端设有纵向的滑槽103，下凸起41穿过所述滑槽103，伸到外套管10的外面，从而对密封栓塞3起到限位作用。

本发明特别适用于进行一些要求采用固定水头压力、分段测试且测试对象渗透系数较小的原位渗透试验。

Claims (6)

1.一种钻孔压力注水原位渗透试验装置，其特征是，包括以下部件：

注水管，注水管的上端设有补水容器，注水管的下端设有下凸起；

外套管，活动地套在注水管的外面，外套管的外壁上设有上凸起；

排气阀，连接在外套管上；

密封圈，设置在外套管的内壁与注水管的外壁之间，并位于所述排气阀上方；

密封栓塞，套在外套管的外面，并位于所述下凸起和上凸起之间；

栓塞挤压装置，包括套在注水管外壁上的螺母转盘，所述螺母转盘与注水管外壁上的一段螺纹相配合，所述外套管的上端顶在螺母转盘的底面上。

2.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征是，所述外套管的下端设有滑槽，所述注水管下端的下凸起穿过所述滑槽，伸到外套管的外面。

3.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征是，所述补水容器呈碗状、内表面设有刻度标识。

4.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征是，所述注水管和外套管均由多段拼接而成。

5.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征是，所述密封栓塞由橡胶材料制成。

6.根据权利要求5所述的渗透试验装置，其特征是，所述下凸起与密封栓塞之间、以及上凸起与密封栓塞之间均设有环形垫片。