李迪光，李金磊，劉相鑫

（1.金安橋水電站有限公司，云南 麗江 674100；2.漢能控股集團有限公司開發(fā)管理部，北京 100031）

0 引言

金安橋水電站碾壓混凝土重力壩最大壩高160 m，壩頂長640 m，壩體共分21個壩段，大壩混凝土工程量約360萬m3，其中碾壓混凝土242萬m3。碾壓混凝土于2007年5月開始澆筑施工， 2009年12月底澆筑完成。按照設計要求，進行大壩碾壓混凝土鉆孔取芯和壓水檢查試驗。通過對碾壓混凝土芯樣進行力學性能、耐久性試驗及壓水檢查,并結合大壩碾壓混凝土現(xiàn)場原位抗剪試驗，綜合評價金安橋水電站大壩碾壓混凝土的施工質(zhì)量。

1 原材料及混凝土技術指標

金安橋水電站大壩碾壓混凝土所用水泥為永保42.5中熱硅酸鹽水泥，粉煤灰為攀枝花利源廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，骨料為左岸砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的玄武巖人工骨料。碾壓混凝土采用ZB-1Rcc15緩凝高效減水劑，引氣劑為ZB-1G。碾壓混凝土的設計技術指標見表1。

表1 碾壓混凝土設計技術指標

2 鉆孔取芯及壓水試驗

2.1 孔位布置

碾壓混凝土鉆孔取芯的布孔是在混凝土達到設計齡期后，結合不同段壩的不同高程部位及上游防滲區(qū)、變態(tài)混凝土、汽車入倉擾動等影響倉內(nèi)混凝土質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)，所布孔位具有代表性?？孜徊贾帽荛_安全監(jiān)測儀器、管線及其他預埋件的位置。

碾壓混凝土二級配區(qū)鉆取的φ150 mm芯樣，采用HGY-300鉆機φ168 mm鉆具鉆取；碾壓混凝土三級配區(qū)φ200 mm芯樣，用HGY-300鉆機φ219 mm鉆具鉆取。

2.2 芯樣描述

金安橋水電站大壩碾壓混凝土先后安排3次鉆取芯樣，累計取出φ200 mm和φ150 mm大于10 m的長芯樣10根；鉆孔總計長791.25 m，芯樣獲得率為98.86%，平均長度為0.98 m。芯樣的長度和獲得率屬國內(nèi)前列。2009年5月11日在1號壩段取出一根φ150 mm、長16.49 m的超長芯樣。2008年12月22日在11號壩段11-Ⅱ-01深40.07 m的同一孔內(nèi)，取出一根φ150 mm、長15.73 m芯樣和兩根分別長為10.92、10.36 m的芯樣，刷新了在同一個碾壓混凝土鉆孔中取出3根超過10 m的芯樣紀錄。

取出的碾壓混凝土芯樣外觀表面平整、光滑、骨料分布均勻，結構密實、氣孔少，骨料架空現(xiàn)象少。在對芯樣進行編號和素描后，具有代表性的超長芯樣，存放在左壩肩EL.1424養(yǎng)護水池里長期保存；一般芯樣堆放在2號渣場，然后選送到委托單位進行芯樣力學性能和耐久性試驗。

2.3 壓水試驗成果分析

碾壓混凝土壓水孔為φ75 mm，壓水檢查孔布置考慮了防滲區(qū)和主填筑區(qū)的不同部位。壓水孔每3 m為一壓水段長，采用單點法進行壓水試驗，第一段壓力為0.3 MPa，第二段壓力為0.6 MPa，其余各段壓力均為1.0 MPa。壓水試驗壓力結束標準：在穩(wěn)定的壓力下每5 min讀一次壓水流量，在流量無持續(xù)增大趨勢、每一次連續(xù)5個流量中最大值與最小值之差小于最終值的10%時，全孔壓水試驗結束，用滿足要求的水泥砂漿封孔?？倝核螖?shù)為58段。

壓水試驗結果表明：碾壓混凝土最小透水率為0.02 Lu，最大透水率為0.90 Lu（孔口段）；透水率小于0.1 Lu、0.1～0.5 Lu、0.5～1.0 Lu的段分別占總段數(shù)的33%、62%、5%；大壩碾壓混凝土整體抗?jié)B性能良好。

3 芯樣試驗

3.1 容重和抗壓強度

對碾壓混凝土壩所取芯樣，進行抗壓強度試驗，最后換算成150 mm3的抗壓強度，試驗結果見表2。

表2 芯樣抗壓強度、容重試驗結果

二級配C9020混凝土芯樣 （15組）抗壓強度平均值為26.0 MPa，最大值 32.5 MPa，最小值18.6 MPa，滿足二級配抗壓強度設計要求。三級配C9020混凝土芯樣 （15組）抗壓強度平均值為24.1 MPa，最大值38.6 MPa，最小值17.9 MPa，滿足三級配抗壓強度設計要求。

二級配C9020碾壓混凝土容重檢測25組，平均值為 24 901.8 kN·m-3， 最大值為 25 382 kN·m-3， 最小值為24 059 kN·m-3；三級配C9020碾壓混凝土容重檢測40組，平均值為25 881.8 kN·m-3，最大值為26 744.2 kN·m-3， 最小值為 25 215.4 kN·m-3。 符合玄武巖骨料容重值較大的特性。

3.2 抗拉強度、極限拉伸值和靜力抗壓彈性模量

芯樣抗拉強度和極限拉伸值的試驗結果見表3。

表3 芯樣抗拉強度、極限拉伸值結果

二級配C9020混凝土芯樣軸心抗拉強度平均值為1.09 MPa，最大值1.12 MPa，最小值0.92 MPa。極限拉伸值平均為0.69×10-4,最大值 0.80×10-4，最小值0.53×10-4。三級配C9020混凝土芯樣軸心抗拉強度平均值為1.01 MPa，最大值1.42 MPa，最小值0.70 MPa。極限拉伸值平均為0.59×10-4，最大值0.77×10-4， 最小值0.47×10-4。 說明兩種級配混凝土抗拉強度和極限拉伸值均滿足設計要求。

二級配C9020和三級配C9020混凝土芯樣所測得的靜力抗壓彈性模量分別為31.5、29.45 GPa，均比設計的35 GPa低，有利于壩體抗裂。

3.3 抗剪強度

碾壓混凝土芯樣抗剪強度試驗，做了2組二級配C9020（本體熱縫）和5組三級配C9020（本體熱縫和層面冷縫），結果見表4。

從表4可以看出：二級配和三級配混凝土的本體熱縫、層面冷鋒的抗剪強度參數(shù)均能滿足設計要求；本體熱縫的抗剪強度比層間冷縫參數(shù)要高。

3.4 抗?jié)B和抗凍等級

選取3組二級配C9020和4組三級配C9020碾壓混凝土芯樣，進行抗?jié)B等級試驗。二級配C9020和三級配C9020芯樣在0.9 MPa下滲水高度分別為9.2、11.7 cm，抗?jié)B等級均滿足W8設計要求，但劈開后其滲水高度均較高，6個試件中有1、2個全透水。

對三級配C9020碾壓混凝土芯樣進行2組 （6塊）抗凍試驗，其抗凍等級5塊為F75（檢測齡期為 294～360 d），1塊為 F50（檢測齡期為 294 d），低于F100設計要求。原因在于：混凝土運輸、層面攤鋪碾壓過程，混凝土含氣量有損失；現(xiàn)場施工的混凝土芯樣漿體量少于試驗室標準條件要求量；芯樣在鉆取、運輸以及切割過程中，對混凝土芯樣會有影響，造成芯樣混凝土抗凍損壞加速，抗凍等級降低。但這不影響碾壓混凝土的耐久性。

4 現(xiàn)場原位抗剪試驗

4.1 場地布置

大壩碾壓混凝土現(xiàn)場共布置6組原位抗剪斷試驗，分兩次進行：第一次于2008年12月在11號壩段壩后高程1 317.5 m平臺進行，試驗分3組，每組5塊試件，混凝土設計等級為三級配C9020W6F100碾壓混凝土；第二次試驗在2009年2月進行，試驗位置為1號壩段壩1 422.5 m高程，試驗分3組，每組5塊試件，混凝土設計等級為三級配C9015W6F100碾壓混凝土。

4.2 試驗方法

試驗采用平推法，剪切方向與壩體實際受力方向一致。

（1）垂直荷載的施加方法。碾壓混凝土現(xiàn)場抗剪斷試驗采用多點峰值法，最大正應力3.0 MPa，5塊試件的正應力初步設定為0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 MPa。每塊試件的垂直荷載分3～5級施加，每加一級垂直荷載，經(jīng)5 min測讀一次垂直變形，再施加下一級荷載。加到預定荷載后，當連續(xù)兩次垂直變形讀數(shù)之差不超過0.01 mm時，認為已達到穩(wěn)定要求，即可開始施加水平剪切荷載。

（2）剪切荷載的施加方法。開始按照預估最大剪切荷載的8%～10%分級均勻等量施加，當所加荷載引起的水平變形為前一荷載變形的1.5倍時 （或視具體情況確定），荷載減半按4%或5%施加，直至剪斷。荷載的施加方法以時間控制，每5 min一次，每級荷載施加前、后各讀變形一次。臨近剪斷時，密切注視和測記壓力變化及相應的水平變形（壓力及變形同步觀測）。在整個剪切過程中，垂直荷載始終保持不變。

（3）試驗過程中，隨時記錄試驗中發(fā)生的調(diào)表、換表、碰表、千斤頂漏油、補壓、混凝土松動、掉塊等情況。

（4）對試塊進行試驗完成后，翻轉(zhuǎn)試塊，對剪斷面的物理特征，如破壞形式、起伏情況、剪斷面面積等進行描述和測算，并進行拍照。

4.3 成果分析

壩體三級配C9020W6F100和三級配C9015W6F100碾壓混凝土現(xiàn)場原位抗剪斷試驗成果分別見表5、6（縫面工況為熱縫）。

表5 C9020碾壓混凝土現(xiàn)場原位抗剪斷峰值強度參數(shù)

表6 C9015碾壓混凝土現(xiàn)場原位抗剪斷峰值強度參數(shù)

通過現(xiàn)場試驗，壩體三級配C9020W6F100碾壓混凝土原位抗剪斷強度參數(shù)值 （熱縫）顯示，試件剪切破壞面沿縫面剪斷或混凝土剪斷，混凝土剪斷面20%～45%，剪切面起伏差大，為5～7 cm，混凝土膠結良好，石子分布均勻。三級配C9015W6F100碾壓混凝土原位抗剪斷強度參數(shù)值 （熱縫）顯示，試件剪切破壞面沿縫面剪斷或混凝土剪斷，剪切面較平整，最大起伏差3～5 cm，混凝土膠結良好，石子分布均勻，有少量石子剪斷；第二組混凝土試件有兩塊剪斷面約50%～60%，剪切面起伏差大，約為8～9 cm。

5 結語

金安橋水電站大壩碾壓混凝土芯樣，表面光滑、結構致密、骨料分布均勻，層間接合良好，混凝土與基巖接觸良好，鉆孔壓水檢查結果滿足設計要求。

碾壓混凝土芯樣的抗壓強度、靜力抗壓彈性模量、抗拉強度、極限拉伸值、抗?jié)B等級、抗凍等級、抗剪強度等力學性能試驗和耐久性試驗均滿足設計要求。通過對大壩現(xiàn)場兩次原位抗剪試驗，壩體混凝土抗剪穩(wěn)定參數(shù)滿足設計要求，碾壓混凝土層（縫）面膠接良好，石子分布均勻，大壩抗滑穩(wěn)定性好。大壩碾壓混凝土工程質(zhì)量滿足設計要求，碾壓混凝土質(zhì)量整體良好。

［1］ 田育功.碾壓混凝土快速筑壩技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［2］ 張嚴明.中國碾壓混凝土筑壩技術（2010）［M］.北京： 中國水利水電出版社，2010.

［3］ CECS 03:88 鉆孔法檢測混凝土強度技術規(guī)程［S］.

［4］ DL/T5150—2001 水工混凝土試驗規(guī)程［S］.

［5］ SL264—2001 水利水電巖石試驗規(guī)程［S］.