安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价 15页

安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价徐长顺安徽省水利水电勘测设计院勘测分院，安徽蚌埠233000摘要：为深入开展病险水库除险加固回头看活动，检验安徽省小型水库除险加固工程质量，安徽省水利厅分两批共抽检12座水库，抽检的主要内容为隐蔽工程截渗墙和放水涵填土质量等，对单座水库检测情况进行分析评价；对第二批抽检的5座水库，存在工程质量缺陷的要查明其是否存在客观因素。关键词：截渗墙；电反射系数K剖面法；电位测深法；钻探取芯法；合格率Q法；分析评价1前言安徽省位于中国东南部，东经114054＇～119039＇、北纬29023＇～34039＇之间。跨长江、淮河流域，距东海约300千米，属近海内陆地区。省域东西最大距离450千米，南北最大距离570千米，全省面积13万多平方千米，总人口6325万。长江、淮河两条河流将安徽省域天然的划分三大区块即淮北区块、江淮区块和皖南区块。淮北区块以平原为主，年平均气温140C～15.60C，年降雨量770毫米～900毫米，属暖温带半湿润季风气候区；江淮区块除西南部大别山区外以丘陵为主，年平均气温150C～15.60C，年降雨量900毫米～1390毫米，属亚热带湿润性季风气候区；皖南区块以山区为主，年平均气温15.50C～16.80C，年降雨量1100毫米～1600毫米，属亚热带湿润性季风气候区，省域内其总的趋势：年平均气温由北方至南方小幅度递增，年降雨量由北方至南方增高幅度较大。n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页鉴于安徽省的地理位置及地形、气象特点，境内有大小河流300多条，总长约15000千米，大型水库10多座，中型水库100多座，小型水库约4800座。特别是小型水库多数建于上个世纪60～70年代，限于当时的技术、物质条件的限制，大坝坝基清理不彻底，坝身填土碾压不够。水库运行几十年，为区域经济发展、社会稳定和人民安居乐业做出了巨大的贡献，但是不断地发现各主要建筑物存在质量和安全问题，致使水库长期处于带病运行状况。为了保证大坝安全，使水库充分发挥应有的工程效益，随着国家经济实力的增强，近年来对小型水库除险加固逐步有序展开。为深入开展病险水库除险加固回头看活动，检验安徽省小型水库除险加固工程质量，安徽省水利厅分别于2013年和2014年分两批共抽检12座水库，对2014年抽检的5座水库，若存在工程质量缺陷的要查明其是否含有客观因素，具体抽检工作由安徽省水利工程质量监督中心站组织实施，各相关市、县水行政主管部门做好配合工作。2工程概况两批抽检的12座水库含盖江淮丘陵和皖南山区，首先将各抽检水库坝址地层、垻型、隐患类型、设计意图、设计方案、施工工艺、抽检项目及物理性质等了解清楚，根据各水库的实际情况采用切实可行的检测方法，以最小的工作量达到预期的目的，各水库抽检项目概况见表1。从表1可以看出，抽检的12座水库截渗墙全部进行抽检，其中涉及到三种截渗墙类型（高喷墙、深层搅拌墙、粘土芯墙），有5个水库放水涵回填土进行抽检。根据相关规程要求，截渗墙检测指标有四个n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页即墙体连续性、墙体有效深度、墙体渗透系数和墙体抗压强度；放水涵回填土检测指标有二个即填土的压实度和填土的渗透系数。根据设计单位提供的设计指标，采用不同的检测手段检测出各参数具体数值，评价是否满足设及要求。表1安徽省小型水库除险加固工程抽检项目一览表水库名称下伏岩体垻型垻高（m）垻长（m）抽检项目概况截渗墙类型截渗墙长度（m）放水涵类型涵洞桩号（m）六安岩湾水库砾岩均质土坝30.0150高压摆喷90肥西托山水库红砂岩均质土坝15.2550搅拌桩200混凝土涵0+530滁州红花桥水库凝灰岩均质土坝21.0510上高压旋喷下高压摆喷350钢筋柩箱涵0+440东至响水滩水库石灰岩均质土坝23.5180上高压摆喷下高压旋喷169广德九斗川水库砂页岩均质土坝20.0165高压摆喷165定远团结水库花岗岩均质土坝15.2300高压摆喷204混凝土卧涵0+020青阳广德口水库花岗岩均质土坝27.6265高压旋喷250定远老谷山水库★泥灰岩碎石土垻13.25320粘土芯墙300混凝土涵0+0500+270长丰大桥湾水库★红砂岩均质土坝5.0370搅拌桩70素砼园涵0+355含山沈山老水库★砂岩均质土坝11.4180高压摆喷150歙县连川水库★砂岩均质土坝10.7185高压摆喷185贵池八一水库★砂页岩粘土芯墙砂壳垻23.5200高压旋喷173注：带★号者为第二批抽检水库3检测方法抽检的12座水库截渗墙有高喷截渗墙、多头小直径搅拌水泥土截渗墙和粘土井柱截渗墙三种墙型。高喷截渗墙n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破坏地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力，达到防渗加固堤坝目的；多头小直径搅拌桩水泥土截渗墙，是在单头的基础上改成双头或多头，将相邻搅拌桩部分重叠进行搭接组成连续水泥土截渗墙；粘土井柱截渗墙的施工是钻孔在平面上套接布置，按主孔和套孔相间布置，一主一套相交连接成墙。总之，截渗墙属于地下隐蔽工程，受各种各样客观和主观条件的制约，难免存在不同程度的质量问题，因此截渗墙的施工质量检测就显得特别重要，据最新有关资料介绍，目前截渗墙的质量无损检测仍存在一定的难度，国内外尚无成熟的检测方法，对截渗墙的检测主要是采用开挖检测、钻孔取芯检测和围井注水检测，但是这些方法都带有很大的局限性，不能客观、全面的反应截渗墙的整体工程质量，为此，本次截渗墙抽检采用近年来开发的无损检测新方法—同侧排列电反射系数K剖面法和电位测深法。3.1同侧排列电反射系数K剖面法同侧排列电反射系数K剖面法是一种快速无损检测方法，主要检测截渗墙的连续性，该技术的特点：通过对电法野外测试技术进行刷新、改进，减少了电法勘探的体积效应，室内对采集的数据进行一次微分计算变换成电反射系数K值，对截渗墙缺陷产生的微弱信号进行放大；因此，同侧排列电反射系数K剖面法技术，能有效的确定截渗墙缺陷的规模和空间位置，是当前截渗墙连续性检测有效的方法。自然界中的交变电磁场与波动场一样，都符合波动方程：¶2wv2w=———c·¶t2n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页当：¶2w———=0时，波动方程转化为拉普拉斯方程，¶t2v2w=0即交变电磁场转化为直流电磁场，在直流场中，当电流遇有电阻抗差异的界面时，界面要向实际电源所在介质反射一部分电流线，这部分电流的大小，决定于界面电反射系数K值的大小。众所周知，高喷墙与搅拌桩水泥土墙含有一定量的水泥成分，相对围岩均质土而言为高阻体，截渗墙与周围介质相比，其强度与电阻抗均明显增大，电反射系数K亦增大，其截渗墙的截渗效果较好。如果水泥质量不符合要求、水灰比配置不当、泵压、泵量、以及喷浆时间等控制不妥，那么截渗墙与周围介质电阻抗差异就小，电反射系数K值也就随之变小，形成的截渗墙质量相对就差；本次抽检的定远县老谷山水库粘土井柱截渗墙与此相反，粘土井柱墙截渗墙因其电阻率低于围岩碎石土电阻率，一般呈负反射，在墙体缺陷部位呈正反射，与高喷墙与搅拌桩水泥土墙对电力线反射恰恰相反。正是利用电反射系数K这一特点，来判断截渗墙的工程质量。图1是含山沈山老水库大坝截渗墙电反射系数K剖面图，其墙体缺陷部位（异常区）大小及空间位置一目了然。表2是其它抽检水库截渗墙连续性概况一览表。n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页表2安徽省小型水库除险加固工程截渗墙连续性抽检概况一览表水库名称截渗墙类型截渗墙长度（m）截渗墙面积（m2）截渗墙合格率Q（%）备注六安岩湾水库高压摆喷90.017000肥西托山水库搅拌桩墙200.01600100滁州红花桥水库高压旋喷350.010000东至响水滩水库上摆喷、下旋喷169.01790100广德九斗川水库高压摆喷165.02205100定远团结水库高压摆喷204.01800100青阳广德口水库高压旋喷250.0351084.6定远老谷山水库★粘土芯墙300.0331552.5长丰大桥湾水库★搅拌桩墙70.0630100含山沈山老水库★高压摆喷153.0206090.3歙县连川水库★高压摆喷185.0269695贵池八一水库★高压旋喷173.0308098.4注：截深墙合格率Q为单项工程截渗墙合格面积与该工程设计截渗墙面积之比百分数。3.2电位测深法该方法也是一种无损检测方法，主要检测截渗墙的有效深度。n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页截渗墙的有效深度是根据工程防渗要求及工程场地地质条件决定的，为满足水利水电工程建设的需要，截渗墙的深度必须按照设计要求进行施工，否则就达不到防渗的目的，给工程留下安全隐患。该方法是利用墙体与围岩的电性差异检测墙体的有效深度，为目前检测截渗墙墙体有效深度有效的方法。电位测深法技术是由电位测井方法改进而来，其基本原理是由测井的全空间应用原理而改变为半无限空间，并在测试技术上进行了改进；在实际检测时将供电电极AB（B→∞）和测量电极MN（N→∞）分别布置在截渗墙两侧（将截渗墙作为高电阻率屏蔽层），且使截渗墙位于AM的中心位置，无穷远极距离一般是探测深度的10倍（BN→∞≥10AMmax）以上,由于测量电极M和供电电极A距离较近，随着AM极距的不断增大，截渗墙电性由浅到深部的改变引起地面电场的变化，就会被M极接收到，根据电位测深这一原理，随着AM极距逐渐增大，就可计算出测点垂直方向上不同深度的电阻率值及其变化规律，一旦检测深度超越截渗墙的底板深度，地面电流密度就会发生明显改变，其电阻率值会产生较明显的奇变（ρs曲线拐点）而逐渐接近截渗墙底板围岩电阻率，从而可以分析判断截渗墙底板的施工深度。图2是长丰县大桥湾水库截渗墙有效深度检测曲线图，截渗墙底板深度位于检测曲线的拐点处，反应准确、直观；表3是抽检水库截渗墙有效深度概况一览表。n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页表3安徽省小型水库除险加固工程截渗墙有效深度抽检概况一览表水库名称S1S2S3设计深度（m）检测深度（m）设计深度（m）检测深度（m）设计深度（m）检测深度（m）六安岩湾水库15.0无墙体29.7无墙体21.0无墙体肥西托山水库9.58.59.58.39.58.0滁州红花桥水库4.0无墙体4.0无墙体4.0无墙体东至响水滩水库12.212.018.819.010.510.3广德九斗川水库12.05.120.019.211.05.7定远团结水库9.89.714.314.08.58.3青阳广德口水库18.518.421.021.220.520.3定远老谷山水库★16.415.015.014.012.411.4长丰大桥湾水库★9.09.09.08.99.09.1含山沈山老水库★14.011.519.016.415.315.4歙县连川水库★12.09.218.215.815.113.4贵池八一水库★15.213.129.826.028.423.03.3钻探取芯法本次抽检项目钻探取芯有双重任务：一个是检测截渗墙墙体的渗透系数和抗压强度，另一个是检测放水涵洞n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页回填土的压实度和渗透系数。3.3.1钻探取芯法检测截渗墙渗透系数和抗压强度钻探取芯法是一种有损伤检测方法，在截渗墙体上钻探取芯试验，是一项特殊的钻探工作，因为墙体厚度较薄，墙体垂直度规范允许有一定的偏移，其偏移方位也难以判定，因此，为确保钻探取芯质量，作为钻探首先要考虑墙体垂直，选派有经验的钻探人员，使用合适的钻机、钻具、运用恰当的钻探取芯方法，才能达到优质取芯效果。截渗墙钻探取芯检测是在无损检测的基础上，布置适量有代表性（无损检测正常区、异常区、工程的核心部位）的钻孔，以获得有代表意义的参数值，可快速、准确、客观、全面的评价截渗墙施工质量。渗透系数k现场采用常水头注水试验方法，抗压强度R28选取有代表性的芯样室内试验。表4是抽检水库截渗墙墙体渗透系数、抗压强度检测概况一览表。表4抽检水库截渗墙渗透系数、抗压强度概况一览表水库名称设计值ZK1检测值ZK2检测k值ZK3检测k值K（cm/s）R28（MPa）K（cm/s）R28（MPa）K（cm/s）R28（MPa）K(cm/s）R28（MPa）六安岩湾水库≤A×10-6≥0.56.7×10-5钻孔漏水9.7×10-4肥西托山水库≤A×10-6≥0.31.1×10-63.21.3×10-62.38.9×10-62.2滁州红花桥水库≤A×10-6≥5.02.2×10-49.8×10-61.2×10-5东至响水滩水库≤A×10-6≥2.59.1×10-64.48.7×10-611.09.0×10-66.4广德九斗川水库≤A×10-6≥4.08.7×10-615.64.9×10-64.47.9×10-5定远团结水库≤A×10-6≥3.07.8×10-64.35.1×10-68.8青阳广德口水库≤A×≥1.59.8×10.22.5×5.59.3×n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页10-610-610-510-6定远老谷山水库★≤A×10-6压实度≥0.96.　　6.7×10-5压实度=0.936.6×10-5压实度=0.908.2×10-5压实度=0.91长丰大桥湾水库≤A×10-6≥1.03.6×10-61.29.7×10-71.7含山沈山老水库★≤A×10-6≥0.55.8×10-61.36.8×10-61.01.3×10-71.3歙县连川水库★≤A×10-6≥0.51.1×10-53.28.3×10-61.1×10-61.9贵池八一水库★≤A×10-6≥2.05.9×10-63.18.8×10-63.19.3×10-53.3.2钻探取芯法检测放水涵洞回填土压实度和渗透系数放水涵洞回填土质量和压实情况好坏对大坝安全尤为重要，因为在实际施工中若碾压或夯实过重易损涵壁，而碾压或夯实较轻则易产生觸壁渗漏，给大坝留下安全隐患。本次抽检工作，其钻孔布置在坝顶中心位置放水涵左右两侧50cm处，在与涵洞对应的不同高程取样做室内击实试验，求取土样的干容重及压实度，现场采用常水头注水试验法检测填土层渗透系数。为保证试样的有效性，现场所取原状土样，均及时密封，并避免曝晒，运输前均妥善装箱、填塞缓冲材料，运输途中避免颠簸、撞击，现场取样均有详细的记录。表5是抽检水库放水涵洞回填土检测概况一览表。表5抽检水库放水涵洞回填土检测概况一览表水库名称设计指标值ZK1检测值ZK2检测值备注压实度渗透系数（cm/s）压实度渗透系数（cm/s）压实度渗透系数（cm/s）肥西托山水库≥0.96≤A×10-60.962.2×10-60.932.7×10-6滁州红花桥水库≥0.96≤A×10-60.927.7×10-70.898.8×10-7定远团结水库≥0.96≤A×10-60.972.3×10-60.963.3×10-6定远老谷山水库≥0.96≤A×0.925.3×0.896.6×n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页★10-610-510-5长丰大桥湾水库★≥0.96≤A×10-60.88漏水无法试验0.89漏水无法试验触壁渗漏封堵成功4检测资料的綜合分析与评价4.1截渗墙合格率Q评价方法在截渗墙施工质量检测中，对于施工质量优良无缺陷的截渗墙和工程质量特差存在大量缺陷的截渗墙，其分析评价都比较容易，但是对于施工质量较好只是局部存在缺陷，若是评判为合格截渗墙，将会给工程留下安全隐患，若将其评判为不合格，将会得到施工方、监理甚至业主的坚决反对，作为检测方也感觉到不妥，为了解决这个问题，根据多年截渗墙检测经验，采用截渗墙合格率Q评价方法，其计算公式及物理意义如下：截渗墙合格率Q：M1-M2Q=×100%…………………………1M1式中Q为截渗墙合格率，M1为单项工程截渗墙设计面积（m2），M2为该项工程截渗墙各缺陷区面积（m2）之和，截渗墙合格率Q含盖了截渗墙连续性、渗透系数、抗压强度和有校深度四大参数，它表达的不是某一个孔、某一段或某一点各参数的数量级概念，含盖了合格区范围之内各参数数量级概念，因此，该参数是一个综合性参数，能够更客观、科学、全面的评价截渗墙的工程质量，钻孔注水试验法、室内试验等作为获得数量级参数的有效手段。根据截渗墙合格率Q对截渗墙进行分析评价时，应遵循以下几点。⑴截渗墙合格率Q=100%，即截渗墙无明显的n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页缺陷，其墙体渗透系数k小于设计指标，抗压强度R28大于设计指标，连续性、有效深度均满足设计要求。⑵截渗墙合格率100%＞Q≥60%时，证实截渗墙存在不同程度的缺陷，对截渗墙缺陷部位应采取切实可行的补救措施，若下伏岩体为透水地层（如石灰岩、白云岩、砾岩等），一般是岩体发育强富水构造带，必须进行地质勘探工作，查清透水构造带的发育规模、走向、渗透系数、性质等，然后根据实际情况确定补救方案。⑶截渗墙合格率Q＜60%时，截渗墙存在严重缺陷，建议重新施工截渗墙。4.2抽检项目的分析评价根据以上⑴～⑶原则对各水库截渗墙施工质量进行综合分析、评价，各放水涵回填土评价根据设计指标进行，将抽检水库划分为三种类型即合格率Q=100%、100%＞Q≥60%、Q＜60%，表6是各水库抽检项目施工质量检测结果一览表。表6安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检结果汇总一览表水库名称截渗墙合格率Q（%）截渗墙有效深度检测截渗墙K、R28设计值截渗墙K、R28检测值回填土压实度检测结论设计深度（m）检测深度（m）K（cm/s）R28（MPa）K（cm/s）R28（MPa）设计值检测值肥西托山水库1009.59.5≤A×10-6≥0.3≤A×10-62.6≥0.960.96合格，合格率Q=100%，长丰大桥湾水库放水涵触壁渗漏封堵成功东至响水滩水库10013.813.8≤A×10-6≥2.5≤A×10-67.3广德九斗川水库10014.314.2≤A×10-6≥4.0≤A×10-610.0定远团结水库10010.610.6≤A×10-6≥4.0≤A×10-68.8≥0.960.96长丰大桥湾水库★1009.09.0≤A×10-6≥1.0≤A×10-61.5≥0.960.96青阳广德口水库84.620.020.0≤A×10-6≥1.5≤A×10-67.6合格率100%＞Q≥60%，其缺陷应进行补救含山沈山老水库★90.316.114.4≤A×10-6≥0.5≤A×10-61.2歙县连川水库★9515.112.8≤A×10-6≥0.5≤A×10-62.6贵池八一水库★98.424.520.7≤A×10-6≥2.0≤A×10-63.1n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页六安岩湾水库021.9无墙体≤A×10-6≥0.56.7×10-5合格率Q＜　　60%，不合格，红花桥涵洞、老谷山西涵填土合格滁州红花桥水库04.0无墙体≤A×10-6≥5.01.2×10-5定远老谷山水库★52.514.613.5≤A×10-6压实度≥0.966.7×10-5压实度=0.92≥0.960.92注：六安岩湾水库已采取了补救措施经检测各项指标满足设计要求5结语⑴采用新开发有效的检测方法，对各水库抽检项目野外测试及室内试验，依据相关标准进行评价，其结论准确、客观、科学，给水利主管领导层提供安徽省小型水库除险加固质量的真实情况，为下一步小型水库除险加固工程有重要的借鉴意义。⑵通过对截渗墙缺陷的分析，发现既存在主观原因又存在客观因素，其客观因素主要是地质基础工作做的不够；如第二批抽检的5座水库，由于检测增加了查清截渗墙下地质构造的任务，其中有4座水库通过大坝下发育1～2条断裂构造带，是库水下渗的主要通道，因渗流速度快，致使截渗墙在该部位不能成墙而形成明显的缺陷。⑶本论文在编写过程中，对截渗墙缺陷区不妥之处进行了必要的修改；对墙体有效深度虽然不能满足设计要求，但是其渗透系数能够满足设计要求（主要是缺乏完整的勘探资料原因），仍按照合格处理。⑷同侧排列电反射系数K剖面法和电位测深法的成功开发应用，在无损检测的基础上，布置适量有代表性（无损检测正常区、异常区、工程的核心部位）的钻孔或围井，特别是引入了截渗墙合格率Q综合参数进行分析评价，可更快速、科学、准确、客观、全面的评价截渗墙施工质量，为建立安徽截渗墙检测程序，提供了科学的依据，该技术属省内首创，国内领先。参考文献n安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价第14页共13页[1]《电反射系数勘探方法》长江水利委员会勘察技术研究所孙经荣著[2]《岩土工程波动勘测技术》水利电力出版社，1992.06[3]《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200—2004[4]《水利水电混凝土防渗墙施工技术规范》SL174—2014中国水利水电出版社，2014.12[5]《碾压式土石坝施工技术规范》DL/T5129-2001[6]《土工试验规程》SL237-1999作者简介：徐长顺（1947～），男，高级工程师，主要从事工程物探及工程检测工作。n附件7安徽省小型水库除险加固工程施工质量抽检项目分析与评价安徽省水利水电勘测设计院勘测分院二〇一五年九月