堆石混凝土壩壩體防滲質量檢測方法在工程中的應用

潘展釗 李 凌 袁明道

(1.廣東省水利水電科學研究院,廣州 510610;2.廣東省大壩安全技術管理中心,廣州 510610)

堆石混凝土是由清華大學提出的一種新型混凝土,其施工步驟大致如下:將混凝土的粗骨料初步篩分,直接堆石入倉,然后澆筑自密實混凝土,利用自密實混凝土的高流動性能,使得自密實混凝土通過自流填充到堆石的空隙中,形成完整、密實、有較高強度的混凝土(Rock-fill Concrete,RFC)[1]。堆石混凝土是利用大量的塊石作為建筑材料,充分發揮低水化熱專用自密實混凝土的性能優勢,具有低水泥用量與低水化熱,高密實度與高強度保證率,提高工效,縮短工期,降低施工成本等性能特點和優勢。

在大壩建設工程實踐中,壩體防滲性能的好壞直接影響結構安全和經濟效益,而堆石混凝土壩壩體防滲質量的檢測方法及其合格標準的也鮮見研究成果發表。

1 堆石混凝土的抗滲性能

目前對堆石混凝土的抗滲性能研究還處于起步階段,國內學者也進行了室內試驗等專題研究,得到的結論不盡相同。一些學者[3]通過試驗觀察到堆石混凝土試件中發生滲透的部位有4處:石塊自身裂縫、石塊邊緣、自密實混凝土內部以及C60砂漿修補縫。計算得到的堆石混凝土普通部位、熱縫和冷縫處的抗滲等級分別為W35、W31和W14。在外界水壓作用下,滲透路徑最有可能沿著石塊邊緣發展,所以試驗中大部分試件的滲透位置都發生在石塊邊緣。

而另有研究人員[4]認為:由于堆石混凝土采用塊石分層堆放、自密實混凝土分層充填的施工方式,因此存在水平施工縫,這些施工縫粘結面將是結構長期安全運行過程中的薄弱環節。他們通過抗滲試驗,得出堆石混凝土的滲水主要還是發生在施工冷縫處的粘結面上,該粘結面是其滲水的主要通道,其滲透性大于施工熱縫處的滲透性。

上述研究均提到大粒徑骨料與自密實混凝土的結合面是較可能發生滲透的部位。然而,上述試驗均是室內抗滲試驗,堆石混凝土的質量容易保證。從工程實踐角度考慮,還需通過壩體的原位測試檢測施工質量和實際的防滲性能。

2 壩體防滲質量檢測方法

2.1 檢測標準

近年來有關堆石混凝土的筑壩試驗已取得了初步的成果[2],并進行了一些實際工程的嘗試,具有廣闊的應用前景。由于堆石混凝土是新型技術,目前我國暫無相關專門規范或標準,具體到水利工程建設中,同樣缺乏堆石混凝土壩的相關標準。

堆石混凝土壩是新型技術,相關防滲質量檢測方法還未有規范規定,因此也沒有一個明確的合格標準。本文針對所推薦的壓水試驗檢測方法,參考《混凝土重力壩設計規范》,結合廣東省某堆石混凝土壩檢測成果,提出堆石混凝土壩壩體壓水試驗合格標準與帷幕灌漿合格標準一致,即壩體防滲和帷幕防滲發揮同等重要的作用。

2.2 壓水試驗檢測的優勢

結合以往大量類似工程實踐經驗和檢測數據,采用現場原位壓水試驗檢測堆石混凝土壩壩體的防滲質量,壓水試驗在堆石混凝土壩壩體檢測中具備較為顯著的優勢。

(1)壓水試驗的原理明確,方法簡單,已長期為水利工程技術人員熟悉和使用,滿足通用性要求。

(2)《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》規定檢測壩基帷幕灌漿防滲質量時,采用壓水試驗的方法[5]。從防滲質量上看,壩體與壩基所起的作用聯系十分緊密,原理也相近,因此也可以借鑒壩基檢測的方法進行壩體防滲質量的檢測。

(3)壓水試驗的檢查孔可靈活布置,對質量存疑的部位還可以加密布置,能方便地檢測局部壩體的防滲質量。

(4)結合堆石混凝土施工工藝,壓水試驗可采取分層檢測的辦法,將超高壩體分層檢測,相鄰兩層檢測深度進行一定疊加。這樣既可以將檢測工作交叉到施工進度中,及早發現防滲隱患,又可以避免深度過大帶來的技術難題和檢測誤差。

(5)采用壓水試驗不僅能反映壩體的防滲質量,還能檢查壩體施工縫結合面的滲透情況,便于發現較隱蔽的滲徑并及時處理,確保大壩整體防滲效果滿足設計要求。

3 防滲質量檢測應用的關鍵點

由于堆石混凝土的質量比帷幕灌漿更易控制、耐久性要求更高,現以廣東省某堆石混凝土壩壩體檢測成果,對壩體壓水試驗合格率的要求應適當嚴格。因此筆者建議壩體壓水試驗合格率應達到100%,即不允許有試驗段超過帷幕灌漿的透水率設計標準,否則應采取防滲處理措施。工程以重力壩為例,根據 《混凝土重力壩設計規范》的規定[6]:壩高在100m以上,透水率q為1～3Lu;壩高在50～100m之間,透水率q為3～5Lu;壩高在50m以下,透水率q為5Lu。則50m以下堆石混凝土壩壩體防滲質量檢測標準可規定為:壩體各壓水試驗段透水率不得超過5Lu。

4 工程應用

廣東省某水庫大壩為堆石混凝土壩,壩體防滲質量檢測已完成了大部分工作。該水庫位于岐江河一級支流北臺涌的支流長坑上游,始建于1972年。自舊壩建成以來一直存在滲漏問題,且反復堵漏無明顯效果。為徹底解決滲漏問題,提高水資源利用率,將舊壩拆除重建,大壩主體全部采用堆石混凝土施工技術。水庫重建后為防洪、供水為主的小型水庫,總庫容為161.35萬m2。壩高26.5m,壩頂長88.0m,壩軸線為圓弧形。工程按50年一遇(P=2%)洪水設計,500年一遇(P=0.2%)洪水校核。正常水位62.80m,設計洪水位64.86m,校核洪水位65.37m,屬4等級水利工程。

4.1 檢測參數

工程采用本文推薦的壓水試驗檢測方法,結合施工進度安排分層檢測和局部重點檢測,結果對壩體澆注質量控制及施工進度均起到良好效果。圖1為壩體防滲質量檢測孔平面布置圖,圖2為大壩防滲質量檢測孔斷面圖,綠色粗線表示檢測孔,下方是對應的里程。到目前為止沿壩體軸線方向布置了8個檢測斷面,已完成7個檢測孔。孔深隨壩體深度變化,孔底距壩基面2.0～2.5m,并根據施工進度將超過15m的孔分層檢測,相鄰層之間有1m以上重疊區域,采用5點法壓水試驗進行檢測。

圖1 壩體防滲質量檢測孔平面布置圖

圖2 大壩防滲質量檢測孔斷面圖

4.2 檢測成果分析

該壩的壩體防滲壓水試驗成果見表1。由表中可見,通過現場壓水試驗,檢測出2個孔存在滲徑,試驗時出現滲水情況,表明所推薦的原位壓水試驗能較好地檢查出防滲質量缺陷。各試驗段透水率最大值為4.2Lu,平均值為1.1Lu,小值平均值為0.58Lu,相應的統計圖見圖3。從圖中可以看出,各試驗段除BT1-1透水率較大 (4.2Lu)之外,其他數值較為接近,能反映出典型壩體的防滲質量。該壩的帷幕灌漿透水率標準為5Lu,各試驗段透水率均小于帷幕灌漿的設計標準,證明本文所提壩體防滲質量壓水試驗檢測標準是合理可行的。

表1 某壩體部分壓水試驗成果表

圖3 壩體壓水試驗結果統計圖

5 結 論

本文通過研究新型堆石混凝土的抗滲性能,結合大量工程經驗,探討了堆石混凝土壩壩體防滲質量檢測采用壓水試驗的優勢和可行性。同時,統計分析了珠三角地區某堆石混凝土壩壩體壓水試驗結果,提出壩體壓水試驗的合格標準與大壩帷幕灌漿的透水率采用相同要求,合格率應達到100%,將壩體與帷幕灌漿的防滲作用統一起來,既方便技術人員理解大壩的防滲等級,又便于工程質量檢測的實際操作。本文推薦的方法和標準在該堆石混凝土壩工程實例中得到了驗證,對保障壩體防滲質量起到關鍵作用。

[1]金峰,安雪暉,石建軍,張楚漢.堆石混凝土及堆石混凝土大壩[J].水利學報,2005,36(11):1347-1352

[2]金峰,安雪暉,張楚漢.北京軍區聯勤部堆石混凝土蓄水壩初步設計報告[R].北京:清華大學河川樞紐研究所,2005

[3]黃綿松,周虎,安雪暉,金峰.堆石混凝土綜合性能的試驗研究[J].建筑材料學報,2008,11(2):206-211

[4]張志恒,石建軍.堆石混凝土抗凍抗滲性能的試驗研究[J].南華大學學報(自然科學版),2009,23(3):76-79

[5]DL/T5148-2001.水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S]

[6]SL319-2005.混凝土重力壩設計規范[S]