樓 加 丁，　劉 驊 標(biāo)，　葉　勇，　江 曉 濤

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽　550081)

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黏土混凝土防滲墻檢測技術(shù)研究及應(yīng)用

樓 加 丁，劉 驊 標(biāo)，葉勇，江 曉 濤

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽550081)

摘要：塑性混凝土作為防滲墻墻體材料根據(jù)其抗壓強(qiáng)度和彈性模量，可分為剛性和柔性材料。防滲墻的強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)等指標(biāo)，需進(jìn)行了配合比試驗(yàn)，篩選出了符合工程要求的施工配合比。防滲墻施工質(zhì)量的檢測一直是個(gè)棘手的問題，傳統(tǒng)檢測手段還是靠鉆孔取芯，對(duì)芯樣進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，檢測方法不僅單一，而且破壞原防滲墻結(jié)構(gòu)。本文根據(jù)實(shí)際情況，利用防滲墻體的預(yù)埋管，采用無損檢測方法，在滿足工程質(zhì)量檢測同時(shí)，又能提高檢測效率，實(shí)踐證明，采用綜合檢測手段能滿足塑性混凝土質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：黏土混凝土芯墻；技術(shù)指標(biāo)；質(zhì)量檢測；質(zhì)量評(píng)價(jià)

0引言

塑性混凝土防滲墻具有良好的防滲性能與彈性模量變化大的特點(diǎn)，在水利工程加固處理中得到較為廣泛應(yīng)用，據(jù)有關(guān)資料查找(不完全統(tǒng)計(jì))，我國在1965年金川峽水庫采用塑性混凝土防滲墻后，已有近百座水庫采用黏土混凝土防滲墻，墻厚60～100cm，墻深在20～100m之間，抗?jié)B等級(jí)可達(dá)到W8。塑性混凝土防滲墻根據(jù)其抗壓強(qiáng)度和彈性模量，可分為剛性和柔性材料，兩種材料作防滲墻均能滿足大竹河水庫大壩滲漏處理要求，但從防滲的可靠性、耐久性、工程的重要性以及施工的方便性考慮，選取了黏土混凝土防滲墻方案。

防滲墻受施工方法和各中實(shí)際因素的影響，容易出現(xiàn)澆筑不均勻、分層、夾泥等現(xiàn)象，有必要對(duì)防滲墻質(zhì)量檢測方法進(jìn)行研究[7]。文獻(xiàn)[1-6]中提出了無損檢測方法，對(duì)工程質(zhì)量控制起到好的效果，但從檢測方法角度上考慮不夠完善，地質(zhì)雷達(dá)和垂直反射法檢測深度有限；地震波CT雖能直觀反映墻體介質(zhì)分布的連續(xù)性及存在的缺陷[6]，但由于地震波頻率低，檢測精度受到限制；單孔聲波雖然能檢測微小的缺陷，但只局限于鉆孔中；聲波對(duì)穿也受限于鉆孔，穿透距離僅為3m左右。水利水電防滲墻施工規(guī)范明確規(guī)定質(zhì)量檢查在28d后進(jìn)行，采用的手段可用鉆孔取芯和無損檢測。筆者從工程實(shí)際出發(fā)，利用防滲墻上的少量鉆孔[13]，采用綜合的檢測方法[3]，進(jìn)行墻體質(zhì)量評(píng)價(jià)，達(dá)到預(yù)期的檢測目的。

1黏土混凝土芯墻的技術(shù)指標(biāo)

在混凝土中摻加一定量的黏土，不僅可以節(jié)約水泥，還可以降低混凝土的彈性模量，使混凝土具有更好的變形性能，同時(shí)也改變了混凝土的和易性便于鉆鑿接頭孔。影響?zhàn)ね粱炷练罎B墻強(qiáng)度最重要的因素是水灰比，其次是摻土率，摻土率越大，彈性模量越低，但摻土率達(dá)到一定程度后則變化不大。有關(guān)試驗(yàn)表明[14]，只摻膨潤土的塑性混凝土和只摻黏土的混凝土及同時(shí)摻加膨潤土和黏土的塑性混凝土的在抗壓強(qiáng)度(R)和彈性模量(E)存在一定相關(guān)關(guān)系，這就決定了黏土混凝土配合比設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜性。黏土混凝土防滲墻主要適用于中等水頭的大壩或基礎(chǔ)的防滲體，配合比的特點(diǎn)是水泥用量比黏土混凝土少，具有初始彈性模量低，極限變形大，滲透系數(shù)低的特點(diǎn)，能適應(yīng)較大的變形，有利于改善防滲墻體的應(yīng)力狀態(tài)。長江委設(shè)計(jì)院對(duì)四川攀枝花大竹河水庫黏土混凝土芯墻提出了以下具體指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度R28≧10MPa；彈性模量E0≦15 000MPa；滲透系數(shù)K≦1×10-7cm/s；抗?jié)B等級(jí)W8；澆筑時(shí)混凝土坍落度要求在18～24cm；凝結(jié)時(shí)間：初凝>6.0h，終凝<24.0h。

2黏土混凝土芯墻質(zhì)量檢測方法

建成后的黏土防滲墻的強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)指標(biāo)，一般不宜通過打孔取芯檢測獲取，通常采用對(duì)機(jī)口取樣28d后在室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)照設(shè)計(jì)指標(biāo)，作出正確評(píng)價(jià)。在施工中，黏土混凝土防滲墻體有自身的特點(diǎn)，需進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕ず陀行У馁|(zhì)量監(jiān)控措施[8]。黏土混凝土防滲墻的質(zhì)量檢測，主要針對(duì)已澆筑的黏土混凝土的物理力學(xué)性能的檢查，包括抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗?jié)B標(biāo)號(hào)(或抗?jié)B系數(shù))、防滲墻的連續(xù)性和接頭孔的連接質(zhì)量[9]，宜采用無損的檢測方法。因受到客觀條件、檢測手段、精度、認(rèn)識(shí)局限性等多要素影響，檢測方應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)提出的混凝土質(zhì)量指標(biāo)，提出具體檢測方案和檢測手段，以無損方法為主，配合少量鉆孔取芯，達(dá)到控制防滲墻質(zhì)量目的[10-13]。大竹河水庫黏土滲墻質(zhì)量檢查采用的方法為鉆孔取芯法、超聲波法、層析成像(CT)、鉆孔彈模、注水試驗(yàn)及巖芯樣室內(nèi)試驗(yàn)等。

3黏土混凝土芯墻質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1單孔聲波檢測

采用特殊施工的鉆探工藝，在芯墻上鉆取3個(gè)近20m深的孔(表1)。在孔中均進(jìn)行了單孔聲波測試，波速在2 960～3 450m/s之間，平均波速3 090m/s。由于三個(gè)孔成孔時(shí)間不同，波速略有差異，隨著時(shí)間推移，平均波速略有增加，但增加幅度不大。

防滲墻材料為C10黏土混凝土，根據(jù)業(yè)主及施工單位現(xiàn)場在DF-6、DF-8、DF-10、DF-18、DF-20、DF-24、DF-32、DF-35槽段所取30個(gè)試塊在達(dá)到養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行了波速測試，波速在2 950～3 400m/s之間，平均波速為3 180m/s。對(duì)照試取芯孔所在壩段對(duì)應(yīng)的試塊波速測試值，檢查孔平均波值比試塊平均波速值低約100m/s。

表1　大竹河水庫防滲墻檢測單孔聲波測試成果表

3.2鉆孔全景數(shù)字成像

a　　　　　　　　　　　　　　　b　　　　　　　　　　　　　　　　c圖1　防滲墻鉆孔全景數(shù)字成像圖

對(duì)防滲墻上實(shí)施的3個(gè)取芯孔均進(jìn)行了鉆孔全景數(shù)字成像。從鉆孔全景數(shù)字成像圖及所取的芯樣觀察可知：3個(gè)鉆孔的全景圖像絕大部分均勻、光滑平整，墻體混凝土膠結(jié)密實(shí)，未發(fā)現(xiàn)明顯不良缺陷(圖1-a)；僅在QTZK-3號(hào)孔深16.7～16.8m存在粘土攪拌不勻或密實(shí)度稍差之微小缺陷(圖1-b)；在QTZK-5孔深10.8m左右發(fā)現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫長10cm左右，僅在孔壁一側(cè)面可見，并未貫穿墻體，不影響墻體質(zhì)量(圖1-c)。3.3鉆孔動(dòng)彈模量

在防滲墻上實(shí)施的兩個(gè)檢查孔進(jìn)行了鉆孔彈性模量測試，共完成了14個(gè)點(diǎn)的彈性模量測試工作，彈性模量值在7.2～9.4GPa之間，平均8.4GPa。測試數(shù)據(jù)顯示，隨著測試深度增加，彈性模量值也略有降低，墻體實(shí)測的彈性模量值略低于設(shè)計(jì)要求。

3.4注水試驗(yàn)

在防滲墻的3個(gè)鉆孔中進(jìn)行了10段注水試驗(yàn)，注水試驗(yàn)結(jié)果顯示(9.98×10-8～6.1×10-7cm/s)，防滲墻黏土混凝土的滲透系數(shù)在4.99×10-8～6.1×10-7cm/s之間 ，均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5聲波CT

防滲墻及墻下帷幕聲波CT檢測分2個(gè)階段進(jìn)行，第一階段是利用在防滲墻施工中預(yù)埋的帷幕灌漿管孔進(jìn)行墻體質(zhì)量檢測；第二階段是利用在防滲墻施工中預(yù)埋管對(duì)墻下帷幕灌漿質(zhì)量孔進(jìn)行檢測。以防滲墻中某典型CT剖面中不同深度的波速和頻率進(jìn)行綜合分析，該剖面深度35m，黏土混凝土防滲墻深31.5m，31.5m以下為基巖。

3.5.1波速

1 m處波形及主頻圖(聲時(shí)3.20 ms，波速3 570 m/s，主頻 631 Hz)

2 m處波形及主頻圖(聲時(shí)3.32 ms，波速3 430 m/s，主頻423 Hz)

3 m處波形及主頻圖(聲時(shí)3.40 ms，波速3 350 m/s，主頻357 Hz)

6 m處波形及主頻圖(聲時(shí)3.50 ms，波速3 260 m/s，主頻232 Hz)

13 m處波形及主頻圖(聲時(shí)3.68 ms，波速3 100 m/s，主頻152 Hz)

20 m處波形及主頻圖(聲時(shí)3.82 ms，波速2 980 m/s，主頻79 Hz)

巖體的波速是評(píng)價(jià)巖體的強(qiáng)度與完整性重要參數(shù)之一。從下圖2中可看到，黏土混凝土防滲墻體大功率波速在2 850～3 600m/s之間，平均波速為3 350m/s；波速從上到下逐漸遞減是由于防滲墻的混凝土凝受當(dāng)?shù)靥厥鈿夂虻挠绊?，上部凝固快，下部凝固慢。進(jìn)入基巖后波速上升速度變的很快，除基巖與防滲墻接觸帶波速略低于基巖外，下部巖體較完整(圖2)。3.5.2防滲墻聲波CT主頻分析

波速雖然是評(píng)價(jià)巖體的強(qiáng)度與完整性重要參數(shù)，但巖體的頻率也是一個(gè)非常重要的參數(shù)。聲波傳播過程中的主頻變化也可以從另一個(gè)方面評(píng)價(jià)巖體的強(qiáng)度、致密性與完整性。一般情況下，聲波的主頻(核心頻率)越高則說明巖體的致密性越好，強(qiáng)度越高，對(duì)于混凝土中細(xì)微的缺陷(如裂縫等)用波速值無法判斷，通常只能借助于頻率變化來判斷。從圖3可知32m處是防滲墻與基巖的接觸帶，波形和對(duì)應(yīng)的頻譜值與上部黏土混凝土和下部基巖有很大改變。

3.5.3防滲墻下基巖聲波CT主頻分析

35 m處波形及主頻圖(聲時(shí)2.0 ms，波速5 700 m/s，主頻769 Hz)圖3　防滲墻下基巖聲波CT波形和對(duì)應(yīng)頻譜圖

在防滲墻和基巖接觸帶頻率和波速變化都很大(圖3)，進(jìn)入基巖后，底部巖體不發(fā)生變化，頻率和波速基本不變。

3.5.4綜合分析

聲波CT檢測過程中發(fā)現(xiàn)墻體不同深度其波速差異不大，而主頻變化梯度較大。表2對(duì)防滲墻上所有CT剖面的主頻、特征波速值進(jìn)行了分段統(tǒng)計(jì)，波速和主頻隨深度的變化見圖4-1和圖4-2。近地表1～3m，防滲墻的平均波速≧3 400m/s，主頻一般大于450Hz，說明近地表深度范圍內(nèi)黏土混凝土由于地表溫度高，混凝土固結(jié)快，強(qiáng)度較高、致密性較好；深度在3～8m的范圍內(nèi)，聲波主頻主頻從450Hz降到200Hz左右，平均波速為3 250m/s，波速變化較小，說明混凝土固結(jié)稍慢，強(qiáng)度及致密性沒有近地表混凝土好；9～25m頻率在200～100Hz之間變化，平均波速在3 050m/s；隨著深度增加頻率衰減變緩，25m以下頻率低于100Hz，平均波速為2 960m/s，波速與頻率逐漸趣于穩(wěn)定。

表2　大竹河水庫防滲墻聲波CT、主頻分段統(tǒng)計(jì)表

圖4-1　波速隨深度變化趨勢圖

圖4-2　主頻隨深度變化趨勢圖

3.6巖芯樣室內(nèi)試驗(yàn)

對(duì)防滲墻上的QTZK-1、QTZK-3和QTZK-5共計(jì)3個(gè)鉆孔，進(jìn)行了7組試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)包括密度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、三軸試驗(yàn)、滲透系數(shù)及滲透比降、抗?jié)B等級(jí)等，試驗(yàn)和鉆孔中無損檢測結(jié)果見表3。

表3　大竹河水庫防滲墻聲波室內(nèi)試驗(yàn)、無損檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

黏土混凝土墻體波速在2 960～3 450m/s之間，滿足C10黏土混凝土波速要求(試塊波速在2 950～3 400m/s之間，平均3 180m/s)。黏土混凝土防滲墻力學(xué)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度10.9～19.6MPa，平均14.8MPa；彈性模量8.6～15.6GPa，平均11.6GPa；滲透系數(shù)4.99×10-8～6.1×10-7cm/s；抗?jié)B等級(jí)達(dá)到W8，黏土混凝土防滲墻較均質(zhì)，墻體未發(fā)現(xiàn)較大的缺陷，僅局部存在粘土攪拌不勻或密實(shí)度稍差之微小缺陷，防滲墻施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)語

大竹河水庫工程防滲墻質(zhì)量檢測采用了以無損檢測為主，配合少量鉆孔并在鉆孔中進(jìn)行波速和彈模測試。試驗(yàn)和無損檢測結(jié)果表明，防滲墻墻體整體均勻，致密性較好，墻體底部淤積少；局部致密性略差，平均波速大于3 000m/s，對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度為10MPa左右，經(jīng)過近一年試蓄水檢驗(yàn)，防滲墻施工的各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)塑性混凝土防滲墻成墻質(zhì)量的檢查，規(guī)范中提到的檢測方法有鉆孔取芯法、超聲波法等，由于塑性混凝土的強(qiáng)度較低，不宜采用鉆孔取芯的方法對(duì)成墻混凝土物理力學(xué)性能的檢查，只能在混凝土澆筑時(shí)，現(xiàn)場取樣成型試件，用試件的試驗(yàn)結(jié)果代替防滲墻的實(shí)際性能指標(biāo)，這種檢測法存在局限性，應(yīng)采用無損檢測方法全面檢測防滲墻的連續(xù)性和接頭孔的連接質(zhì)量。

塑性混凝土與常規(guī)混凝土防滲墻一樣都需進(jìn)行質(zhì)量檢測，由于塑性混凝土的發(fā)展史短，在建工程中塑性混凝土的防滲墻的配合比存在較大差異，在檢測前應(yīng)周密、詳細(xì)地做好檢測方案，檢測方法也需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，防滲墻施工質(zhì)量檢測應(yīng)在28天后。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭松昌，王衛(wèi)東等. 探地雷達(dá)法和垂直反射法檢測塑性混凝土防滲墻的適用性對(duì)比分析[J]. 河海水利，2012(1)：42-45.

[2]孫文懷，劉偉，李長征，張清明，王銳等. 地震波CT在塑性混凝土防滲墻檢測中的應(yīng)用[J]. 華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，34(1)：83-89.

[3]葛雙成，江影，顏學(xué)軍. 綜合物探技術(shù)在堤壩隱患探測中的應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2006，21(1)：263-272.

[4]葛雙成，梁國錢，陸云祥，章曉樺，劉超英. 物探技術(shù)在防滲墻質(zhì)量無損檢測中的應(yīng)用試驗(yàn)研究[J].工程勘察， 2006(10)：72-76.

[5]梁國錢，蘇全，王文雙，李波. 層析成像技術(shù)(CT)在拱壩質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J]. 水力發(fā)電， 2002(5)：20-22.

[6]劉超英，梁國錢，孫伯永. 瞬態(tài)瑞雷波法在堤防防滲墻質(zhì)量檢測中的應(yīng)用研究[J]. 巖土力學(xué)，2005，26(5)：809-812.

[7]李曉明. 防滲墻工程質(zhì)量的檢測方法及應(yīng)用[J]. 河南水利與南水北調(diào)，2011(16)：105-106.

[8]姜葵紅，和桂玲，楊國瑞，張興玨，張新華. 混凝土防滲墻技術(shù)在日照水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2007(4)：59-62.

[9]孟令奎，呂文龍. 帷幕灌漿法處理塑性混凝土防滲墻接頭縫[J]. 黑龍江水利科技，2008，36(6)：190-191.

[10]高鐘璞，安致文，王國民. 小浪底水利樞紐上游圍堰塑性混凝土防滲墻的施工[J]. 水力發(fā)電，1994(3)：10-13.

[11]陳武林. 塑性混凝土及其在三峽工程二期圍堰防滲墻的應(yīng)用研究綜述[J]. 中國三峽建設(shè)，1996(7)：20-24.

[12]李順行，趙文權(quán)，宋雙蕾. 岳城水庫大副壩防滲墻塑性混凝土施工工藝及質(zhì)量控制[J]. 河北水利水電技術(shù)，2002(3)：3-4.

[13]史迅. 塑性混凝土防滲墻在三峽二期圍堰中的應(yīng)用[J]. 水利水電科技進(jìn)展，2000，20(5)：47-49.

[14]羅季英. 塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)的研究[J]. 浙江水利科技，2001(S1)：79-81.

樓加丁(1962-)，男，貴州貴陽人，畢業(yè)于桂林理工大學(xué)地球物理專業(yè)，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程物探研究及管理工作；

劉驊標(biāo)(1989-)，男，貴州貴陽人，畢業(yè)于貴州大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，助理工程師，主要從事工程地質(zhì)方面工作；

葉勇(1960-)，男，貴州貴陽人，畢業(yè)于貴州大學(xué)地質(zhì)專業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事工程地質(zhì)方面工作；

江曉濤(1986-)，男，重慶江津人，畢業(yè)于成都理工大學(xué)地球物理專業(yè)，助理工程師，主要從事工程物探方面工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)

收稿日期:2015-11-11

文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0164-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TU528.32；TV223.4+2；V448.15+1

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