堆石混凝土坝坝体防渗质量检测方法在工程中的应用.pdf

质量 堆石 混凝土坝 坝体 防渗质量 检测 方法在 工程 中的应用 2 0 1 1 年 第 3期 堆石混凝土坝坝体防渗质量 检测方法在工程中的应用 潘展 钊 李 凌 袁明道 ( 1 广 东 省水利水 电科 学研 究院 ，广 州 5 1 0 6 1 0 ； 2 广 东 省大坝 安全技 术管理 中心 ，广 州 5 1 0 6 1 0 ) 【 摘要】 在总结大量工程经验的基础上 ，探讨 了适 合堆石混凝 土坝坝体 防渗质量检 测的方法 ，并进行分 析。 同时 ，还提出坝体压水试验的合格标准与帷幕灌浆 的合格标准一致 。广东某工程堆石 混凝 土坝工程 的实际应用 结果表 明，该方法统一了坝体与帷幕灌浆的防渗作用 ，易于技术人员理解 和操作。检测 统计数 据表 明本文所提坝体防渗质 量压水试验检测标准是合理可行的 ，对新型堆石混凝土 坝防渗质 量检测有一定 的借鉴作用 。 【 关键词】 堆石混凝土；坝体抗渗 ；压水试验 ；质量检测 I DOI 编 码 】1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 1 0 3 0 0 9 【 中图分类号】TV 5 2 3 【 文献标识码】 B 【 文章编 号】 1 0 0 8 1 3 0 5( 2 0 1 1 )0 3 0 0 2 3 0 3 堆石混凝土是由清华大学提出的一种新型混凝 土，其施工步骤大致如下 ：将混凝土的粗骨料初步 筛分，直接堆石入仓 ，然后浇筑 自密实混凝土 ，利 用 自密 实混凝土 的高 流动性 能 ，使 得 自密 实混凝 土 通过 自流填 充到 堆 石 的空 隙 中 ，形 成 完 整 、密实 、 有 较 高 强 度 的 混 凝 土( R o c k f i l l C o n c r e t e ， R F C ) 。堆石混凝土是利用大量 的块石作为建筑 材料 ，充分 发挥低 水化热 专用 自密实混 凝土 的性 能 优势 ，具有低 水泥用 量 与低水化 热 ，高 密实度 与高 强度保 证率 ，提高工效 ，缩 短工期 ，降 低施工成 本 等性 能特点和 优势 。 在大坝建设工程实践中，坝体防渗性能的好坏 直接影响结构安全和经济效益 ，而堆石混凝土坝坝 体防渗质量的检测方法及其合格标准的也鲜见研究 成果 发表 。 1 堆石混凝土 的抗渗性能 目前对堆 石混凝 土 的抗 渗性 能研 究还 处于起 步 阶段 ，国内学者也进行 了室内试验等专题研究 ，得 到的结论不尽相同。一些学者L 3 通过试验观察到堆 石混凝土试件中发生渗透的部位有 4处 ：石块 自身 裂缝 、石块边缘 、自密实混凝土 内部 以及 C 6 0砂 浆修补缝。计算得到的堆石混凝土普通部位 、热缝 和冷 缝处 的抗 渗 等 级 分 别 为 W3 5 、W3 1和 W 1 4 。 在外界水压作用下 ，渗透路径最有可能沿着石块边 缘发展，所 以试验 中大部分试件的渗透位置都发生 在石 块边缘 。 而另有 研究人 员 认为 ：由于堆石混凝 土采 用 块 石分 层 堆 放 、 自密 实 混 凝 土 分 层 充 填 的 施 工 方 式 ，因此存在 水平施 工缝 ，这些施 工缝粘结 面将 是 结 构长期 安全运 行过 程 中的薄弱环 节 。他们 通过抗 渗试 验 ，得 出堆 石混凝 土 的渗水 主要还是发 生在施 工冷缝处的粘结面上 ，该粘结面是其渗水的主要通 道 ，其渗 透性大 于施工 热缝处 的渗透 性 。 上述研 究均 提到大粒 径骨料 与 自密实混凝 土 的 结合 面是较 可能发 生渗透 的部位 。然 而 ，上述试 验 均是室 内抗 渗试 验 ，堆 石混 凝 土 的质 量 容易 保证 。 从工程实践角度考虑 ，还需通过坝体的原位测试检 测 施工质 量和 实际 的防渗性 能 。 2 坝体 防渗质量检 测方法 2 1 检测 标准 近年来有关堆石混凝土的筑坝试验已取得了初 步 的成 果_ 2 ，并进 行了一 些实 际工程 的尝试 ，具 有 广 阔的应用 前景 。 由于堆 石混凝 土是新 型技术 ，目 前我国暂无相关专门规范或标准 ，具体到水利工程 建 设 中 ，同样 缺乏堆 石混凝 土坝 的相关标 准 。 作者简介 ：潘展钊 ( 1 9 8 0年 一) ，男 ，工程师 ，从事水利 、岩 土工程的设计咨询及检测工作。 2 3 质量 堆石混凝土坝坝体防渗质量检测方法在工程中的应用 2 0 1 1 年第 3期 堆石混凝 土坝 是新型技 术 ，相 关防渗 质量检测 方法还未 有规范规定 ，因此 也没 有一个 明确的合 格 标 准 。本 文针对所 推荐 的压水试验 检测方 法 ，参 考 混凝土重 力坝设计 规范 ，结合 广东省某 堆石混 凝 土坝检测成果，提出堆石混凝土坝坝体压水试验合 格标准与帷幕灌浆合格标准一致 ，即坝体防渗和帷 幕 防渗发 挥同等 重要的作 用 。 2 2压水试 验检 测的优 势 结 合 以往大 量类 似工 程 实践 经验 和 检测 数 据 ， 采用现场原位压水试验检测堆石混凝土坝坝体的防 渗质量，压水试验在堆石混凝土坝坝体检测中具备 较为显著 的优势 。 ( 1 )压水试验的原理 明确 ，方法简单 ，已长期为 水利工程技术人员熟悉和使用 ，满足通用性要求 。 ( 2 ) 水 工建 筑 物水 泥灌 浆施 工 技术 规范 规 定 检测坝基 帷幕灌 浆防渗质 量时 ，采用压 水试验 的 方法 。从 防渗质量 上看 ，坝体 与坝基所起 的作 用 联系十分紧密，原理也相近，因此也可以借鉴坝基 检测的方法进行坝体防渗质量的检测。 ( 3 )压 水试验 的检查 孔可灵 活布置 ，对质量存 疑的部位还 可 以加 密布 置 ，能方便 地检测 局部坝 体 的防渗质量 。 ( 4 )结 合堆石 混凝 土施 工工艺 ，压水试 验可 采 取分层检测的办法 ，将超高坝体分层检测 ，相邻两 层 检测深度进 行一定 叠加 。这样 既可 以将 检测工 作 交叉到施工进度中，及早发现防渗隐患，又可以避 免深度过大带来的技术难题和检测误差。 ( 5 )采用压水试验不仅能反映坝体 的防渗 质 量 ，还能检查坝体施工缝结合面的渗透情况，便于 发现较隐蔽的渗径并及时处理，确保大坝整体防渗 效果 满足设 计要求 。 3 防渗质量检测应用的关键点 由于堆石混凝土的质量 比帷幕灌浆更易控制 、 耐久性要求更高，现以广东省某堆石混凝土坝坝体 检测成果 ，对坝体压水试验合格率的要求应适 当严 格 。因此 笔者 建议 坝 体压 水试 验 合格 率应 达到 1 0 0 ，即不允许 有 试验 段 超 过 帷幕 灌 浆 的透水 率 设计标准，否则应采取防渗处理措施 。工程以重力 坝为 例 ，根 据 混 凝 土 重 力 坝 设 计 规 范 的 规 定I 6 ：坝高在 l O O m以上，透水率 q为 1 3 L u ； 坝高在 5 o l O O m之间，透水率 q 为 3 5 L u ；坝 高在 5 0 m 以下，透水率 q为 5 L u 。则 5 0 m 以下堆 石混凝土坝坝体防渗质量检测标准可规定为：坝体 各压水试验段透水率不得超过 5 L u 。 4工程 应 用 广东省某水库大坝为堆石混凝 。 匕 坝，坝体防渗 质量检测 已完成 了大部分 工作 。该 水库位 于岐江河 一 级支 流北 台涌的支 流长 坑 上游 ，始建 于 1 9 7 2年 。 自旧坝建 成 以来 一直存 在渗 漏问题 ，且反 复堵漏无 明显效果 。为彻 底解决 渗漏 问题 ，提高水 资源利用 率，将旧坝拆除重建 ，大坝主体全部采用堆石混凝 土施工技术。水库重建后为防洪、供水为主的小型 水 库 ，总库容 为 1 6 1 3 5万 m 。坝高 2 6 5 m，坝顶 长 8 8 O m，坝轴线 为 圆弧形 。工程按 5 O年一 遇 ( P 一 2 ) 洪水 设计 ，5 0 0年一 遇 ( P 一0 2 )洪 水校 核 。正 常 水 位 6 2 8 0 m，设 计 洪 水 位 6 4 8 6 m，校 核洪水位 6 5 3 7 m，属 4等级水利工程。 4 1 检 测参数 工程采用本文推荐的压水试验检测方法 ，结合 施 工进度 安排分 层检测 和局部 重点 检测 ，结 果对坝 体浇注质量控制及施工进度均起到 良好效果 。图 1 为坝体防渗质量检测孔平面布置图，图 2为大坝防 渗质量检测孔断面图，绿色粗线表示检测孔 ，下方 是对应的里程。到 目前为止沿坝体轴线方向布置了 8 个检测断面，已完成 7个检测孔。孔深随坝体深 度 变化 ，孑 L 底 距 坝 基 面 2 0 2 5 m，并 根 据 施 工 进度将超过 1 5 m的孔分层检测，相邻层之间有 l m 以上重叠 区域 ，采用 5点法压 水试验 进行检测 。 24 图 1 坝体防渗质量检测孔平面布置 图 质量 堆 石混凝 土坝坝体 防渗质 量检 测方法 在工程 中 的应 用 2 0 1 1 年 第 3期 坝顶线 1 土 一4 35 一 翟 漤 再 t - t l 1 一 口 I l l 图 2大 坝 防 渗 质 量 检 测孔 断 面 图 4 2 检 测成 果分析 为 0 5 8 L u ，相 应 的 统计 图见 图 3 。从 图 中可 以看 该坝的坝体防渗压水试验成果见表 1 。由表中 出，各试验段除 B T1 1 透水率较大( 4 2 L u )之 可见通过现场压水试验 ，检测 出 2个孔存在 渗 外 ，其他数值较为接近，能反映出典型坝体 的防渗 径 ，试验时出现渗水情况，表明所推荐的原位压水 质量。该坝的帷幕灌浆透水率标准为 5 L u ，各试验 试验能较好地检查出防渗质量缺陷。各试验段透水 段透水率均小于帷幕灌浆的设计标准，证明本文所 率最大值为 4 2 L u ，平均值为 1 1 L u ，小值平均值 提坝体防渗质量压水试验检测标准是合理可行的。 表 1 某坝体部分压水试验成果表 孔号 钻孔深度( m)i式 验段编号 试验段进尺( m) 试验段长度 L ( m ) 第三级总压力P 3 ( MP a ) 第三级压力下的流量 Q 。 ( I ra i n ) 睦水率( L u 1 1 2 5 一 7 5 5 O O 5 4 9 11 _ 5 4 2 B T1 0 0 1 1 3 1 2 7 5 一 1 1 3 3 8 O 5 9 9 1 6 O 7 B T2 0 0 5 0 2 1 1 0 一5 0 4 0 试验时坝体止水接缝处渗水 BT3 0 0 一 5 0 3 1 1 0 一 5 0 4 O O 5 2 9 1 O 0 5 B T 4 0 0 一5 0 4 1 1 0 5 0 4 0 试验 时坝体表面出现渗水点 BT5 O 0 一 6 0 5 1 1 0 一 6 0 5 O 0 5 3 6 1 4 O 5 BT6 0 0 5 5 6 1 1 0 一 5 5 4 5 O 5 3 4 1 8 O 7 7 1 1 5 6 5 5 0 0 5 4 3 1 4 O 5 BT7 0 0 一 1 0 5 7 2 5 5 一 1 O 5 5 O O 5 8 3 1 8 O 6 5 结 论 图 3 坝体压水试验结果 统计 图 本文 通过 研究 新 型 堆石 混凝 土 的抗 渗 性能 ， 结 合大量工程经验 ， 探讨 了堆石混凝土坝坝体防渗质 量检测采用压水试验 的优势和可行性。同时， 统计 分析了珠三角地区某堆石混凝土坝坝体压水试验结 果， 提出坝体压水试验的合格标准与大坝帷幕灌浆 的透水率采用相同要求 ， 合格率应达到 1 0 0 ， 将坝 体与帷幕灌浆的防渗作用统一起来 ， 既方便技术人 员理解大坝的防渗等级， 又便 于工程质量检测 的实 际操作 。本 文推荐 的方法 和标准在 该堆石 混凝土 坝 工 程实 例 中得 到 了验证 ， 对 保 障 坝体 防 渗质 量起 到 关 键作 用 。 参 考文献 1 金峰 ， 安雪晖 ， 石建 军 ， 张楚 汉 堆石混 凝土及堆 石混凝 土大坝E J 水利学报 ， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 1 1 ) ：1 3 4 7 1 3 5 2 2 金峰 ， 安雪晖 ， 张楚汉 北京军区联勤部堆石混凝土蓄水 坝初 步设计报告 R 北京 ： 清华 大学河川枢 纽研究所 ， 2 0 05 3 黄绵松 ， 周虎 ， 安雪 晖， 金峰 堆石混凝土综合性能的试 验研究 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 2 ) ： 2 0 6 2 1 1 4 张志恒 ， 石建军 堆石混凝土抗冻抗渗性能 的试验研究 J 南华大学学报( 自然科学版) ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 3 ) ： 7 6 7 9 5 D L T 5 1 4 8 -2 0 0 1 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 S 6 S I 3 1 9 2 0 0 5 混凝 土重力坝设计规范E s 2 5 土 ， 嚣 l嚣叠l 羹簟蠢曩叠羹墓曩曩甚曩墨黑 伯