亭子口水利樞紐碾壓混凝土鉆孔取芯及壓水試驗施工方法

(中國安能建設總公司嘉陵江亭子口工程項目部，四川 蒼溪，628400)

1 概述

亭子口水利樞紐碾壓混凝土鉆孔取芯及壓水試驗，是針對滿足90d齡期的碾壓混凝土進行的。通過鉆孔采取芯樣的獲得率、外觀情況及芯樣的各項性能試驗，以及鉆孔壓水試驗的透水率、聲波監(jiān)測等，對碾壓混凝土的質量情況進行綜合檢測評定。

根據碾壓混凝土密實性檢查要求，按照代表性、針對性與隨機性相結合的方式，按每萬m3混凝土取芯4m的原則進行布孔。取芯孔為垂直孔，孔徑Φ219mm，采用XY-3-4型地質鉆機。壓水試驗孔為垂直孔，孔徑Φ76mm，采用XY-300鉆機。

施工用水、電線路結合混凝土澆筑用水、電線路布置，從施工部位就近的系統(tǒng)水源、電源接口搭接，并用鋼管(皮管)、電纜等鋪設至作業(yè)面。鉆機動力源為兩臺電機，用電負荷分別為35kW、22kW，采用36#壩段變壓器供電。

在鉆孔部位附近搭設壓水站，內設儲漿槽1臺，灌漿泵1臺，記錄儀一套。

2 鉆孔取芯施工

2.1 鉆具及準備

鉆孔采用XY-3-4型地質鉆機，鉆機安裝要求水平、穩(wěn)固、垂直。首先應將安裝鉆機部位的地面用水泥砂漿找平，將鉆機機架放置在施工平臺上，并調整水平后用地錨固定，機架與地面之間的空隙用高強砂漿充填密實；然后將鉆機安放在機架上，并通過安裝在鉆機上的立軸鉆桿以及水平尺、重錘吊線等校對孔位和鉆機的前、后、左、右調平及鉆機立軸的調直，要求鉆機前后左右均應水平，其上、下死點的偏差不大于±1mm，確保鉆機立軸鉛直；鉆機固定，采用螺栓將鉆機牢固的固定在機架上，應結合鉆機的結構尺寸及與鉆孔孔位的相對關系確定螺栓孔位，以確保開孔孔位正確和鉆機在鉆孔過程中牢固穩(wěn)定不前、后、左、右晃動。

2.2 取芯孔鉆進工藝

2.2.1 鉆孔鉆頭選用單管人造孕鑲金剛石鉆頭，擴孔器比鉆頭大1mm～2mm，金剛石鉆頭的網目數可為50目左右，胎體硬度(HRC)可為25左右。在鉆孔過程中，嚴格實行金剛石鉆頭、擴孔器排隊輪換使用；鉆具不安裝卡簧，防止在鉆進遇阻起鉆時卡斷巖芯。

2.2.2 開鉆前，重新校對立軸，開孔時輕壓慢鉆，隨鉆孔加深逐步加長鉆具。在鉆進過程中應根據不同的孔深，選擇相應的鉆進參數，嚴格禁止盲目追求進尺而采取的高轉速、大壓力施鉆。

鉆進參數：鉆進壓力為10kN～20kN，盡量利用鉆具和鉆桿自重鉆進，當孔深較深時，需反提減壓；沖洗液泵量80L/min～150L/min，轉速為80r/min～200r/min左右。鉆進過程中鉆速應平穩(wěn)，可控制在0.3m/h～0.5m/h，防止出現芯樣縮頸現象。

2.2.3 下部鉆桿應加上對中扶正器，以避免由于鉆桿柱彎曲擺動而產生的振動，使鉆具回轉平穩(wěn)，減少對芯樣的機械磨損、破壞，同時也可防止鉆孔偏斜對巖芯的破壞。

2.2.4 密切注意鉆進過程中的各種情況。如判斷孔內巖芯已斷裂，立即起鉆，并把孔內巖芯徹底處理干凈，以防止巖芯之間的對磨而產生的巖芯破壞。

2.2.5 采取巖芯前須加大泵量，沖洗孔內巖粉，保證孔內清潔，防止在下鉆采取巖芯時，因巖芯周圍巖粉太多，使卡簧中途受阻，造成巖芯斷裂。

2.3 取芯措施

2.3.1 當孔內巖芯長度達到預定的長度或芯樣已斷裂時，及時停止鉆進，同時起鉆組裝取芯鉆具：先用游標卡尺測量鉆頭內徑，再安裝配好的卡簧和專用卡簧座，卡簧內徑比鉆頭胎體內徑小0.3mm～0.5mm，巖芯管盡量采用長巖芯管。

2.3.2 將組裝好的取芯鉆具下放到孔內，下放過程中不得向上提起鉆具，以防卡斷巖芯，當確認鉆具到達孔底，卡簧卡住巖芯后，用鉆機立軸并結合千斤頂頂拔巖芯。

巖芯被拉斷后，可通過鉆桿向巖芯與巖芯管之間的間隙投入細砂，以防止在起吊過程中巖芯斷裂。

2.3.3 長巖芯的起吊和運輸。首先將孔內巖芯管用卷揚機、吊車等吊出；然后將巖芯管緩慢放入與之相應規(guī)格和長度的斜靠在支架上的槽鋼內，并綁扎好，再連同槽鋼與裝有芯樣的巖芯管一并放平(或者用兩個吊車同時起吊將巖芯管放平)；最后用吊車將槽鋼與巖芯管一并吊入拖車并固定，小心運送至指定的地點取出巖芯存放。

2.3.4 從巖芯管內取出巖芯。先準備一根與巖芯管相應長度的槽鋼(或數根短槽鋼)，用來承接從巖芯管內退出的巖芯，與安放巖芯管的槽鋼前后方向一致，并與從巖芯管退出的巖芯高低相平。取巖芯時，先用千斤頂將卡簧座取下，一邊用水沖洗巖芯管內粉砂，一邊用千斤頂與葫蘆頂壓芯樣至槽鋼內存放。

2.4 芯樣保存

采取的巖芯按從上到下的順序依次編號，并拍兩張彩色照片一并作為原始資料提交，所有需要保存的芯樣均按監(jiān)理人指定的地點存放，并防止失散和混裝。

2.5 鉆孔記錄

鉆孔過程中，對沖洗水、鉆孔壓力、芯樣長度及其它反映混凝土特性的現象進行詳細記錄，并作為原始資料提交。

2.6 取芯質量和芯樣質量評定

2.6.1 芯樣有無頸縮現象及表面光滑情況，以此評定取芯技術質量。

2.6.2 芯樣獲得率和折斷率，以此評定混凝土的均勻性和取芯技術。

2.6.3 芯樣外觀質量評定，包括表面光滑程度、表面致密程度、孔隙率以及骨料分布均勻性描述。

2.6.4 層縫面質量描述，從芯樣的外觀判別層縫面結合處有無界限痕跡，無界限為質量良好。

2.6.5 從所取芯樣制成試件進行芯樣的物理力學性能試驗，內容包括容重、抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、極限拉伸值、抗?jié)B、抗凍、層縫面抗剪等試驗項目，評定混凝土的均勻性和力學性能。

3 壓水試驗

3.1 孔徑及鉆具

壓水試驗孔為垂直孔，孔徑Φ76mm，采用“XY-300”鉆機，嚴格按規(guī)定的壓水試段長度(5.0m)進行鉆孔，嚴禁超鉆。當壓水試驗孔5m范圍內有取芯孔時，先進行壓水試驗孔后進行取芯孔，若二者同時施工時，壓水試驗孔超前取芯孔不小于5m。

3.2 試驗方法

壓水試驗采用“自上而下分段，單點法”進行，壓水方式為“純壓式”，壓水試驗段長3m。

3.3 壓水壓力

壓水壓力按孔口0.2MPa控制，當孔位靠近臨空面時，根據具體情況可適當降低壓力，以防止劈裂壩面。

3.4 鉆孔沖洗

進行壓水實驗前，進行鉆孔沖洗，要求洗孔的管路應下到孔底，并泵送入大流量的水由孔底自孔口返出，沖洗至孔口回水澄清，無巖粉為止。

3.5 試壓水

正式壓水實驗前，進行試壓水，檢查管路的密封情況和止水栓塞的止水情況，要求二者均密閉不漏水，否則需進行處理。如果按正常的壓水試段的部位栓塞不能止水，則可將栓塞適當上移，嚴禁下移。

3.6 壓水試驗

采用三缸柱塞泵進行，流量量測根據壓水流量大小采用流量計或量杯進行，壓力采用壓力表，其工作壓力在極限壓力的1/3～3/4之間，孔口管路和泵上均安裝壓力表，止水栓塞的長度不小于50cm。

進行壓水時，首先打開孔口回水管再向試段送水，以排氣，并逐漸調節(jié)壓力達到規(guī)定的壓力值，然后進行流量觀測。流量觀測一般情況下每間隔5min測量一次，當流量很小時，可將間隔時間延長至10min測量一次；當壓水流量較大時，對廊道、壩面等部位進行檢查，確定是否存在漏水現象。

壓水試驗壓入流量穩(wěn)定標準：在穩(wěn)定的壓力下(規(guī)定壓力)，每5min(或其它規(guī)定時間)測量一次壓入流量，連續(xù)4次讀數中，如果最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min，可結束本階段壓水試驗，以最終值作為壓入流量計算值。壓水試驗成果用透水率q表示，計算公式如下：

q=Q/(p×L)

式中：q——試驗透水率(Lu)；

Q——最大壓力階段的壓入流量(L/min)；

P——最大壓力階段的孔口壓力表壓力(MPa)；

L——試段長度(m)。

3.7 混凝土壓水試驗質量標準

根據招標文件技術條款，混凝土壓水試驗質量標準為：二級配碾壓混凝土透水率q不大于1.0Lu，三級配碾壓混凝土透水率q不大于3.0Lu。

3.8 壓水試段透水率不滿足質量標準的處理

3.8.1 首先縮短段長進行壓水試驗(可按每次縮短1m進行控制)，以找出漏水較大(大于質量標準)的部位。

3.8.2 灌漿。當找出漏水部位后，對漏水部位進行灌漿，段長為該試段的正常段長，灌漿壓力可為壓水壓力1.5倍，漿液比級(水灰重量比)采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1，其它按基巖固結灌漿的有關規(guī)定執(zhí)行。

3.8.3 按照設計單位或監(jiān)理工程師指示的其它措施進行處理。

3.9 物探檢測

對于監(jiān)理工程師認為需要在壓水試驗孔、取芯孔或另行鉆孔等進行聲波檢測、孔內錄像等物探檢測項目，按監(jiān)理工程師的指示進行。

3.10 封孔

檢查孔采用壓力灌漿封孔法進行封孔，漿液水灰比為0.5∶1，壓力0.2MPa左右，封孔時用0.5∶1的水泥漿液將孔內的積水置換，再在孔口純壓式灌漿封孔。對于大口徑的取芯孔，若無適宜的止?jié){塞，可采用先排干孔內積水，然后用小級配的混凝土逐段回填。所有檢查孔封孔均應封填密實，孔口析水沉淀的空腔采用導管注漿法或人工灌注砂漿等繼續(xù)封填密實。

4 資料整理分析

對每次取芯工藝實施概述，記錄分析芯樣獲得率、段長等現場資料，對芯樣外觀、長度、斷面形態(tài)、骨料分布均勻性、層面結合、力學強度、混凝土密實程度及膠結情況等進行綜合對比和分析。

對現場壓水試驗實施情況概述，記錄每一個壓水孔的試驗結果，對壩內不同部位布置的不同深度壓水孔位進行孔位透水率、碾壓混凝土的抗?jié)B性能分析。

5 結語

碾壓混凝土中存在眾多層面和結合部位，碾壓混凝土鉆孔取芯及壓水試驗是對碾壓混凝土的整體防滲性能和大壩局部區(qū)域施工質量的進一步檢查。因此，在現場管控中，對鉆孔取芯及壓水試驗的施工方法步驟要加以嚴格管理。