保丰水库碾压混凝土大坝钻孔取芯试验研究

穆鹏飞

（遵义黔通达检测试验有限责任公司，贵州 遵义 563000）

0 引言

一个水源工程项目的施工质量好坏，不但决定着该项目是否发挥应有效益，还关系到下游群众的生命财产安全，因此水库大坝的浇筑质量显的尤为重要。本文通过保丰水库碾压混凝土大坝进行钻孔取芯检测试验及压水试验的研究，用以检验保丰水库大坝坝体整体浇筑质量。

1 工程概况

习水县保丰水库工程位于贵州省习水县双龙乡境内，为省级重点水利建设项目，水库坝址位于双龙乡杨寺岩村，距习水县城郊79km，距双龙乡15km，于沙溪河上游河段，坝址以上流域面积69.2km2，主河道长12.3km，年平均流量3770 万m3。

水库大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高67m，坝面高程906.0m，其中大坝迎水面垂直，坝后EL900.00m高程以上垂直，以下以1：0.8 延伸至下游护坦及护岸，坝顶宽8.0m， 自垂直迎水面横向0 ～0.5m 为C9020W6F50 变态混凝土，横向0.5～2.5m 为C9020W6F50二级配碾压混凝土，其后坝体及坝体内部为C9015W4F100 三级配碾压混凝土或变态混凝土，坝轴线长196.0m，其中0+0.000～0+106.50m 为右坝肩挡水坝段（右岸非溢流坝段），0+144.50～0+196.0m 为左坝肩挡水坝段（左岸非溢流坝段），溢流坝段布置在河床中部，采用WES 自流堰，斜坡消能，堰顶高程900.0m，顶部架设交通桥，取水兼放空建筑物布置在左坝肩挡水坝段坝体内或坝前方，取水口高程870.0m。

2 试验研究

2.1 试验目的

通过保丰水库碾压混凝土大坝进行钻孔取芯检测试验及压水试验的研究，并对压水孔做影像测试，直观了解钻孔内部情况[1]，用以检验保丰水库大坝坝体防渗性能以及整体浇筑质量。

2.2 钻孔取芯及压水试验

在碾压混凝土坝体布置具有代表性的取芯孔，对取出芯样外观、芯样长度、芯样断面、芯样骨料分布均匀性、混凝土致密程度及胶结情况作直观检查，并对芯样的抗剪断强度、抗压强度等力学指标的测定，同时进行综合评定，评判大坝浇筑质量。

2.2.1 钻孔取芯及压水试验孔位布置

结合坝体结构及材料分区，根据本工程碾压混凝土质量代表性的部位，按照设计相关要求，在大坝EL905.7m 高程坝面共布置了5 个检查孔，其中3 个为取芯孔，3 个取芯孔分别右岸非溢流坝段三级配区、溢流坝段二级配区和左岸非溢流坝段变态混凝土区。2 个压水试验孔，压水试验孔布置在取芯孔附近。

2.2.2 检测依据

钻孔取芯依据《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T 5112—2021），压水试验依据《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL 31—2003），力学指标检测依据《水工碾压混凝土试验规程》（DL/T 5433—2009）[2-3]。

2.2.3 主要设备

根据芯样尺寸及压水试验相关要求，选取的主要设备如表1 所示。

表1 钻孔取芯、压水试验、检测试验主要设备

2.2.4 钻孔取芯

本次大坝钻孔取芯累计进尺112.7m，其中C9020W6F50 变态混凝土进尺20.0m，占17.75%，C9020W6F50 二级配碾压混凝土进尺45.9m，占40.73%，C9015W4F100 三级配碾压混凝土进尺40.15m，占35.63%，常态混凝土进尺1.95m，占1.73%，基岩进尺4.7m，占4.16%。

（1）取芯成果。112.7m 钻孔取芯进尺中，所取芯样111.9m，其中柱状芯样长111.5m，本次钻孔取芯芯样采取率99.29%、芯样获得率98.94%。

108.0m 坝体混凝土进尺中，所取芯样107.39m，其中柱状芯样107.29m，坝体混凝土芯样采取率99.43%，坝体混凝土芯样获得率99.34%。

其中20.0m C9020W6F50 变态混凝土钻孔进尺中，所取芯样20.0m，其中柱状芯样20.0m，芯样采取率100%、芯样获得率100%；45.9m C9020W6F50 二级配碾压混凝土钻孔进尺中，所取45.71m，其中柱状芯样长45.7m，芯样采取率99.58%、芯样获得率99.58%；40.15m C9015W4F100 三级配碾压混凝土钻孔进尺中所取芯样39.73m，其中柱状芯样长39.63m，芯样采取率98.95%、芯样获得率98.70%；1.95m 常态混凝土钻孔进尺中，所取芯样1.95m，其中柱状芯样长1.95m，芯样采取率100%、芯样获得率100%。4.7m 基岩钻孔进尺中所取芯样4.51m，其中柱状芯样长4.21m，基岩芯样采取率95.95%、芯样获得率89.57%[4]。

（2）芯样外观分析。对取出芯样进行外观检查，根据《水工碾压混凝土施工规范》（SL 53—1994）中的质量评定标准进行统计分析。

获取的107.29m 坝体混凝土柱状芯样，芯样表面光滑，骨料分布均匀，表面致密，胶结优良的104.79m，坝体混凝土芯样外观优良率97.67%，芯样外观合格率98.46%。

获取的105.34m 坝体碾压混凝土柱状芯样，芯样表面光滑，骨料分布均匀，表面致密，碾压混凝土芯样外观合格率98.44%。

其中，20m C9020W6F50 坝体变态混凝土柱状芯样中，芯样表面光滑，骨料分布均匀，表面致密，胶结优良的20.0m，坝体变态混凝土芯样外观优良率100%，坝体变态混凝土芯样外观合格率100%。

获取的45.71m C9020W6F50 坝体二级配碾压混凝土柱状芯样，芯样表面光滑，骨料分布均匀，表面致密，胶结优良的44.56m，坝体二级配碾压混凝土芯样外观优良率97.48%，坝体二级配碾压混凝土芯样外观合格率98.36%。

获取的39.63m C9015W4F100 坝体三级配碾压混凝土柱状芯样中，芯样表面光滑，骨料分布均匀，表面致密，胶结优良的38.28m，坝体三级配碾压混凝土混凝土芯样外观优良率96.59%，坝体三级配碾压混凝土芯样外观合格率97.73%。

95m C9020 坝体常态混凝土柱状芯样中，芯样表面光滑，骨料分布均匀，表面致密，胶结优良的1.95m，坝体常态混凝土芯样外观优良率100%，坝体常态混凝土芯样外观合格率100%。

（3）芯样断口类别与折断形态。108m 坝体混凝土进尺中，所取107.29m 柱状芯样，共有断口87 个，即87 节，柱状芯样平均长度1.23m，其中，C9020W6F50 变态混凝土芯样断口13 个，占14.94%。C9020W6F50 二级配防渗碾压混凝土芯样断口39 个，占44.83%。C9015W4F100 三级配碾压混凝土芯样断口34 个，占39.08%。C9020 常态混凝土芯样断口1 个，占1.15%。86 个碾压混凝土芯样断口中，按芯样折断形态共分6 类，即：C1 型：机械人工折断，芯样断口呈齿状；C2 型：层面折断，芯样断口较平整；C3 型：缝面折断，芯样断口粘砂浆；C4 型：人工搬运折断，芯样断口呈不规则状；C5 型：浆液离析，骨料集中或分离而折断；C6 型：大骨料占芯样的1/3 而折断。断口总数占比为：C1 型占25.58%；C2 型占13.95%；C3 型占15.12%；C4 型占18.60%；C5 型占25.58%；C6 型占1.17%。

以上数据表明，碾压混凝土芯样断口多为机械人工和骨料集中或分离折断。

2.2.5 现场压水试验

（1）试验步骤及技术要求。采用XY-2 型岩芯钻机ϕ73mm 金刚石钻头旋转造孔，每钻进一压水段长后，利用钻机卷扬把止水栓塞连通管下至试验段顶部高程，且将止水栓塞射水管延长至距试段孔底0.5m，加压手动泵，将止水栓塞栓紧固定，启动压力供水泵，调整进水水管泄压阀，将连通管试段内空气、岩粉、废渣冲洗干净，遵循从小到大的原则，逐步调整进水管泄压阀，待试段孔内回水清洁，无岩粉，气泡带出现后，逐步调整返水管道上泄压阀，当孔口压力表指针接近该段压水试验压水值并无来回摆动时，继续调整返水管道上泄压阀，返水管道上泄压阀制水量大小宜以孔口压力表指针稳定在设计压力值为准[5]。

本次压水试验采用自上而下单点法，纯压式压水，分段试验段长为5m，设计压力孔深30m 以上为0.3MPa，60m 以上压力为0.6MPa。

（2）压水试验成果。当孔口回水管道上压水表反映的压力稳定在设计压力上，记量内管道无漏水现象，且记录仪显示的流量无增大或减小的趋势时，开始记时读数，每隔5min 记录一次流量，连续5 个流量中，最大值与最小值之差小于最终值的10%时，试验便结束。

（3）压水成果分析。通过现场压水试验得知，位于三级配混凝土区的9 段/次压水试验，透水率为0.19～3.3Lu；位于二级配混凝土区的9 段/次压水试验，透水率为0.15～2.4Lu，表明该坝体具有较好的防渗性能。

2.3 芯样力学性能结果

按照要求选取相应高程的芯样，作抗剪断强度、抗压强度等力学指标的测定，判断其力学性能。抗剪断强度、抗压强度分别如表2、表3 所示。

表2 抗剪断试验结果

表3 抗压强度试验结果

通过芯样进行室内力学性能检试验，位于三级配区的C15 混凝土芯样抗压强度为21.2MPa～21.4MPa，抗剪断试验中c′为3.67MPa～3.68MPa，f′为1.06～1.03；位于二级配区的C20 混凝土芯样抗压强度为26.0MPa ～27.3MPa，抗剪断试验中c′为3.73MPa ～3.83MPa，f′为1.06～1.16；位于变态混凝土区的C20混凝土芯样抗压强度23.0MPa～23.7MPa，抗剪断试验中c′为3.78MPa，f′为1.12，说明了大坝浇筑的质量比较好。

3 结语

通过保丰水库大坝碾压混凝土钻孔取芯试验，从芯样的外观质量评价、芯样断口类别及折断形态、芯样力学试验以及钻孔压水测试试验成果分析，验证了大坝碾压混凝土的强度、容重、密实度、层间结合均满足设计指标要求，说明大坝整体浇筑质量是比较好的，为下一步工程下闸蓄水奠定了坚实的基础。