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,然后澆筑自密實混凝土,利用自密實混凝土的高流動性能,使得自密實混凝土通過自流填充到堆石的空隙中,形成完整、密實、有較高強度的混凝土(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)揮低水化熱專用自密實混凝土的性能優(yōu)勢,具有低水泥用量與低水化熱,高密實度與高強度保證率,提高工效,縮短工期,降低施工成本等性能特點和優(yōu)勢。

在大壩建設(shè)工程實踐中,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)量的檢測方法及其合格標(biāo)準(zhǔn)的也鮮見研究成果發(fā)表。

1 堆石混凝土的抗?jié)B性能

目前對堆石混凝土的抗?jié)B性能研究還處于起步階段,國內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了室內(nèi)試驗等專題研究,得到的結(jié)論不盡相同。一些學(xué)者[3]通過試驗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、自密實混凝土內(nèi)部以及C60砂漿修補縫。計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)長期安全運行過程中的薄弱環(huán)節(jié)。他們通過抗?jié)B試驗,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,上述試驗均是室內(nèi)抗?jié)B試驗,堆石混凝土的質(zhì)量容易保證。從工程實踐角度考慮,還需通過壩體的原位測試檢測施工質(zhì)量和實際的防滲性能。

2 壩體防滲質(zhì)量檢測方法

2.1 檢測標(biāo)準(zhǔn)

近年來有關(guān)堆石混凝土的筑壩試驗已取得了初步的成果[2],并進(jìn)行了一些實際工程的嘗試,具有廣闊的應(yīng)用前景。由于堆石混凝土是新型技術(shù),目前我國暫無相關(guān)專門規(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)量檢測方法還未有規(guī)范規(guī)定,因此也沒有一個明確的合格標(biāo)準(zhǔn)。本文針對所推薦的壓水試驗檢測方法,參考《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》,結(jié)合廣東省某堆石混凝土壩檢測成果,提出堆石混凝土壩壩體壓水試驗合格標(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 壓水試驗檢測的優(yōu)勢

結(jié)合以往大量類似工程實踐經(jīng)驗和檢測數(shù)據(jù),采用現(xiàn)場原位壓水試驗檢測堆石混凝土壩壩體的防滲質(zhì)量,壓水試驗在堆石混凝土壩壩體檢測中具備較為顯著的優(yōu)勢。

(1)壓水試驗的原理明確,方法簡單,已長期為水利工程技術(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)定檢測壩基帷幕灌漿防滲質(zhì)量時,采用壓水試驗的方法[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的方法進(jìn)行壩體防滲質(zhì)量的檢測。

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

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

(5)采用壓水試驗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處理,確保大壩整體防滲效果滿足設(shè)計要求。

3 防滲質(zhì)量檢測應(yīng)用的關(guān)鍵點

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成果,對壩體壓水試驗合格率的要求應(yīng)適當(dāng)嚴(yán)格。因此筆者建議壩體壓水試驗合格率應(yīng)達(dá)到100%,即不允許有試驗段超過帷幕灌漿的透水率設(shè)計標(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)量檢測標(biāo)準(zhǔn)可規(guī)定為:壩體各壓水試驗段透水率不得超過5Lu。

4 工程應(yīng)用

廣東省某水庫大壩為堆石混凝土壩,壩體防滲質(zhì)量檢測已完成了大部分工作。該水庫位于岐江河一級支流北臺涌的支流長坑上游,始建于1972年。自舊壩建成以來一直存在滲漏問題,且反復(fù)堵漏無明顯效果。為徹底解決滲漏問題,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)。水庫重建后為防洪、供水為主的小型水庫,總庫容為161.35萬m2。壩高26.5m,壩頂長88.0m,壩軸線為圓弧形。工程按50年一遇(P=2%)洪水設(shè)計,500年一遇(P=0.2%)洪水校核。正常水位62.80m,設(shè)計洪水位64.86m,校核洪水位65.37m,屬4等級水利工程。

4.1 檢測參數(shù)

工程采用本文推薦的壓水試驗檢測方法,結(jié)合施工進(jìn)度安排分層檢測和局部重點檢測,結(jié)果對壩體澆注質(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)量檢測孔平面布置圖,圖2為大壩防滲質(zhì)量檢測孔斷面圖,綠色粗線表示檢測孔,下方是對應(yīng)的里程。到目前為止沿壩體軸線方向布置了8個檢測斷面,已完成7個檢測孔?？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15m的孔分層檢測,相鄰層之間有1m以上重疊區(qū)域,采用5點法壓水試驗進(jìn)行檢測。

圖1 壩體防滲質(zhì)量檢測孔平面布置圖

圖2 大壩防滲質(zhì)量檢測孔斷面圖

4.2 檢測成果分析

該壩的壩體防滲壓水試驗成果見表1。由表中可見,通過現(xiàn)場壓水試驗,檢測出2個孔存在滲徑,試驗時出現(xiàn)滲水情況,表明所推薦的原位壓水試驗?zāi)茌^好地檢查出防滲質(zhì)量缺陷。各試驗段透水率最大值為4.2Lu,平均值為1.1Lu,小值平均值為0.58Lu,相應(yīng)的統(tǒng)計圖見圖3。從圖中可以看出,各試驗段除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,各試驗段透水率均小于帷幕灌漿的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),證明本文所提壩體防滲質(zhì)量壓水試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)是合理可行的。

表1 某壩體部分壓水試驗成果表

圖3 壩體壓水試驗結(jié)果統(tǒng)計圖

5 結(jié) 論

本文通過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,探討了堆石混凝土壩壩體防滲質(zhì)量檢測采用壓水試驗的優(yōu)勢和可行性。同時,統(tǒng)計分析了珠三角地區(qū)某堆石混凝土壩壩體壓水試驗結(jié)果,提出壩體壓水試驗的合格標(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,既方便技術(shù)人員理解大壩的防滲等級,又便于工程質(zhì)量檢測的實際操作。本文推薦的方法和標(biāo)準(zhǔn)在該堆石混凝土壩工程實例中得到了驗證,對保障壩體防滲質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。

[1]金峰,安雪暉,石建軍,張楚漢.堆石混凝土及堆石混凝土大壩[J].水利學(xué)報,2005,36(11):1347-1352

[2]金峰,安雪暉,張楚漢.北京軍區(qū)聯(lián)勤部堆石混凝土蓄水壩初步設(shè)計報告[R].北京:清華大學(xué)河川樞紐研究所,2005

[3]黃綿松,周虎,安雪暉,金峰.堆石混凝土綜合性能的試驗研究[J].建筑材料學(xué)報,2008,11(2):206-211

[4]張志恒,石建軍.堆石混凝土抗凍抗?jié)B性能的試驗研究[J].南華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,23(3):76-79

[5]DL/T5148-2001.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S]

[6]SL319-2005.混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S]