碾压混凝土坝钻孔取芯压水试验及成果分析

刘清波

摘要：如何有效检测碾压混凝土坝的透水率一直是人们探讨的课题。湖南莽山水库大坝全断面主体为碾压混凝土坝，在大坝钻孔取芯压水试验中，改进压水系统及操作工艺，稳定可靠地获取了透水率;并开展碾压混凝土透水率、不利断口试验成果的相关分析，准确评定了碾压混凝土的质量及渗透状态。论文研究成果可供同类工程及相关试验参考。

关键词：透水率;碾压混凝土;钻孔取芯;压水试验;不利断口;相关性;莽山水库

中图法分类号：TV642文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.023

Abstract： How to effectively test the permeability of RCC dam is a topic people have always been discussing. The Mangshan reservoir dam in Hunan Province is RCC dam. In the the water pressuring test on the entire main RCC dam， the water pressure system and operation technology were improved， and the permeability rate was obtained. In addition， the test results of water permeability rate and adverse fracture test of RCC were analyzed， and the quality and permeability state of RCC were accurately evaluated. The test results can be used as reference for similar projects and related tests.

Key words： permeability; RCC; hole drilling and core taking; pressuring test; adverse fracture; correlation; Mangshan Reservoir

1 工程概况

碾压混凝土坝兼有常态混凝土重力坝和堆石坝的优点，但由于采用通仓、薄层（厚约0.3 m）连续铺筑碾压，存在众多层面和缝面，如果处理不当就会形成渗漏通道[1-7]。坝体渗漏会引起混凝土溶蚀，降低混凝土强度，影响混凝土耐久性，同时会产生较大的扬压力，造成隐伏结构薄弱面，对坝体稳定性构成威胁[8]。对国内外已建碾压混凝土坝的运行观测表明，渗漏问题普遍存在于碾压混凝土中[9-10]。通常采用钻孔取芯和压水试验综合方法评价碾压混凝土浇筑质量[11]。

湖南莽山水库大坝全断面主体为碾压混凝土（三级配C9015W6F50）坝，上游面为垂直面，下游坝坡为1∶0.75，坝顶宽为6 m，最大坝高101.30 m，最大底宽81.58 m，壩顶总长为354.8 m，浇筑工期20个月。在检测与评价其碾压混凝土坝的浇筑质量时，分析和总结以往的钻孔取芯和压水试验方法，在此基础上改进了压水系统和操作工艺，并开展了试验成果相关分析。在莽山水库大坝碾压混凝土质量检测中，利用其浇筑间歇期在不同高程进行3次钻孔取芯和压水试验。钻孔取芯和压水试验指标见表1。

2 钻孔压水试验

钻孔压水试验的任务是测定碾压混凝土的透水性，主要依据SL 31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》开展试验。该试验法源于岩体原位渗透试验法，其结果用于评价岩体渗透性和渗控设计;对于碾压混凝土现场钻孔压水试验，由于碾压混凝土与岩体物理力学特性不同导致其在渗透性方面存在差异，故严格地讲引用该规程不能有效测取碾压混凝土渗透率。岩石地基的节理裂隙发育，一般透水性较强;碾压混凝土层面不明显、一般为不饱和区，透水性较弱。因此，必须有针对性地布设孔位、孔深且注意及注水压力的选择。

2.1 检测方法

主要通过压水试验检测其5 m长试段内的透水率，辅以对应试段芯样的不利断口率和取样深度的检测，如图1所示。

由于碾压混凝土内渗透系数k一般为1×10-8～10-9cm/s，透水率≤1 Lu。若在此微透水区域内按岩体内的压水试验方法进行压水试验，难以满足其精度要求。因此，对压水系统进行了改造和加工。

2.1.1 压水系统

（1）压水设备。供水稳定性（包括压力和流量）是注水试验的直接影响因素，供水不稳定、压力和流量波动大会使碾压混凝土压水试验检测目的难以实现，对此，在莽山水库大坝注水试验中应选择计量精度高、压水稳定的计量泵，避免采用一般泥浆泵，并选用具有无级调节行程功能的压水泵。

（2）进水测量装置。进水量观测也是现场压水试验的重要环节。为此，在试验中专门定制了一套进水测量装置，既能满足测读各种微小渗水量的要求，又能连续测读且具备校核功能。

（3）供水管路。采用内径一致且能承受1.2 MPa的胶管插入钻杆内供水，解决管路漏水及接头压力损失的问题。

（4）止水胶塞。采取包括涂抹凡士林等措施确保胶塞周围密封性良好。试验证明，改进后的系统可有效测定0.20～1.13 Lu范围内的渗透率。

2.1.2孔位布置及压力选择

（1）孔位布置及施钻次序。根据坝体结构特点、混凝土分区及施工工序等布设孔位和孔深;压水孔多布设在靠近上游面的防渗段内，针对混凝土浇筑工况布设取芯孔;施钻次序一般为先钻压水孔，后钻取芯孔。

（2）压力选择。采用自上而下分段压水，为避免坝体产生抬动，试验段全压力最大约为0.6 MPa。

2.2 检测成果

现场3次压水试验中，共布设7个孔。试验段全压力为0.6 MPa。压水试验参数及透水率统计见表2。由表2可以看出，7个孔中，渗透率最大值达1.13 Lu，但平均值约为0.66 Lu，这反映出孔中部分测段存在不密实的问题。

3 钻孔取芯检验

钻孔取芯是从满90 d龄期的碾压混凝土中取样，对其外观、长度、断面骨料分布均匀性，混凝土密实程度及胶结情况等进行评定，同时利用部分芯样进行力学指标试验，以确定碾压混凝土的力学特性。钻孔取芯按SL 53-94《水工碾压混凝土施工规范》进行。3次现场取芯检验中共布置7个孔（均在压水试验孔附近1 m范围内），芯样获得率及断口形态数量统计见表3。表3中其他断口是指包括机械人工折断、人工搬运折断、骨料架空、浆液离析、骨料分离的折断、大骨料粒径占芯样直径的1/3而折断等;不利断口率（层面断口、缝面断口）体现的是碾压混凝土层间缺陷（裂缝、内部缺陷等），影响坝体的整体性，减弱坝体的防渗性能[8]。

4 试验成果及其分析

莽山水库大坝碾压混凝土3次钻孔取芯和压水试验共钻孔14个（7个取芯孔和7个压水试验孔）。3次试验中碾压混凝土芯样获取时不利断口率分别为20.0%，24.8%和25.9%;对应（不同高程）平均透水率分别为0.52，0.68 Lu和0.77 Lu;反映了不同高程混凝土密实程度及胶结不一致。

对碾压混凝土透水率和不利断口率检测数据进行分析，发现不利断口率高时，透水率也大。对透水率和不利断口率进行线性拟合，发现碾压混凝土透水率和不利断口率具有良好相关性，一次线性相关系数大于0.8，见表4及图2。

不利断口率主要反映了碾压混凝土层间结合处的施工质量和最易形成渗漏通道的缺陷部位。运用不利断口率与透水率密切相关性，结合碾压混凝土施工状况（如间隔时间、层面处理方式、碾压质量、浇筑时的气候、混凝土的配合比等），可有效分析和评定碾压混凝土渗流特性及施工质量。

5 结 论

（1）改进和选择压水系统及操作工艺，有效地测定了碾压混凝土透水率，具有精度高、可靠性强等特点。

（2）碾压混凝土透水率与芯样不利断口率具有良好相关性，相关系数为0.83，考虑碾压混凝土渗透性是混凝土浇筑质量的重要体现，故层面的胶结密实性是碾压混凝土施工控制的重点。

（3）利用透水率、不利断口率的相关性可确定碾压混凝土浇筑缺陷位置，可适量布设孔隙压力计，以为大坝运行与维护提供科学数据。

参考文献：

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[11] 李淑华，李艳红. 碾压混凝土筑坝中压水试验质量评定分析[J]. 人民长江，2008，39（5）：68-69.

（编辑：唐湘茜）