围滩水电站堆石混凝土坝物理性能检测.pdf

第1 l 期 ( 总第1 0 4 J ~ ] ) 中国水能及电气化 N o ． 1 l ( T O T A L N o ． 1 0 4 ) 2 0 1 3 年l 1 月 C h i n a Wa t e r P o w e r &E l e c t r i fi c a t i o n NO V ． ， 2 0 1 3 围滩水 电站堆石混凝 土坝物理性 能检测 李记明 ( 山西省水利水 电科学研究院，太原0 3 0 0 0 2 ) 摘要：本文通过介绍晋城围滩水电站枢纽工程建设 中自密实堆石混凝土坝的物理性能检测过程，分析 了堆石 混凝土容重检测方法及对比、堆石混凝土大试件的制取方法及大试件立方体抗压强度、静力抗压弹性模量检测 结果，并对分析结果提出了有关建议。 关键词 ：堆石混凝土坝 ；物理 性能；检测 中图分类号 ：T V 6 4 1 ． 4+ 3 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 3 - 8 2 4 1( 2 0 1 3 )1 1 - 0 0 6 6 - 0 4 Ph y s i c a l P e r f o r ma n c e Te s t o f W e i t a n Hy d r o p o we r S t a t i o n Ro c k- fil l Co n c r e t e Da m L I J i — rui n g S h a n x i Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ，T a i y u a n 0 3 0 0 0 2， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e d e t e c t i o n p r o c e s s o f p h y s i c a l p r o p e r t i e s i n s e l f - c o mp a c t i n g r o c k — f j l l c o n c r e t e d a m o f J i n c h e n g We i t a n H y d r o p o w e r S t a t i o n P r o j e c t i s i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r ．R o c k - f i l l c o n c r e t e d e n s i t y a n d c o n t r a s t d e t e c t i o n m e t h o d ， p r e p a r a t i o n me t h o d o f r o c k 一 U c o n c r e t e l a r g e s p e c i me n a s w e l l a s l a r g e s p e c i me n c u b e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s t a t i c c o mp r e s s i v e e l a s t i c i t y mo d u l u s t e s t r e s u l t s a r e a n a l y z e d ．Re l a t e d p r o p o s a l s a r e p r o p o s e d a i mi n g a t t h e a n a l y s i s r e s u l t s ． Ke y wo r d s ：r o c k — f i 儿 c o n c r e t e d a m；p h y s i c a l p r o p e r t i e s ；d e t e c t i o n 晋 城围滩水 电站位于晋城市泽州县金 村镇 围滩 泉 附近的丹河 干流 上 ，距 晋城 市 区约 3 0 k m，坝址 以上 控制流域面积约 2 4 0 0 k m ，是 山西省 3 5个应急水 源项 目之一。晋城 围滩水 电站工程主要建设 内容包括枢纽 工程、引水工程 、交通工程、电站工程四大部分 ；水 库正常蓄水位 4 7 m，最大坝高 5 9 m，坝顶长 1 1 1 m， 般 以 3 0～l O O c m为宜 。 堆石混凝土具 有下述几个优势 ：水 泥用 量低 、粉 煤灰掺量高、块石粒径大、免振捣 ；施工工艺简单， 可提高施工速度；可以有效降低大体积混凝土水化热 的温度效应。山西省水利水电科学研究院承担自密实 堆石混凝土检测试验工作 ，本文主要阐述堆石混凝土 物理性能测试 内容 。 总库容 8 7 8万 I T I 。2 0 0 8年 9月 2 9日该 工程 开工， 2 0 1 0 年1 1 月1 9日， 大坝主体工程全部完工。电站枢 1 检测试验方案 纽工程原为浆砌石重力坝，为确保工程质量，改为 C 1 5 堆石混凝土重力坝 。堆石混凝土所 用块石粒 径一 6 6 参照 《 浆砌石坝施 工技术规定》( S D 1 2 0 —8 4 ) 采用试坑灌水法 ，在浇筑好的坝体上对堆石混凝土的 科学研究及工程设计 S c i e nt i f i c Re s e a r c h & Eng i n e e r i ng De s i g n 容重进行检测；使用 M C - 3型核子湿度密度仪 ( 简称 核子密度仪)对堆石混凝土的容重进行检测。对比分 析 两种检测方法的检测结果 。 在施工现场模拟浇筑 自密实 堆石混 凝土坝 体 ，制 取 自密实堆石混 凝土大试 件，量测 堆石混凝土 大试件 的实际容重 ，同时 ，用核子密度仪测试 ，进行数据 比对。 对堆石混凝土大试件进行抗压强度、劈裂抗拉强 度 、弹性模量等性能测试 。 2 堆石混凝土坝体 容重检测 2 ． 1 用核子密度仪检测 核子密度仪是利用同位素放射原理实时检测土工 建筑材料的密度和湿度的电子仪器。核子密度仪通常 安装有一个密封的伽玛源和一个密封的中子源，仪器 中还安装有密度和湿度两种射线探测器，分别使用伽 玛源 和中子源 ，共 同对 被测材 料的密度和湿度进 行测 量。核子密度仪通过检测被测材料中含有的所有元素 的原子量 总和来计算被检测材料 的总密度 ，因此 ，仪 器 的密度检测不受被检测材料 的颗粒大小 、级 配 、均 匀度及物理状态 、化学成分等 因素影 响 。核子密度 仪 测量湿度时 ，测量 的是被测材料 中所 有氢原子 ，因此 某些含结合水的材料对仪器检测材料的含水率有轻微 影响。这个问题可以通过在仪器中输入水分偏置量的 方法进行校正 。 在高程4 3 8 ． 5 m、4 4 0 ． 3 m、 4 4 3 ． 5 m、4 4 5 r n 处分别 埋设 了 1 5根 深 3 0 0 m m 左右 、直径 3 0 m m、长 6 0 0 m m 的 P V C管作 为检测 孔 。混凝 土初 凝后 ，拔 出 P V C管 留下的孔洞作为核子密度仪的检测孔。实际检测探孔 3 6个 ，测 得堆石混凝土平均湿 容重 为 2 4 4 0 k g ／ m ，平 均 干容 重为 2 2 8 0 k g ／ m ，平均含水量为 7 ． 2 7 ％ 。 2 ． 2 采用试坑灌水法检测 依据 《 浆砌石坝施工技术规定》( s D 1 2 0 —8 4 ) ， 采用试坑灌水法在坝体进行 了检测试 验。所用铁制 套 环直径为 1 5 0 c m，套 环 内径 为 1 3 8 c m，环 高为 2 0 c m。 挖坑最大直径约 1 2 0 c m，最大深度约 6 0 c m。挖坑前用 坑顶灌水试验分别测试 2次 ，用水 位测针测试 2次灌 水量误差小于 1 ％ 。采用先 风镐 打孔再撬 挖取石 的办 法挖坑 ；并对 挖出的块石和砂浆 料分别称重计 量。对 挖出的石料和混凝土砂浆料取样送实验室 ，分别进 行 含水量和密度的测试。在堆石 混凝土 坝施 工至不 同高 程 时 ，分别 挖 5个试验坑进行试验 。试坑 容重检测试 验数据整理结果见表 1 。 表 1 试坑容重检测试验 结果 试坑 高程 砂浆体积 块石体 积 总容重 干容重 编号 ( m) 百分 比( ％) 百分 比( ％) ( k s／m ) ( k s ／ ／ ／ 1 ) l 4 3 8 4 0． 9 5 3 ． O 2 5 9 0 2 5 0 0 2 4 48 4 6 ． 0 51 ． 2 2 5 6 0 2 48 0 3 4 5 5 4 6 ． 6 5 0 ． 4 2 5 3 0 2 4 6 0 4 4 6 4 3 9 ． 7 5 5 ． 5 2 5 8 0 2 51 0 5 4 6 7 41 ． 9 5 4 ． 1 2 63 0 2 5 5 0 均值 4 3 ． 0 5 2 ． 8 2 5 8 0 2 5 0 0 3 堆石混凝土大试件 的制取与检测 模拟堆石混凝土试验坝所用的原材料及配合 比与 施工所用的基本一致 ，模拟 坝体用 的 自密实} 昆 凝土 配 合比以及拌和条件都与大坝施工时的相同；模拟坝体 的养护条件与大坝相同，所用块石粒径小于实际坝体 所用块石粒径 ，随机堆放 的模拟块石粒径在 2 0 0～ 3 5 0 ram之 间。 3 ． 1 堆石} 昆 凝土大试件制取 为能够真实检测堆石混凝土坝体的力学性能，同 时又不影 响大坝 的正常施工进度 ，在施工现 场同步浇 筑小型模 拟 堆石 混 凝 土试 验 坝。在 距 拌 和楼 约 l O m 处 ，用钢模板搭建一层模型 ，在其 中人工 自然堆 放块 石 ，然后用挖掘机将拌和楼搅合好 的 自密实混凝 土浇 筑其中，初凝后再增加模板高度堆放块石，用挖掘机 浇筑第二层 自密实混凝土。模拟坝体养护龄期达到 2 8天开始切 割试块 。在模 拟 坝体上 用 混凝 土专 用切 割工具切取 5 0 0 m m X 5 0 0 m m 5 0 0 m m的立方体大试件 1 1 块 ，进 行堆石混 凝土 的 抗压 强度 、劈裂 抗 拉 强度 试验 ；同时切取 了 2块 4 5 0 ra m 4 5 0 ra m 9 0 0 m m长方 科学研究及工程设计 Sc i e n t i f i c Re s e a r c h ＆ Eng i n e e r i ng De s i g n 体大试件 ，进行堆石混凝土的静力抗压弹性模量试验 和轴心抗压强度试验。大试件按切割时部位分别编号 A1～A6、 B1～B 4、 C1～C 3． 3 ． 2 堆石混凝土大试件容重试验 为更好 了解堆石混凝土物理特性 ，分别用 核子密 度仪测试法和量测法对切割的堆石混凝土 大试 件容重 进 行测试 。 a ．用核子密度仪对 自然状态大试件进行密度检 测。先用冲击钻在大试件表面钻直径 2 0 ra m、深2 5 0～ 3 0 0 ra m的孔，然后用核子密度仪检测 ，检测结果见表 2 。核子密度仪检测的切割堆石混凝土大试件干容重 平均值为 2 4 9 8 k g ／ m ，现场挖 坑试验得 到 的平 均干容 重为 2 5 0 0 k g ／ m ，两者 比较 ，结果基本一致。 表 2 核子密度仪测试大试件容重结果 试件 探头 总容重 H 2 O均值 干容重 编号 长度 ( c m) ( k g ／ m ) ( k m ) ( k s ／ m 。 ) A1 2 0 2 5 3 0 9 0 2 4 4 0 A2 2 0 2 5 2 0 8 0 2 4 4 0 A4 2 5 2 5 8 0 1 l 0 2 4 7 0 A5 3 0 2 4 9 0 8 0 2 4 2 0 A6 2 5 2 5 6 0 5 0 2 5 1 0 B1 2 5 2 6 7 0 9 0 2 5 9 0 B 4 2 0 2 4 5 0 8 0 23 7 0 C1 3 0 2 6 7 0 7 0 2 6 0 0 C 2 3 0 2 6 3 0 7 0 2 5 7 0 C 3 3 0 2 6 4 0 5 0 2 5 9 0 均值 2 5 7 0 7 0 2 5 0 0 b ． 对堆石混凝 土 大试件 用量 测法进 行 表观 密度 测 量。测试结 果显 示 ，堆 石混 凝 土 容重( 未 烘 干处 理) 的平均值为 2 6 1 0 k g ／ m 。 3 ． 3 堆石混凝土大试件的物理力学性能试验 切割好的堆石混凝土大试件装车送往北京中国水 利水电科 学研究 院结构材料所进行力学性能试验 。山 西省水利水电科学研究院技术人员会同中国水利水电 科学研究院技术人员 ，共同进行堆石混凝土大试件力 学性能试 验。试验 内容包括立方体抗压强 度试 验 、立 方体劈裂抗拉强度试验 、棱柱体静力抗压 弹性 模量试 验 、棱 柱 体 轴 心 抗 压 强 度 试 验 。试 验 主 要 设 备 为 1 5 0 0 0 k N万能试 验 机 。为保 证 堆石 混 凝 土 大试 件 质 量 ，大试件切取是 在满 2 8天龄期 时进行 的，故力 学 性能按 4 0天和 9 0天龄期进行试验 。下 图为静 力抗压 弹性模量试验 时的情形 。 静力抗压弹性模量试验情形图 试件编号 A 1 、A 4 、C 3的大试件用 于测试 劈裂抗 拉强度 ，测试的平均值为 1 ． 7 5 M P a ；其余用于测试抗 压强度 、静力抗压弹性模 量和轴 心抗 压强度试验 。详 细结果见表 3 、表 4 。 表3 静力抗压弹一l生模量试验结果 试件 龄期 受压面积 破坏荷载 轴心抗压 抗压 弹模 编号 ( d ) ( m m ) ( k N) ( MP a ) ( G P a ) B3 9 3 2 0 3 4 0 0 5 0 1 7 2 4 ． 7 4 7 ． 9 B 2 9 3 2 0 7 9 0 0 6 4 0 9 3 0 ． 8 5 4 ． 1 均值 2 7 ． 7 5 1 ． O 表 4 堆石混凝土立方体抗压强度试验结果 试件 龄期 试件尺寸 破坏 抗 压 长 宽 高 受压面积 荷载 强度 编号 ( d ) ( mm) ( m m) ( m m) ( m il l ) ( k N) ( MP a ) A3 4 0 4 9 2 4 9 9 4 8 8 2 4 5 5 0 0 8 51 O 3 4 ． 7 A6 4 0 4 9 0 48 6 4 8 7 2 3 8l 0 O 9 7 2 9 4 0． 9 BI 4 0 4 9 5 5 0 0 4 8 5 2 4 7 5 0 0 1 1 1 9 4 4 5 ． 2 B4 4 0 4 8 8 5 0 5 4 9 3 2 4 6 4 0 0 4 7 8 6 1 9． 4 C 2 4 0 5 0 0 4 9 5 4 9 5 2 4 7 5 0 0 1 1 5 3 7 4 6． 6 Cl 9 3 4 9 7 5 0 5 4 91 2 51 0 0 0 I l 3 1 3 4 5． 1 A5 9 3 4 8 6 4 9 6 5 0 2 2 41 1 0 0 7 6 8 0 3 1 ． 9 A2 9 3 4 8 5 4 9 5 49 2 2 4 01 O O 9 8 7 3 4 1 ． 1 简讯 Br i e fNe ws 4 结论分 析 在对堆石混凝土坝体 容重检 测 中，核子密 度仪检 测 的总容重 2 4 4 0 k g ／ m 比试 坑灌 水法测得 的 2 5 8 0 k g ／ m 低 ，原因是预埋 P V C管只能在块石外 围，误差较大； 前者测得 的干容 重 2 2 8 0 k g ／ m 比后者测得 的 2 5 0 0 k g ／ m 低更多，是 由于混凝土水化物 中 H原子的影响，加 大了偏差。在对混凝土大试件的容重检测中，核子密 度仪法与量测法 的检测结果 比较接近 ，因为钻孔使 得 核子密度仪探头能够深入块石内部检测，测得的结果 更接近真实情况；而测得的大试件干容重与试坑灌水 法测得堆石混凝土的干容重基本一致。核子密度仪应 用于混凝 土坝体 现 场检 测 时 以采用 钻 孔 检测 比较适 宜。核子密度仪检测方便快捷，即时可得出结果 ，不 会影响工程施工 。 抗压强度 检测 只有 B 1试件 强度 为 1 9 ． 4 M P a ，其 余试件抗压强度都大于 3 0 M P a ，但数据比较离散 ，可 能与块石为 随机堆 放不是 很 均匀有 关 。B 1试 件位 于 堆石混凝土的冷缝位置，由于第二层堆石混凝土需要 等第一层} 昆 凝 土初凝后 才开始 堆石 和浇筑 自密实混凝 土 ，属于堆石混凝 土相对薄弱 的环节 。从 整个物理性 能测试结果来看 ，堆石混凝土物理力学性能指标都达 到或超过 C 1 5 指标值 。 经检测堆石 混凝 土的容重满足设计 要求 。需要注 意的是 白密实混凝土 由于粉煤灰 的掺 量较大 ( 在 5 0 ％以上) ，因此在抗冻要求高的混凝土工程中应用， 应适当降低粉煤灰掺量 ，以提高 自密实混凝土的抗冻 性 能。 —+一 - — 十一”— ’ 一 ” —十 一 - + - — — 卜 ” — 一” — ■ 一 ”— - +_ — 一”— 1～ “— 卜 ”+ —十 一”+t — - 卜 ”—卜 +“— 卜 ” +”— + 一 - 4 - ”+ —+ 一”+ — “十”+ — 卜 ”— +一 一 +“- 4 -” +”— - 一 十- — + _“— - 十 一 +“—卜 — - 卜 — 卜 ” - ~ ． - - — - +一 ”— — ． L - + - 2 0 1 3 水 电大会看点集纳 水利部副部长矫勇 ：全世界已建大坝 6万多座 建设 水库大坝，对 自然界的水进行合理调蓄 ，是 开发利用水资源和防治水患的必然选择 。据统 计 ，截至 2 0 1 2年底，全世界 1 4 0多个国家已经修 建了6万多座 大坝 ( 高于 1 5米的坝或库容大于 1 0 0 万立方米的低坝) ，在防洪、发电、供水、灌溉等方面发挥了重要的作用，保障了全球经济社会可持 续发展 。1 9 4 9年以来 ，中国在大坝建设和 管理等方面都取得 了举世瞩 目的成就，也积 累 了可与世界 分享的成功经验。根据 2 0 l 2年完成的第一次全 国水利普查数据 ，中国已建成各 类水库 9 ． 8万座 ，总 库容 9 3 0 0多亿立方米。这些水库大坝，兼具防洪、供 水、发 电、灌溉以及生态环境保护等 多种功能 ， 在抗御洪水灾害、调蓄利用水资源、提供清洁电能、修复补偿河流生态等方面，都发挥 了重要作用。 国家能源局总工程师杨昆：今年水电新增 1 6 0 5万千瓦 根据 2 0 1 3年初发布的能源发展 “ 十二五”规划，“ 十二五”期 间，我国将开工建设常规水电 1 ． 2 亿千瓦、抽水蓄能 电站 4 0 0 0万千瓦。到 2 0 1 5年 ，全国常规水电、抽水蓄能电站装机分别达到 2 ． 6亿 千瓦和 3 0 0 0万千瓦。 ，