辛长青

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

汾河二库碾压混凝土坝坝体抗渗性评估

辛长青

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

文中分析了碾压混凝土坝渗水的原因和后果，较详细地介绍了山西省汾河二库碾压混凝土坝坝体抗渗性评估的方法及资料分析。

汾河二库；碾压混凝土；抗渗性；压水试验

汾河二库位于山西省太原市尖草坪区与阳曲县交界的汾河干流上，下游距太原市约30 km。水库大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶长228 m，最大坝高88 m。大坝采用全断面通仓薄层、连续摊铺碾压的施工方式，这种施工方式在施工方便快速的同时也会在坝体产生较多的层面和冷缝，如果处理不当容易形成渗漏通道，影响大坝的抗渗性能，影响大坝的综合质量。特别是对于高坝来说，连续施工形成的层间结合面质量的好坏对大坝抗渗性和综合质量的影响特别重要，因此，如何在现场准确测量碾压混凝土的渗透性，对碾压混凝土大坝的防渗质量控制意义重大。本文拟对汾河二库碾压混凝土坝坝体的抗渗性评估做一简单的介绍。

1 碾压混凝土坝渗水的原因和后果

1）裂缝是导致碾压混凝土大坝发生渗水现象的主要原因，分析国内外已建碾压混凝土大坝产生裂缝的原因，主要可以归纳为以下两个方面:

（1）碾压混凝土理化反应造成的裂缝。一是碾压混凝土的温度应力导致的细微裂缝，二是水泥的水化热过大形成的裂缝[1]，三是由碾压混凝土的徐变导致裂缝后产生的渗漏通道。

（2）碾压混凝土施工原因造成的裂缝。一是施工中振动碾压不密实形成的裂缝，二是骨料分离形成的裂缝，三是碾压混凝土间歇层面接合不良产生的缝隙，四是在斜层平铺施工中边角以及建筑节点处置不良而形成渗漏通道，五是由于坝体止水带周边变态混凝土处置不当而形成缝隙渗漏[2]。

2）碾压混凝土坝渗水导致的严重问题。碾压混凝土坝渗水主要会导致三个方面的严重问题：一是渗透水从层面间进入并侵蚀坝体，降低坝体在该层面的抗剪强度，增大坝体的扬压力和孔隙水压力，导致大坝的抗滑稳定性下降；二是渗透水会导致碾压混凝土结构中的游离钙离子以及其它成份析出，对碾压混凝土强度和耐久性产生不良影响；三是渗水导致碾压混凝土内的孔隙含水量过高会直接加剧碾压混凝土的冻融破坏。

2 碾压混凝土坝抗渗性评估的目的、依据和方法

1）目的

抗渗性是碾压混凝土性能应满足的设计要求之一，是评价碾压混凝土综合质量的一个重要指标。评估的目的是测定坝体渗透性能，评估坝体的抗渗性是否满足设计的要求，为坝体质量的整体评价提供依据。

2）依据

（1）规程规范。《水工碾压混凝土施工规范》（SL53-94）和《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL25-92）。

（2）设计要求。汾河二库碾压混凝土大坝设计吕荣值应小于或等于1 Lu。

（3）方法。坝体渗透性测定的方法是钻孔压水试验法，即采用吕荣（M.Lugeon）试验作为常规性的压水试验方法。

3 主要试验设备的选择

根据汾河二库的实际情况，主要试验设备的选择如表1所述：

表1 汾河二库现场压水试验主要设备表

考虑到汾河二库碾压混凝土的性质，试验选用液压回转岩芯钻机，使用金刚石钻头并配备两台泥浆泵。考虑到单管顶压式止水柱塞操作简单，且在其他工程上使用较多，选用单管顶压式止水柱塞封孔，柱塞外径为75 mm，要求长度大于525 mm。试验用的供水设备主要包括精密流量泵、稳定空压室、滤水器等，选用的精密流量泵最大压力可以达到1.6 MPa，其压力可以在0～1.6 MPa之间调节，流量可在0～1.3 L/min范围内调节。流量仪选用湖南湘水基础公司研制的H97-2型流量测试仪，该仪器能测出的最小渗流量可达到 1.3×10-5L/min。

4 碾压混凝土现场压水试验的方法

4.1 压水试验方案

试验采用自上而下分段压水的方式进行，每个分段的长度要按照规范和设计文件要求确定，分段要包含层间结合面，试验中如果发现渗透量较大时，要及时调整栓塞位置，减小试验段长度来找出渗透量最大的部位，在完成全部试验后，要对钻孔进行灌浆封孔处理。

4.2 布置试验孔位

压水试验钻孔共布置4孔，孔深不同，孔径均为Φ75 mm。在碾压混凝土大坝的两侧挡水坝段和中部的引水坝段各布置一个钻孔，三个孔位都位于碾压混凝土二级配防渗区，距大坝上游面约1.5 m。第4个压水试验孔位于引水坝段的三级配坝区内。布孔时要求避开坝体内排水孔，不破坏坝内预埋件，防止串孔发生。见图1。

图1 汾河二库碾压砼大坝压水试验钻孔布置

4.3 试验段长度的确定

汾河二库碾压混凝土的升程高度（滑模在分层浇注时每层的上升高度）是2.1 m，使用组合式滑模板压水试验的测试段长度根据该升程确定，每个压水试验段长基本按照升程高度的一半确定，均分后每个试验段长度确定为1.05 m(个别段为1.4 m)，每一个升程中的一段不含间歇层缝面，另一段含间歇层缝面，各分段的底高程控制在间歇层下0.5～0.75 m之间。

4.4 试验段试验水压力

《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL25-92）要求岩体渗透试验的最大压力一般要达到1 MPa，如果试验段距离地表较近时，要考虑岩体抬动变形致使试验透水率失真的问题。考虑到碾压混凝土强度小于岩体，且试验段距离混凝土外表面1.5 m，考虑到不能扰动或抬动碾压混凝土，致使试验透水率失真的问题，试验段水压力要控制在0.3～0.6 MPa之间。采用单点法压水试验后，每个钻孔自上而下的第1、2、3、4段压力确定为0.3 MPa，从第5段开始以下各段压力确定为0.6 MPa，操作上要先在0.3 MPa的压力下持续5～10min并仔细观察无异常反应后，方可升压至0.6MPa。

4.5 试验方法

4.5.1 钻孔及清洗

压水试验的钻孔采用岩芯钻机，Φ75 mm金刚石钻头旋转推进，钻进深度按照计划压水试验段长度确定。钻孔前要将钻机固定，确保钻机立轴垂直，机座平稳固定。在钻至孔底后开启注水泵至最大流量持续洗孔，在孔口回水变清且水中无岩粉时方可停止。

4.5.2 试验段隔离装置的安装。

首先要确保止水胶塞完好，止水隔离装置滑动正常，管接头是否连接牢固等。检查完毕后，将止水隔离装置装入孔内，再安装流量测试仪、压力表、供水泵、滤水器、稳定空气室等设备。在每次压水前，均需先进行检查，确保止水隔离装置不漏水后方可进行试验。

4.5.3 压水试验设备调试

设备调试的顺序是：在确认关闭调压阀后，通过精密流量泵先向试验孔段内注水，排净空气，并且观察到空口回水中无杂质后，将止水隔离装置压入孔内进行隔离，在检查无误后，使用调压阀调节孔内压力，在孔内压力稳定在设计值时，先关闭供水阀，随后打开流量测试仪并对调压阀进行微调，使试验段水压力稳定在设计值。

4.5.4 流量、压力观测读数

依据钻孔压水试验技术要求，在压力稳定后可以开始进行流量观测。试验中，用电子秒表每5 min测一次流量，连续测5次，其中最大值与最小值低于最终流量的10%时，可结束该段试验并取最终值作为计算值。试验中如果发现渗透量较大时，需不断调整栓塞位置，逐渐减小压水段长度，在通过水泵的水表来读取数据，找出该段内渗量最大的位置。

4.5.5 试验后封孔

完成试验后，封孔需要采用水泥砂浆分段灌浆，灌浆之前仍需先用0.4 MPa的压力水洗孔。灌浆时采用不同的压力，0～8 m段灌浆压力采用0.4 MPa，8～16 m段灌浆压力采用0.6 MPa，16 m以下灌浆压力采用0.8 MPa，在孔内浆液初凝后，再用M20水泥砂浆人工封堵孔口。

5 资料分析

《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL25-92）给出了混凝土透水率的计算公式如下:

式中:q——压水试验段透水率，Lu；

L——压水试验段长度，m；

Q——流量，L/min；

P——试验段压力值，MPa。

每一孔的压水试验完成后，将每段的试验成果汇编表，就是该孔的压水试验成果，引水坝段的试验孔成果见表2：汾河二库碾压混凝土坝压水试验检测成果表。

表2 汾河二库大坝2#孔压水试验成果表

计算后对每段的试验成果进行数理统计分析，透水率统计表一般按照透水率大小分五个范围计算，综合分析大坝的防渗状况。分析成果见表3、表4、表5。

表3 汾河二库二级配压水试验透水率统计表

表4 汾河二库压水试验透水率汇总表

表5 汾河二库压水试验透水率统计表

常规压水试验的P-Q曲线可以分为5种类型，依据碾压混凝土分层施工的特点，碾压混凝土的渗流状态可视为层流，在进行压水试验过程中，有裂缝不可能随着压力的升高发生明显变化。故其升压曲线是一条通过原点的直线，其降压曲线与升压曲线基本处于重合状态（如图2）。

从压水试验成果可知全部试验段最大值为0.054 Lu，90%以上的数据小于0.009 Lu，均远小于设计要求的1 Lu，汾河二库大坝碾压混凝土抗渗指标比较均匀，整体抗渗性能较好。三级配碾压混凝土的平均值大于二级配防渗层混凝土，在二级配防渗层碾压混凝土中，最大透水率均发生在层间结合面，大于碾压层中的透水率，这说明层间结合面处理是碾压混凝土浇筑的关键，其他工程在施工中应重点注意。

图2 P-Q曲线类型及曲线特点图

6 结语

1）汾河二库碾压混凝土坝坝体钻孔压水试验，确定的最大试验压力为0.6 MPa，试验吕荣值小于或等于1 Lu，是符合工程实际的，也是合理的。

最大试验压力值的确定，一是要符合规范的要求，二是在压水试验过程中，保证坝体结构不受破坏或潜在的破坏。

试验吕荣允许值的确定，一是要符合坝体结构安全和运行安全的要求，二是使P-Q曲线呈线性，便于分析和预报。

2）钻孔压水试验结果表明，试验吕荣值远小于设计要求值，上游面二级配碾压混凝土的渗透系数可达10-10cm/s，可见坝体整体抗渗稳定性能良好，满足设计要求。

［1］孙启冀，侍克斌，李 捷.寒冷干旱地区高碾压混凝土坝温控防裂研究初探［J］.混凝土，2013（06）:150-151.

［2］孙启冀，侍克斌，李玉建.寒冷干旱地区高碾压混凝土坝裂缝成因分析［J］.人民黄河,2012（04）:100-101，105.

Assessment on Dam Body Impermeability of the Roller Compacted Concrete Dam of Fenhe Second Reservoir

XIN Chang-qing

The paper anlyzes the causes and consequences of weeping water from the dam body of the roller compacted concrete dam and more thoroughly introduces the assessment method and data analysis on the dam body impermeability of this dam type of Fenhe Second Reservoir.

Fenhe Second Reservoir；roller compacted concrete dam；impermeability；water pressure test

TV642.2

B

2017-03-24

2017-04-05

辛长青（1975-），男，2005年毕业于河北工程大学，工程师。

1006-8139（2017）03-019-04