堆石混凝土壩壩體防滲質(zhì)量檢測(cè)方法在工程中的應(yīng)用

潘展釗 李 凌 袁明道

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

堆石混凝土是由清華大學(xué)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(cāng),然后澆筑自密實(shí)混凝土,利用自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性能,使得自密實(shí)混凝土通過(guò)自流填充到堆石的空隙中,形成完整、密實(shí)、有較高強(qiáng)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(fā)揮低水化熱專(zhuān)用自密實(shí)混凝土的性能優(yōu)勢(shì),具有低水泥用量與低水化熱,高密實(shí)度與高強(qiáng)度保證率,提高工效,縮短工期,降低施工成本等性能特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

在大壩建設(shè)工程實(shí)踐中,壩體防滲性能的好壞直接影響結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)效益,而堆石混凝土壩壩體防滲質(zhì)量的檢測(cè)方法及其合格標(biāo)準(zhǔn)的也鮮見(jiàn)研究成果發(fā)表。

1 堆石混凝土的抗?jié)B性能

目前對(duì)堆石混凝土的抗?jié)B性能研究還處于起步階段,國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)等專(zhuān)題研究,得到的結(jié)論不盡相同。一些學(xué)者[3]通過(guò)試驗(yàn)觀察到堆石混凝土試件中發(fā)生滲透的部位有4處:石塊自身裂縫、石塊邊緣、自密實(shí)混凝土內(nèi)部以及C60砂漿修補(bǔ)縫。計(jì)算得到的堆石混凝土普通部位、熱縫和冷縫處的抗?jié)B等級(jí)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(fā)展,所以試驗(yàn)中大部分試件的滲透位置都發(fā)生在石塊邊緣。

而另有研究人員[4]認(rèn)為:由于堆石混凝土采用塊石分層堆放、自密實(shí)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(jié)面將是結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期安全運(yùn)行過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)。他們通過(guò)抗?jié)B試驗(yàn),得出堆石混凝土的滲水主要還是發(fā)生在施工冷縫處的粘結(jié)面上,該粘結(jié)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(shí)混凝土的結(jié)合面是較可能發(fā)生滲透的部位。然而,上述試驗(yàn)均是室內(nèi)抗?jié)B試驗(yàn),堆石混凝土的質(zhì)量容易保證。從工程實(shí)踐角度考慮,還需通過(guò)壩體的原位測(cè)試檢測(cè)施工質(zhì)量和實(shí)際的防滲性能。

2 壩體防滲質(zhì)量檢測(cè)方法

2.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

近年來(lái)有關(guān)堆石混凝土的筑壩試驗(yàn)已取得了初步的成果[2],并進(jìn)行了一些實(shí)際工程的嘗試,具有廣闊的應(yīng)用前景。由于堆石混凝土是新型技術(shù),目前我國(guó)暫無(wú)相關(guān)專(zhuān)門(mén)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),具體到水利工程建設(shè)中,同樣缺乏堆石混凝土壩的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

堆石混凝土壩是新型技術(shù),相關(guān)防滲質(zhì)量檢測(cè)方法還未有規(guī)范規(guī)定,因此也沒(méi)有一個(gè)明確的合格標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)所推薦的壓水試驗(yàn)檢測(cè)方法,參考《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》,結(jié)合廣東省某堆石混凝土壩檢測(cè)成果,提出堆石混凝土壩壩體壓水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)與帷幕灌漿合格標(biāo)準(zhǔn)一致,即壩體防滲和帷幕防滲發(fā)揮同等重要的作用。

2.2 壓水試驗(yàn)檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)

結(jié)合以往大量類(lèi)似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和檢測(cè)數(shù)據(jù),采用現(xiàn)場(chǎng)原位壓水試驗(yàn)檢測(cè)堆石混凝土壩壩體的防滲質(zhì)量,壓水試驗(yàn)在堆石混凝土壩壩體檢測(cè)中具備較為顯著的優(yōu)勢(shì)。

(1)壓水試驗(yàn)的原理明確,方法簡(jiǎn)單,已長(zhǎng)期為水利工程技術(shù)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(shù)規(guī)范》規(guī)定檢測(cè)壩基帷幕灌漿防滲質(zhì)量時(shí),采用壓水試驗(yàn)的方法[5]。從防滲質(zhì)量上看,壩體與壩基所起的作用聯(lián)系十分緊密,原理也相近,因此也可以借鑒壩基檢測(cè)的方法進(jìn)行壩體防滲質(zhì)量的檢測(cè)。

(3)壓水試驗(yàn)的檢查孔可靈活布置,對(duì)質(zhì)量存疑的部位還可以加密布置,能方便地檢測(cè)局部壩體的防滲質(zhì)量。

(4)結(jié)合堆石混凝土施工工藝,壓水試驗(yàn)可采取分層檢測(cè)的辦法,將超高壩體分層檢測(cè),相鄰兩層檢測(cè)深度進(jìn)行一定疊加。這樣既可以將檢測(cè)工作交叉到施工進(jìn)度中,及早發(fā)現(xiàn)防滲隱患,又可以避免深度過(guò)大帶來(lái)的技術(shù)難題和檢測(cè)誤差。

(5)采用壓水試驗(yàn)不僅能反映壩體的防滲質(zhì)量,還能檢查壩體施工縫結(jié)合面的滲透情況,便于發(fā)現(xiàn)較隱蔽的滲徑并及時(shí)處理,確保大壩整體防滲效果滿足設(shè)計(jì)要求。

3 防滲質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)

由于堆石混凝土的質(zhì)量比帷幕灌漿更易控制、耐久性要求更高,現(xiàn)以廣東省某堆石混凝土壩壩體檢測(cè)成果,對(duì)壩體壓水試驗(yàn)合格率的要求應(yīng)適當(dāng)嚴(yán)格。因此筆者建議壩體壓水試驗(yàn)合格率應(yīng)達(dá)到100%,即不允許有試驗(yàn)段超過(guò)帷幕灌漿的透水率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),否則應(yīng)采取防滲處理措施。工程以重力壩為例,根據(jù) 《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)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(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可規(guī)定為:壩體各壓水試驗(yàn)段透水率不得超過(guò)5Lu。

4 工程應(yīng)用

廣東省某水庫(kù)大壩為堆石混凝土壩,壩體防滲質(zhì)量檢測(cè)已完成了大部分工作。該水庫(kù)位于岐江河一級(jí)支流北臺(tái)涌的支流長(zhǎng)坑上游,始建于1972年。自舊壩建成以來(lái)一直存在滲漏問(wèn)題,且反復(fù)堵漏無(wú)明顯效果。為徹底解決滲漏問(wèn)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(shù)。水庫(kù)重建后為防洪、供水為主的小型水庫(kù),總庫(kù)容為161.35萬(wàn)m2。壩高26.5m,壩頂長(zhǎng)88.0m,壩軸線為圓弧形。工程按50年一遇(P=2%)洪水設(shè)計(jì),500年一遇(P=0.2%)洪水校核。正常水位62.80m,設(shè)計(jì)洪水位64.86m,校核洪水位65.37m,屬4等級(jí)水利工程。

4.1 檢測(cè)參數(shù)

工程采用本文推薦的壓水試驗(yàn)檢測(cè)方法,結(jié)合施工進(jìn)度安排分層檢測(cè)和局部重點(diǎn)檢測(cè),結(jié)果對(duì)壩體澆注質(zhì)量控制及施工進(jìn)度均起到良好效果。圖1為壩體防滲質(zhì)量檢測(cè)孔平面布置圖,圖2為大壩防滲質(zhì)量檢測(cè)孔斷面圖,綠色粗線表示檢測(cè)孔,下方是對(duì)應(yīng)的里程。到目前為止沿壩體軸線方向布置了8個(gè)檢測(cè)斷面,已完成7個(gè)檢測(cè)孔?？咨铍S壩體深度變化,孔底距壩基面2.0～2.5m,并根據(jù)施工進(jìn)度將超過(guò)15m的孔分層檢測(cè),相鄰層之間有1m以上重疊區(qū)域,采用5點(diǎn)法壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 壩體防滲質(zhì)量檢測(cè)孔平面布置圖

圖2 大壩防滲質(zhì)量檢測(cè)孔斷面圖

4.2 檢測(cè)成果分析

該壩的壩體防滲壓水試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。由表中可見(jiàn),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn),檢測(cè)出2個(gè)孔存在滲徑,試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)滲水情況,表明所推薦的原位壓水試驗(yàn)?zāi)茌^好地檢查出防滲質(zhì)量缺陷。各試驗(yàn)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(yīng)的統(tǒng)計(jì)圖見(jiàn)圖3。從圖中可以看出,各試驗(yàn)段除BT1-1透水率較大 (4.2Lu)之外,其他數(shù)值較為接近,能反映出典型壩體的防滲質(zhì)量。該壩的帷幕灌漿透水率標(biāo)準(zhǔn)為5Lu,各試驗(yàn)段透水率均小于帷幕灌漿的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),證明本文所提壩體防滲質(zhì)量壓水試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是合理可行的。

表1 某壩體部分壓水試驗(yàn)成果表

圖3 壩體壓水試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖

5 結(jié) 論

本文通過(guò)研究新型堆石混凝土的抗?jié)B性能,結(jié)合大量工程經(jīng)驗(yàn),探討了堆石混凝土壩壩體防滲質(zhì)量檢測(cè)采用壓水試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)和可行性。同時(shí),統(tǒng)計(jì)分析了珠三角地區(qū)某堆石混凝土壩壩體壓水試驗(yàn)結(jié)果,提出壩體壓水試驗(yàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)與大壩帷幕灌漿的透水率采用相同要求,合格率應(yīng)達(dá)到100%,將壩體與帷幕灌漿的防滲作用統(tǒng)一起來(lái),既方便技術(shù)人員理解大壩的防滲等級(jí),又便于工程質(zhì)量檢測(cè)的實(shí)際操作。本文推薦的方法和標(biāo)準(zhǔn)在該堆石混凝土壩工程實(shí)例中得到了驗(yàn)證,對(duì)保障壩體防滲質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。

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