保豐水庫(kù)碾壓混凝土大壩鉆孔取芯試驗(yàn)研究

穆鵬飛

（遵義黔通達(dá)檢測(cè)試驗(yàn)有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563000）

0 引言

一個(gè)水源工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量好壞，不但決定著該項(xiàng)目是否發(fā)揮應(yīng)有效益，還關(guān)系到下游群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此水庫(kù)大壩的澆筑質(zhì)量顯的尤為重要。本文通過(guò)保豐水庫(kù)碾壓混凝土大壩進(jìn)行鉆孔取芯檢測(cè)試驗(yàn)及壓水試驗(yàn)的研究，用以檢驗(yàn)保豐水庫(kù)大壩壩體整體澆筑質(zhì)量。

1 工程概況

習(xí)水縣保豐水庫(kù)工程位于貴州省習(xí)水縣雙龍鄉(xiāng)境內(nèi)，為省級(jí)重點(diǎn)水利建設(shè)項(xiàng)目，水庫(kù)壩址位于雙龍鄉(xiāng)楊寺巖村，距習(xí)水縣城郊79km，距雙龍鄉(xiāng)15km，于沙溪河上游河段，壩址以上流域面積69.2km2，主河道長(zhǎng)12.3km，年平均流量3770 萬(wàn)m3。

水庫(kù)大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高67m，壩面高程906.0m，其中大壩迎水面垂直，壩后EL900.00m高程以上垂直，以下以1：0.8 延伸至下游護(hù)坦及護(hù)岸，壩頂寬8.0m， 自垂直迎水面橫向0 ～0.5m 為C9020W6F50 變態(tài)混凝土，橫向0.5～2.5m 為C9020W6F50二級(jí)配碾壓混凝土，其后壩體及壩體內(nèi)部為C9015W4F100 三級(jí)配碾壓混凝土或變態(tài)混凝土，壩軸線長(zhǎng)196.0m，其中0+0.000～0+106.50m 為右壩肩擋水壩段（右岸非溢流壩段），0+144.50～0+196.0m 為左壩肩擋水壩段（左岸非溢流壩段），溢流壩段布置在河床中部，采用WES 自流堰，斜坡消能，堰頂高程900.0m，頂部架設(shè)交通橋，取水兼放空建筑物布置在左壩肩擋水壩段壩體內(nèi)或壩前方，取水口高程870.0m。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過(guò)保豐水庫(kù)碾壓混凝土大壩進(jìn)行鉆孔取芯檢測(cè)試驗(yàn)及壓水試驗(yàn)的研究，并對(duì)壓水孔做影像測(cè)試，直觀了解鉆孔內(nèi)部情況[1]，用以檢驗(yàn)保豐水庫(kù)大壩壩體防滲性能以及整體澆筑質(zhì)量。

2.2 鉆孔取芯及壓水試驗(yàn)

在碾壓混凝土壩體布置具有代表性的取芯孔，對(duì)取出芯樣外觀、芯樣長(zhǎng)度、芯樣斷面、芯樣骨料分布均勻性、混凝土致密程度及膠結(jié)情況作直觀檢查，并對(duì)芯樣的抗剪斷強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行綜合評(píng)定，評(píng)判大壩澆筑質(zhì)量。

2.2.1 鉆孔取芯及壓水試驗(yàn)孔位布置

結(jié)合壩體結(jié)構(gòu)及材料分區(qū)，根據(jù)本工程碾壓混凝土質(zhì)量代表性的部位，按照設(shè)計(jì)相關(guān)要求，在大壩EL905.7m 高程壩面共布置了5 個(gè)檢查孔，其中3 個(gè)為取芯孔，3 個(gè)取芯孔分別右岸非溢流壩段三級(jí)配區(qū)、溢流壩段二級(jí)配區(qū)和左岸非溢流壩段變態(tài)混凝土區(qū)。2 個(gè)壓水試驗(yàn)孔，壓水試驗(yàn)孔布置在取芯孔附近。

2.2.2 檢測(cè)依據(jù)

鉆孔取芯依據(jù)《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5112—2021），壓水試驗(yàn)依據(jù)《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》（SL 31—2003），力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)依據(jù)《水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5433—2009）[2-3]。

2.2.3 主要設(shè)備

根據(jù)芯樣尺寸及壓水試驗(yàn)相關(guān)要求，選取的主要設(shè)備如表1 所示。

表1 鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)、檢測(cè)試驗(yàn)主要設(shè)備

2.2.4 鉆孔取芯

本次大壩鉆孔取芯累計(jì)進(jìn)尺112.7m，其中C9020W6F50 變態(tài)混凝土進(jìn)尺20.0m，占17.75%，C9020W6F50 二級(jí)配碾壓混凝土進(jìn)尺45.9m，占40.73%，C9015W4F100 三級(jí)配碾壓混凝土進(jìn)尺40.15m，占35.63%，常態(tài)混凝土進(jìn)尺1.95m，占1.73%，基巖進(jìn)尺4.7m，占4.16%。

（1）取芯成果。112.7m 鉆孔取芯進(jìn)尺中，所取芯樣111.9m，其中柱狀芯樣長(zhǎng)111.5m，本次鉆孔取芯芯樣采取率99.29%、芯樣獲得率98.94%。

108.0m 壩體混凝土進(jìn)尺中，所取芯樣107.39m，其中柱狀芯樣107.29m，壩體混凝土芯樣采取率99.43%，壩體混凝土芯樣獲得率99.34%。

其中20.0m C9020W6F50 變態(tài)混凝土鉆孔進(jìn)尺中，所取芯樣20.0m，其中柱狀芯樣20.0m，芯樣采取率100%、芯樣獲得率100%；45.9m C9020W6F50 二級(jí)配碾壓混凝土鉆孔進(jìn)尺中，所取45.71m，其中柱狀芯樣長(zhǎng)45.7m，芯樣采取率99.58%、芯樣獲得率99.58%；40.15m C9015W4F100 三級(jí)配碾壓混凝土鉆孔進(jìn)尺中所取芯樣39.73m，其中柱狀芯樣長(zhǎng)39.63m，芯樣采取率98.95%、芯樣獲得率98.70%；1.95m 常態(tài)混凝土鉆孔進(jìn)尺中，所取芯樣1.95m，其中柱狀芯樣長(zhǎng)1.95m，芯樣采取率100%、芯樣獲得率100%。4.7m 基巖鉆孔進(jìn)尺中所取芯樣4.51m，其中柱狀芯樣長(zhǎng)4.21m，基巖芯樣采取率95.95%、芯樣獲得率89.57%[4]。

（2）芯樣外觀分析。對(duì)取出芯樣進(jìn)行外觀檢查，根據(jù)《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》（SL 53—1994）中的質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

獲取的107.29m 壩體混凝土柱狀芯樣，芯樣表面光滑，骨料分布均勻，表面致密，膠結(jié)優(yōu)良的104.79m，壩體混凝土芯樣外觀優(yōu)良率97.67%，芯樣外觀合格率98.46%。

獲取的105.34m 壩體碾壓混凝土柱狀芯樣，芯樣表面光滑，骨料分布均勻，表面致密，碾壓混凝土芯樣外觀合格率98.44%。

其中，20m C9020W6F50 壩體變態(tài)混凝土柱狀芯樣中，芯樣表面光滑，骨料分布均勻，表面致密，膠結(jié)優(yōu)良的20.0m，壩體變態(tài)混凝土芯樣外觀優(yōu)良率100%，壩體變態(tài)混凝土芯樣外觀合格率100%。

獲取的45.71m C9020W6F50 壩體二級(jí)配碾壓混凝土柱狀芯樣，芯樣表面光滑，骨料分布均勻，表面致密，膠結(jié)優(yōu)良的44.56m，壩體二級(jí)配碾壓混凝土芯樣外觀優(yōu)良率97.48%，壩體二級(jí)配碾壓混凝土芯樣外觀合格率98.36%。

獲取的39.63m C9015W4F100 壩體三級(jí)配碾壓混凝土柱狀芯樣中，芯樣表面光滑，骨料分布均勻，表面致密，膠結(jié)優(yōu)良的38.28m，壩體三級(jí)配碾壓混凝土混凝土芯樣外觀優(yōu)良率96.59%，壩體三級(jí)配碾壓混凝土芯樣外觀合格率97.73%。

95m C9020 壩體常態(tài)混凝土柱狀芯樣中，芯樣表面光滑，骨料分布均勻，表面致密，膠結(jié)優(yōu)良的1.95m，壩體常態(tài)混凝土芯樣外觀優(yōu)良率100%，壩體常態(tài)混凝土芯樣外觀合格率100%。

（3）芯樣斷口類別與折斷形態(tài)。108m 壩體混凝土進(jìn)尺中，所取107.29m 柱狀芯樣，共有斷口87 個(gè)，即87 節(jié)，柱狀芯樣平均長(zhǎng)度1.23m，其中，C9020W6F50 變態(tài)混凝土芯樣斷口13 個(gè)，占14.94%。C9020W6F50 二級(jí)配防滲碾壓混凝土芯樣斷口39 個(gè)，占44.83%。C9015W4F100 三級(jí)配碾壓混凝土芯樣斷口34 個(gè)，占39.08%。C9020 常態(tài)混凝土芯樣斷口1 個(gè)，占1.15%。86 個(gè)碾壓混凝土芯樣斷口中，按芯樣折斷形態(tài)共分6 類，即：C1 型：機(jī)械人工折斷，芯樣斷口呈齒狀；C2 型：層面折斷，芯樣斷口較平整；C3 型：縫面折斷，芯樣斷口粘砂漿；C4 型：人工搬運(yùn)折斷，芯樣斷口呈不規(guī)則狀；C5 型：漿液離析，骨料集中或分離而折斷；C6 型：大骨料占芯樣的1/3 而折斷。斷口總數(shù)占比為：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%。

以上數(shù)據(jù)表明，碾壓混凝土芯樣斷口多為機(jī)械人工和骨料集中或分離折斷。

2.2.5 現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)步驟及技術(shù)要求。采用XY-2 型巖芯鉆機(jī)?73mm 金剛石鉆頭旋轉(zhuǎn)造孔，每鉆進(jìn)一壓水段長(zhǎng)后，利用鉆機(jī)卷?yè)P(yáng)把止水栓塞連通管下至試驗(yàn)段頂部高程，且將止水栓塞射水管延長(zhǎng)至距試段孔底0.5m，加壓手動(dòng)泵，將止水栓塞栓緊固定，啟動(dòng)壓力供水泵，調(diào)整進(jìn)水水管泄壓閥，將連通管試段內(nèi)空氣、巖粉、廢渣沖洗干凈，遵循從小到大的原則，逐步調(diào)整進(jìn)水管泄壓閥，待試段孔內(nèi)回水清潔，無(wú)巖粉，氣泡帶出現(xiàn)后，逐步調(diào)整返水管道上泄壓閥，當(dāng)孔口壓力表指針接近該段壓水試驗(yàn)壓水值并無(wú)來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)，繼續(xù)調(diào)整返水管道上泄壓閥，返水管道上泄壓閥制水量大小宜以孔口壓力表指針?lè)€(wěn)定在設(shè)計(jì)壓力值為準(zhǔn)[5]。

本次壓水試驗(yàn)采用自上而下單點(diǎn)法，純壓式壓水，分段試驗(yàn)段長(zhǎng)為5m，設(shè)計(jì)壓力孔深30m 以上為0.3MPa，60m 以上壓力為0.6MPa。

（2）壓水試驗(yàn)成果。當(dāng)孔口回水管道上壓水表反映的壓力穩(wěn)定在設(shè)計(jì)壓力上，記量?jī)?nèi)管道無(wú)漏水現(xiàn)象，且記錄儀顯示的流量無(wú)增大或減小的趨勢(shì)時(shí)，開(kāi)始記時(shí)讀數(shù)，每隔5min 記錄一次流量，連續(xù)5 個(gè)流量中，最大值與最小值之差小于最終值的10%時(shí)，試驗(yàn)便結(jié)束。

（3）壓水成果分析。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)得知，位于三級(jí)配混凝土區(qū)的9 段/次壓水試驗(yàn)，透水率為0.19～3.3Lu；位于二級(jí)配混凝土區(qū)的9 段/次壓水試驗(yàn)，透水率為0.15～2.4Lu，表明該壩體具有較好的防滲性能。

2.3 芯樣力學(xué)性能結(jié)果

按照要求選取相應(yīng)高程的芯樣，作抗剪斷強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，判斷其力學(xué)性能。抗剪斷強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度分別如表2、表3 所示。

表2 抗剪斷試驗(yàn)結(jié)果

表3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)芯樣進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)性能檢試驗(yàn)，位于三級(jí)配區(qū)的C15 混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度為21.2MPa～21.4MPa，抗剪斷試驗(yàn)中c′為3.67MPa～3.68MPa，f′為1.06～1.03；位于二級(jí)配區(qū)的C20 混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度為26.0MPa ～27.3MPa，抗剪斷試驗(yàn)中c′為3.73MPa ～3.83MPa，f′為1.06～1.16；位于變態(tài)混凝土區(qū)的C20混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度23.0MPa～23.7MPa，抗剪斷試驗(yàn)中c′為3.78MPa，f′為1.12，說(shuō)明了大壩澆筑的質(zhì)量比較好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)保豐水庫(kù)大壩碾壓混凝土鉆孔取芯試驗(yàn)，從芯樣的外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)、芯樣斷口類別及折斷形態(tài)、芯樣力學(xué)試驗(yàn)以及鉆孔壓水測(cè)試試驗(yàn)成果分析，驗(yàn)證了大壩碾壓混凝土的強(qiáng)度、容重、密實(shí)度、層間結(jié)合均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，說(shuō)明大壩整體澆筑質(zhì)量是比較好的，為下一步工程下閘蓄水奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。