CN110057618B - 一种制定碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制定碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法，它系统收集了碾压混凝土坝钻孔取芯及压水试验检测的规范要求，对常规机械设备的适用性进行区分；制定出影响碾压混凝土坝质量的因素分类表，选出代表性的检测坝段；在碾压混凝土坝分区典型断面上进行钻孔取芯和压水试验孔位布置示范，并就钻孔取芯过程中需对钻孔取芯方案进行调整的事项提出应对方案。本发明具有方案成熟、简单明了、可操作性强、可有效考虑碾压混凝土坝级配分区、施工层间结合和坝内廊道孔洞等因素影响的优点，本发明既能够全面反映大坝施工质量，又能进行有针对性的质量缺陷检测，从而节省工程造价。

Description

一种制定碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法

技术领域

本发明涉及水利工程施工领域，特别涉及一种制定碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法。

背景技术

碾压混凝土坝施工存在多个施工层面，施工层面渗透特性是评定碾压混凝土坝质量的一个重要指标。一方面，库水沿层面或较薄弱部位进入坝体，则会增加坝体的孔隙水压力及扬压力，降低坝体的抗滑稳定性；另一方面，渗透水还会将碾压混凝土坝中的Ca(OH)₂和其他成分带走进而影响碾压混凝土坝强度和耐久性等，冻融区层面积水还会损伤坝体表层和加速坝体老化。现场钻孔压水试验检查是评定碾压混凝土坝抗渗性能的一种方法，为了了解坝体整体防渗性能和坝体局部区域的施工质量，在坝体不同部位布置不同深度的钻孔进行压水试验检查，测定其渗透指标。为了调查碾压混凝土坝碾压质量，可从碾压混凝土坝中钻孔取出芯样或整长芯样，对其外观、断面、骨料分布的均匀性、密实程度及胶结情况等作直观检查和综合评定，部分芯样送实验室做力学指标测定。

目前，碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方法没有形成较为统一的认识，相关设计规范中也未提出相应的步骤规定，《水工碾压混凝土施工规范（DL/T 5112-2000）》关于钻孔取芯和压水试验的设计有关规定如下：

（1）按一般规定，芯样直径应大于混凝土最大骨料粒径的（2.5～3.0）倍；

（2）试件高度大于1.7倍直径时，可以认为端面约束已减弱到可以不予考虑的程度。所以，把高径比为2.0的芯样试件定为标准试件；

（3）碾压混凝土坝钻孔芯样试验项目包括抗压、抗拉或劈裂、抗渗、抗冻、极限拉伸等性能以及弹性模量测定等，试验方法按《水工碾压混凝土试验规程（SL 48-94）》执行。

当前碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验仍然没有比较成熟、标准化的方法，大多数施工单位都是根据工程经验临时制定钻孔取芯与压水试验方案。不成熟的钻孔取芯检测与压水试验方案常会有疏漏或重复之处，不得不在检测过程中对检测方案进行调整修改，这样不仅会导致出现机械停歇，工人窝工和返工等现象，而且会推迟工程进度，造成一定的经济损失。

钻孔取芯方法及理论的不完善使得钻孔方案的代表性及可操作性降低，难以全面反映坝体整体质量，无法进行针对性的缺陷检测，难以获得有效的试验数据，浪费人力物力。

当前碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方法中存在许多问题，亟需解决，如：

（1）钻孔取芯机械难以确定，尤其是当今社会钻孔取芯机械类型众多，在碾压混凝土坝上钻孔取芯时，有些设备运行和钻孔需求不明确，导致很难确定机械技术参数和选择合适的钻孔机械型号；

（2）钻孔取芯布置没有综合考虑碾压混凝土坝施工及坝体内各结构布置等情况，现有钻孔取芯与压水试验施工操作没有明确的标准，造成坝体质量参数选取没有明确的优先级，难以对钻孔进行有效布置；

（3）钻孔取芯步骤没有统一的认识，不能够高效率、连续地进行钻孔取芯；

（4）虽对压水试验孔位提出了要求，但难以保证钻孔取芯和压水试验成果的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种制定碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法，该方法详细列出了当前规范对碾压混凝土坝质量检测的相关要求，可以快速全面了解需进行检测的项目，并准确计算检测工作量。现场钻孔取芯机械设备型号根据机械设备特性表选取，依据碾压混凝土坝质量影响因素清单制定合理的钻孔布置方案；针对检测中遇到的问题对钻孔布置方案进行调整，全面考虑坝体碾压混凝土级配、分缝、材料强度、施工特性等综合影响，对各参数进行等级划分，合理反映碾压混凝土坝施工质量，从而对指导碾压混凝土坝施工提供重要的参考。

本发明的目的是这样实现：

一种制定碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法，具体步骤如下：

（1）、收集碾压混凝土坝钻孔取芯检测的规范要求，并根据规范要求初步拟定满足取样检测比率要求的芯样的长度；

碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验相关的规范有《水工碾压混凝土施工规范（DL/T 5112-2000）》和《水利水电工程钻孔压水试验规程（SL 31-2003）》，但对取芯量没有规定，借鉴参考《水工混凝土施工规范（DL/T 5144-2015）》和坝体实际情况定出取芯量；

（2）、收集大坝坝段的功能划分及设计断面材料分区的图纸：

从施工方、设计方和建设方搜集关于碾压混凝土坝的平面图、剖面图、纵剖图图纸，从这些图纸中选出具有坝段的功能划分及设计断面材料的分区图纸；

（3）、根据制定的“影响碾压混凝土坝质量的因素等级表”，选定代表性的检测坝段：

根据碾压混凝土坝的施工特性并考虑施工过程中可能发生的一些不利因素制定影响混凝土坝质量的因素等级表，见表1；Ⅰ级为最重要因素，往后依次递减，调查各坝段的施工情况，选择代表性的检测坝段；

（4）、选定钻孔取芯及压水试验的孔位及深度：

根据收集的大坝设计断面分区图和全面反映碾压混凝土坝施工质量原则拟定钻孔位置，根据拟定的孔位计算钻孔深度；

（5）根据碾压混凝土坝钻孔取芯检测常规机械设备种类及特性表，选择检测机械设备：

以机械设备种类及特性表中列出各种钻孔取芯钻机机型的钻进深度、单绳提升力、立轴最大提升力、通孔直径、可倾斜角度、提升速度、动力值技术参数和各种机型的适用性，见表2，再根据施工单位和大坝的坝高、坝长等实际情况选择钻孔机械型号；

（6）进行钻孔取芯与压水试验：

根据第（4）步拟定的钻孔取芯孔位和第（5）步选取的机械进行钻孔取芯，再利用第（5）步确定的压水试验孔位进行压水试验；

（7）对钻孔取芯过程中需对钻孔取芯方案进行调整的事项提出应对方案：

在钻孔取芯过程中，孔位遇到一些特殊情况时，如穿过一些重要建筑物时，需调整孔位，做出相应的应对方案；

（8）芯样送检及检测资料整理：

芯样取出后需及时进行编号及芯样描述，现场摆放整齐，并保护好芯样不被损坏，将芯样送去试验单位进行试验检测。

在第（4）步中，所述钻孔位置根据大坝坝段功能划分和设计断面材料分区、与周边结构物边缘保持安全距离和坝体里面埋设仪器的影响选定，突出了钻孔取芯检测的代表性。

在第（3）步中，所述调查各坝段的施工情况包括各坝段施工时是否发生严重质量缺陷事故，最大浇筑坝体高度，浇筑碾压混凝土坝时温度值，降雨情况。

在第（7）步中，所述穿过一些重要建筑物包括坝内厂房、泄流孔、廊道孔和监测仪器。

在第（8）步中，所述检测资料整理采用一套统一的标准格式。

本发明的特点是：首先列出钻孔取芯与压水试验的操作标准化流程，对每一步进行分解，列出各种机械的适用性，对影响坝体质量的各因素进行分等级，全面考虑坝体各项指标的综合影响，并选出相应的坝段，再根据坝体功能分区图，进行布置钻孔取芯和压水试验孔位，并综合考虑避开重要建筑物（如坝内厂房、泄流孔、监测设备等），从而达到综合反映碾压混凝土坝整体质量的目的，数据收集采用一套统一的标准表格，如表3～6所示。

附表项目及样式：

附图说明

图1为挡水坝的立体视图，作用：用于说明钻孔的坝纵向桩号位置及孔深要求；

图2为左岸坝段的平面布置图，作用：用于说明钻孔的孔位平面位置及与周边建筑物的关系，坝轴线较长时图纸可分段描述；

图3为右岸坝段的平面布置图；

图4为22#坝段的横断面图，作用：用于说明钻孔所在碾压混凝土坝分区及与断面内孔洞、埋设仪器的相互关系；

图4中：取芯钻孔编号表示为ZKX（20）-1，…，ZKX（6）-5（括号内数字表示第几坝段，括号外数字表示第几个钻孔），压水钻孔编号表示为YSX（20）-1，…，YSX（6）-5为碾压混凝土（括号内数字表示第几坝段，括号外数字表示第几个钻孔），坝段号表示为1，…，24。另外，25表示为变态混凝土，26表示为二级配碾压混凝土，27位三级配碾压混凝土，28表示二级常态混凝土，29表示坝体排水孔，Ⅰ为左岸碾压混凝土重力坝段，Ⅱ为表孔溢流坝段，Ⅲ为低孔溢流坝段，Ⅳ为厂房坝段，Ⅴ为右岸碾压混凝土重力坝段，坝体混凝土分区号表示为Ⅰ-Ⅰ，…，Ⅰ-Ⅳ，混凝土指标表示为R₉₀200W₆，其中R₉₀为90天达到标准养护强度，200为200次冻融循环，W₆为抗渗等级6级，C₉₀20为下标天数的常态碾压混凝土设计强度等级标号，R₉₀200为下标天数的碾压混凝土强度标号。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的介绍，但并不因此限定本发明的实施范围在这种坝型当中。

（1）收集碾压混凝土坝取芯检测的规范要求，根据规范，初步拟定满足取样检测比率的要求的芯样长度：

查询设计文件，得到碾压混凝土坝总浇筑量，然后根据《水工混凝土施工规范（DL/T 5144-2015）》中所述的取芯量为每万m³混凝土取芯2～10 m，初步拟定取芯量；钻孔取芯数量和需检测的碾压混凝土坝工程量为线性关系，而坝高和碾压混凝土坝工程量为几何关系，因此为满足钻孔取芯数量的要求，坝高越高钻孔的孔位数相应越多；

（2）收集大坝坝段功能划分及设计断面材料的分区图：

从设计图纸中收集碾压混凝土坝功能划分分区图和大坝设计的断面分区图，碾压混凝土坝功能分区图根据碾压混凝土坝的建筑功能划分获得，坝段分缝沿坝轴线方向划分；大坝设计断面分区图根据大坝碾压混凝土级配、防渗等级、材料抗冲刷、抗冻等设计指标分区；分别详见图1～3；

（3）根据制定的“影响碾压混凝土坝质量的因素等级表”选定代表性的检测坝段：

制定出影响混凝土坝质量的因素分类表，样式见表1；不同地区、不同施工工艺、不同施工特性可根据实际情况调整影响因素的等级，制定出合理的因素等级，选出具有代表性的坝段进行钻孔取芯和压水试验；

（4）选定钻孔取芯及压水试验的孔位及深度：

根据第（1）步拟定的钻孔取芯量，参照第（2）步收集的大坝设计断面分区图，初步确定钻孔位置；钻孔取芯孔位尽量涉及到每一个碾压混凝土分区，至少在上游防渗区、坝体内部碾压混凝土区布置钻孔；一般情况相同类型碾压混凝土分区，同一施工仓面不重复布孔，对于高坝可在防渗区、有施工缺陷部位重复布孔；宜在与钻孔取芯位置纵轴或横轴相隔1 m处设置压水试验孔位；其中上游防渗区钻孔深度应深入岩层一定深度，以探明坝基础的岩层性状，入岩深度根据坝高和岩层地质描述情况确定，一般不小于5 m，可根据具体情况选择具体的数值；

（5）根据碾压混凝土坝钻孔取芯检测常规机械设备种类及特性表，选择检测机械设备：

根据列出的常用钻孔取芯机械主要技术参数和适用性，见表2，主要列出机械的钻进深度、单绳提升力、立轴最大提升力、通孔直径、可倾斜角度、提升速度、动力值等参数值，根据坝和施工单位的实际情况及考虑机械的适用性、经济性、效率、安全等因素选择钻孔机械，再选用尺寸适宜的钻头；

（6）进行钻孔取芯与压水试验：

采用第（4）步拟定的钻孔取芯孔位和第（5）步选取的机械进行钻孔取芯，再根据第（4）步确定的压水试验孔位中进行压水试验；钻孔取芯和压水试验的钻孔孔位及深度要求根据能检测到碾压混凝土整体施工质量及施工异常影响因素的要求来选定；透水率的评定标准一般由设计方提出；

（7）对钻孔取芯过程中需对取芯方案进行调整的事项提出应对方案：

获取坝内厂房、泄流孔、廊道孔位置，依据大坝分区图，各坝段优先级，确定的取芯位置穿过坝内厂房、泄流孔、廊道孔时，应避开这些建筑物，还需要与周围边缘保持安全距离为原则，两孔之间最少间隔1 m；将钻孔取芯孔位置记录；钻孔前由监测单位核对孔位是否与监测仪器、设备电缆等有冲突，当可能对观测仪器及冷却水管有损伤时，孔位可作适当调整，钻孔取芯完成后进行取芯量的复核，看是否满足规范要求，如不满足，再按“影响碾压混凝土坝质量的因素等级表”重新选取坝段进行钻孔取芯布置；

（8）芯样送检及资料整理：

芯样取出后进行编号后按规范要求送去试验，现场摆放整齐，并保护好芯样不被损坏，并按照表5进行芯样评定，长芯样采用槽钢盛装，并使用专用吊架进行吊运；进行压水试验孔编号；将芯样送去试验单位进行试验，混凝土芯样试验项目应包括抗压、抗拉或劈裂、抗渗、抗冻、极限拉伸以及弹性模量等，并记录在相应表格中。

本发明的具体实施示例如下：

1、以江西某碾压混凝土坝为例，最大坝高为46.8 m，左岸坝段长163.72 m，溢流坝段229.1 m，右岸105.8 m，碾压混凝土坝总浇筑量为9万m³，采用通仓碾压在切割筑坝，碾压混凝土浇筑类型有二级配、三级配碾压混凝土，常态碾压混凝土，变态碾压混凝土；

2、根据本发明对上述碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法如下：

（1）收集碾压混凝土坝钻孔取芯检测的规范要求，根据规范，初步拟定满足取样检测比率要求的芯样长度：

根据《水工混凝土施工规范》中所述的取芯量为/万m³混凝土取芯2～10 m，根据专题会议纪要，要求每万m³碾压混凝土取6 m，总浇筑量为9万m³，算得取芯量为54 m；最大坝高为46.8 m，根据图1中坝高的变化，取芯量大于最大坝高，小于两倍最大坝高，初拟2个钻孔取芯孔位；

（2）收集大坝坝段功能划分及设计断面材料分区图：

根据图1、2、3所示，沿坝轴线方向将大坝分成24个坝段，左岸1～7为碾压混凝土坝段，溢流坝段8～19，右岸20～24为碾压混凝土坝段；根据不同的碾压混凝土级配、防渗等级、材料抗冲刷、抗冻等设计指标，对碾压混凝土坝沿垂直于坝轴线方向进行分区，结果如图4所示，分成I～IV四个区；

（3）根据制定的“影响碾压混凝土坝质量的因素等级表”选定代表性的检测坝段：

查询施工日志，记录统计各坝段严重质量缺陷事故，最大浇筑坝体高度，浇筑碾压混凝土坝时温度值，是否发生停工等现象，然后按表1；根据施工日志，20#坝段发生严重质量缺陷事故，浇筑6#、4#、5#、7#是均发生不同程度的温度过高、降雨导致仓面浸泡等现象；因采用通仓碾压在切割筑坝，最大坝高即可代表最大碾压混凝土浇筑量坝高，根据图1所示20#、21#坝段坝高较大，但因20#、21#为相邻坝段，相邻坝段碾压混凝土直接存在一定的连续性，为使实验结果更具有全面性，在20#坝段钻孔即可；根据第（1）步结果，这里选出5个代表性的坝段，为20#>6#>4#>5#>7#；

（4）选定钻孔取芯及压水试验的孔位及深度：

20#坝段发生严重质量缺陷，在该坝段2个孔设置为针对性试验检查孔，取芯量不计入规范要求量中，为具有对照性，将2孔布置在20#坝段，防渗区1个，非防渗区1个；第1步初步拟定钻2个孔取芯，4#坝段1个，6#坝段1个；查询20#坝段剖面图，如图4所示，初步将孔布置在坝纵0+399.5，坝横0+001和坝纵0+400.5，坝横0+002.1位置，4#和6#坝段布置在坝纵0+068，坝横0+000.6和坝纵0+146.72，坝横0+002.1位置，压水试验布置5个孔，布置在右岸20、22、7、6#坝段，位置分别为坝纵0+400.25，坝横0+001、坝纵0+401. 5，坝横0+002.1、坝纵0+445，坝横0+001、坝纵0+147.22，坝横0+002.1、坝纵0+130，坝横0+001；查询设计文件，得出每个孔的深度；

（5）根据碾压混凝土坝钻孔取芯检测常规机械设备种类及特性表，选择检测机械设备：

常用钻孔取芯机械主要技术参数和适用性见表2，根据本碾压混凝土坝及施工单位自身的综合情况，选取HGY-650机型钻孔机械配合使用219 mm金刚石钻头对本次试验进行钻孔取芯；用XY-2机型钻孔机械配合使用75 mm金刚石钻头对本次压水试验进行钻孔；

（6）进行钻孔取芯与压水试验：

施工前出具开钻证，由承包人、监理以及监测单位签字确认后进行测量放样。为了减少机座的振动影响，机座一定要固定牢固可靠，保证尽可能取出完整芯样；压水试验采用“单点法”，孔深小于30 m的试段平均压力为0.3 MPa；孔深大于30 m的试段平均压力为0.6Mpa；

（7）对钻孔取芯过程中需进行钻孔取芯方案调整的事项提出应对方案：

获取安全监测仪器、厂房、泄流孔、廊道孔位置，依据大坝分区图，确定钻孔取芯位置时应避免穿过坝内厂房、泄流孔、廊道孔这些建筑物，还需要与周边建筑物边缘保持安全距离为1.0 m，两孔之间最少间隔1.0 m；在20#坝段非防渗区的取芯孔考虑到施工误差，该钻孔有可能还是在防渗区，所以改在坝横0+003.0，并钻进基岩5 m，最终此孔位置为坝纵0+400.5，坝横0+003.0查明垫层处理情况；为避免压力水往同一部位孔内渗透，先钻压水试验孔、再钻取芯孔；压水试验采用中间无接头的专用胶管替代钻杆作为工作管，避免了杆接头可能漏水的现象；这里钻孔取芯4孔，20#坝段不计入取芯量，剩下两个孔取芯总量为59.9m，满足规范要求；

（8）芯样送检及资料整理：

芯样取出后及时进行编号及芯样描述，现场摆放整齐，并保护好芯样不被损坏，取芯孔编号ZXK（20）-1和ZXK（20）-2，压水试验孔编号YSK（20）-1；并及时将芯样送去试验单位检测，碾压混凝土芯样试验项目应包括抗压、抗拉或劈裂、抗渗、抗冻、极限拉伸等等性能以及弹性模量测定；并将这些数据整理成表，钻孔信息记录在表3，压水试验记录在表4，芯样试验记录在表6；下面给出记录完整的表3以作参考。

Claims (1)

1.一种制定碾压混凝土坝钻孔取芯与压水试验方案的方法，其特征在于：检测按以下步骤依次进行：

(1)收集碾压混凝土坝钻孔取芯检测的规范要求，根据规范，初步拟定芯样的长度，满足取样检测比率的要求；

(2)收集大坝坝段的功能划分及设计断面材料分区的图纸；

(3)根据“导致质量失控事件→最大浇筑坝体高度→有质量缺陷位置→施工控制不合格”的影响碾压混凝土坝质量等级因素，选定具有代表性的检测坝段；

(4)选定钻孔取芯及压水试验的孔位及深度；孔位的选定是根据大坝坝段功能划分、设计断面材料分区、与周边结构物边缘保持安全距离和坝体里面埋设仪器的影响选定；所述与周边结构物边缘保持安全距离是根据坝顶宽、坝高、坝段分缝及坝内孔洞体型来选取；

具体的，至少在上游防渗区、坝体内部碾压混凝土区布置钻孔，上游防渗区钻孔深度应深入岩层一定深度，以探明坝基础的岩层性状，入岩深度根据坝高和岩层地质描述情况确定，不小于5m；在与钻孔取芯位置纵轴或横轴相隔1m处设置压水试验孔位；

(5)根据碾压混凝土坝钻孔取芯检测常规机械设备的种类及特性表，选择检测机械设备；

(6)进行钻孔取芯与压水试验；

(7)对钻孔取芯过程中需进行取芯方案调整的事项提出应对方案；获取坝内厂房、泄流孔、廊道孔位置，依据大坝分区图，各坝段优先级，确定的取芯位置穿过坝内厂房、泄流孔、廊道孔时，应避开这些建筑物，还需要与周围边缘保持一定的安全距离为原则，两孔之间最少间隔1m；

(8)芯样送检及检测资料整理。

Images