亭子口水利枢纽碾压混凝土钻孔取芯及压水试验施工方法

(中国安能建设总公司嘉陵江亭子口工程项目部，四川 苍溪，628400)

1 概述

亭子口水利枢纽碾压混凝土钻孔取芯及压水试验，是针对满足90d龄期的碾压混凝土进行的。通过钻孔采取芯样的获得率、外观情况及芯样的各项性能试验，以及钻孔压水试验的透水率、声波监测等，对碾压混凝土的质量情况进行综合检测评定。

根据碾压混凝土密实性检查要求，按照代表性、针对性与随机性相结合的方式，按每万m3混凝土取芯4m的原则进行布孔。取芯孔为垂直孔，孔径Φ219mm，采用XY-3-4型地质钻机。压水试验孔为垂直孔，孔径Φ76mm，采用XY-300钻机。

施工用水、电线路结合混凝土浇筑用水、电线路布置，从施工部位就近的系统水源、电源接口搭接，并用钢管(皮管)、电缆等铺设至作业面。钻机动力源为两台电机，用电负荷分别为35kW、22kW，采用36#坝段变压器供电。

在钻孔部位附近搭设压水站，内设储浆槽1台，灌浆泵1台，记录仪一套。

2 钻孔取芯施工

2.1 钻具及准备

钻孔采用XY-3-4型地质钻机，钻机安装要求水平、稳固、垂直。首先应将安装钻机部位的地面用水泥砂浆找平，将钻机机架放置在施工平台上，并调整水平后用地锚固定，机架与地面之间的空隙用高强砂浆充填密实；然后将钻机安放在机架上，并通过安装在钻机上的立轴钻杆以及水平尺、重锤吊线等校对孔位和钻机的前、后、左、右调平及钻机立轴的调直，要求钻机前后左右均应水平，其上、下死点的偏差不大于±1mm，确保钻机立轴铅直；钻机固定，采用螺栓将钻机牢固的固定在机架上，应结合钻机的结构尺寸及与钻孔孔位的相对关系确定螺栓孔位，以确保开孔孔位正确和钻机在钻孔过程中牢固稳定不前、后、左、右晃动。

2.2 取芯孔钻进工艺

2.2.1 钻孔钻头选用单管人造孕镶金刚石钻头，扩孔器比钻头大1mm～2mm，金刚石钻头的网目数可为50目左右，胎体硬度(HRC)可为25左右。在钻孔过程中，严格实行金刚石钻头、扩孔器排队轮换使用；钻具不安装卡簧，防止在钻进遇阻起钻时卡断岩芯。

2.2.2 开钻前，重新校对立轴，开孔时轻压慢钻，随钻孔加深逐步加长钻具。在钻进过程中应根据不同的孔深，选择相应的钻进参数，严格禁止盲目追求进尺而采取的高转速、大压力施钻。

钻进参数：钻进压力为10kN～20kN，尽量利用钻具和钻杆自重钻进，当孔深较深时，需反提减压；冲洗液泵量80L/min～150L/min，转速为80r/min～200r/min左右。钻进过程中钻速应平稳，可控制在0.3m/h～0.5m/h，防止出现芯样缩颈现象。

2.2.3 下部钻杆应加上对中扶正器，以避免由于钻杆柱弯曲摆动而产生的振动，使钻具回转平稳，减少对芯样的机械磨损、破坏，同时也可防止钻孔偏斜对岩芯的破坏。

2.2.4 密切注意钻进过程中的各种情况。如判断孔内岩芯已断裂，立即起钻，并把孔内岩芯彻底处理干净，以防止岩芯之间的对磨而产生的岩芯破坏。

2.2.5 采取岩芯前须加大泵量，冲洗孔内岩粉，保证孔内清洁，防止在下钻采取岩芯时，因岩芯周围岩粉太多，使卡簧中途受阻，造成岩芯断裂。

2.3 取芯措施

2.3.1 当孔内岩芯长度达到预定的长度或芯样已断裂时，及时停止钻进，同时起钻组装取芯钻具：先用游标卡尺测量钻头内径，再安装配好的卡簧和专用卡簧座，卡簧内径比钻头胎体内径小0.3mm～0.5mm，岩芯管尽量采用长岩芯管。

2.3.2 将组装好的取芯钻具下放到孔内，下放过程中不得向上提起钻具，以防卡断岩芯，当确认钻具到达孔底，卡簧卡住岩芯后，用钻机立轴并结合千斤顶顶拔岩芯。

岩芯被拉断后，可通过钻杆向岩芯与岩芯管之间的间隙投入细砂，以防止在起吊过程中岩芯断裂。

2.3.3 长岩芯的起吊和运输。首先将孔内岩芯管用卷扬机、吊车等吊出；然后将岩芯管缓慢放入与之相应规格和长度的斜靠在支架上的槽钢内，并绑扎好，再连同槽钢与装有芯样的岩芯管一并放平(或者用两个吊车同时起吊将岩芯管放平)；最后用吊车将槽钢与岩芯管一并吊入拖车并固定，小心运送至指定的地点取出岩芯存放。

2.3.4 从岩芯管内取出岩芯。先准备一根与岩芯管相应长度的槽钢(或数根短槽钢)，用来承接从岩芯管内退出的岩芯，与安放岩芯管的槽钢前后方向一致，并与从岩芯管退出的岩芯高低相平。取岩芯时，先用千斤顶将卡簧座取下，一边用水冲洗岩芯管内粉砂，一边用千斤顶与葫芦顶压芯样至槽钢内存放。

2.4 芯样保存

采取的岩芯按从上到下的顺序依次编号，并拍两张彩色照片一并作为原始资料提交，所有需要保存的芯样均按监理人指定的地点存放，并防止失散和混装。

2.5 钻孔记录

钻孔过程中，对冲洗水、钻孔压力、芯样长度及其它反映混凝土特性的现象进行详细记录，并作为原始资料提交。

2.6 取芯质量和芯样质量评定

2.6.1 芯样有无颈缩现象及表面光滑情况，以此评定取芯技术质量。

2.6.2 芯样获得率和折断率，以此评定混凝土的均匀性和取芯技术。

2.6.3 芯样外观质量评定，包括表面光滑程度、表面致密程度、孔隙率以及骨料分布均匀性描述。

2.6.4 层缝面质量描述，从芯样的外观判别层缝面结合处有无界限痕迹，无界限为质量良好。

2.6.5 从所取芯样制成试件进行芯样的物理力学性能试验，内容包括容重、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、极限拉伸值、抗渗、抗冻、层缝面抗剪等试验项目，评定混凝土的均匀性和力学性能。

3 压水试验

3.1 孔径及钻具

压水试验孔为垂直孔，孔径Φ76mm，采用“XY-300”钻机，严格按规定的压水试段长度(5.0m)进行钻孔，严禁超钻。当压水试验孔5m范围内有取芯孔时，先进行压水试验孔后进行取芯孔，若二者同时施工时，压水试验孔超前取芯孔不小于5m。

3.2 试验方法

压水试验采用“自上而下分段，单点法”进行，压水方式为“纯压式”，压水试验段长3m。

3.3 压水压力

压水压力按孔口0.2MPa控制，当孔位靠近临空面时，根据具体情况可适当降低压力，以防止劈裂坝面。

3.4 钻孔冲洗

进行压水实验前，进行钻孔冲洗，要求洗孔的管路应下到孔底，并泵送入大流量的水由孔底自孔口返出，冲洗至孔口回水澄清，无岩粉为止。

3.5 试压水

正式压水实验前，进行试压水，检查管路的密封情况和止水栓塞的止水情况，要求二者均密闭不漏水，否则需进行处理。如果按正常的压水试段的部位栓塞不能止水，则可将栓塞适当上移，严禁下移。

3.6 压水试验

采用三缸柱塞泵进行，流量量测根据压水流量大小采用流量计或量杯进行，压力采用压力表，其工作压力在极限压力的1/3～3/4之间，孔口管路和泵上均安装压力表，止水栓塞的长度不小于50cm。

进行压水时，首先打开孔口回水管再向试段送水，以排气，并逐渐调节压力达到规定的压力值，然后进行流量观测。流量观测一般情况下每间隔5min测量一次，当流量很小时，可将间隔时间延长至10min测量一次；当压水流量较大时，对廊道、坝面等部位进行检查，确定是否存在漏水现象。

压水试验压入流量稳定标准：在稳定的压力下(规定压力)，每5min(或其它规定时间)测量一次压入流量，连续4次读数中，如果最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min，可结束本阶段压水试验，以最终值作为压入流量计算值。压水试验成果用透水率q表示，计算公式如下：

q=Q/(p×L)

式中：q——试验透水率(Lu)；

Q——最大压力阶段的压入流量(L/min)；

P——最大压力阶段的孔口压力表压力(MPa)；

L——试段长度(m)。

3.7 混凝土压水试验质量标准

根据招标文件技术条款，混凝土压水试验质量标准为：二级配碾压混凝土透水率q不大于1.0Lu，三级配碾压混凝土透水率q不大于3.0Lu。

3.8 压水试段透水率不满足质量标准的处理

3.8.1 首先缩短段长进行压水试验(可按每次缩短1m进行控制)，以找出漏水较大(大于质量标准)的部位。

3.8.2 灌浆。当找出漏水部位后，对漏水部位进行灌浆，段长为该试段的正常段长，灌浆压力可为压水压力1.5倍，浆液比级(水灰重量比)采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1，其它按基岩固结灌浆的有关规定执行。

3.8.3 按照设计单位或监理工程师指示的其它措施进行处理。

3.9 物探检测

对于监理工程师认为需要在压水试验孔、取芯孔或另行钻孔等进行声波检测、孔内录像等物探检测项目，按监理工程师的指示进行。

3.10 封孔

检查孔采用压力灌浆封孔法进行封孔，浆液水灰比为0.5∶1，压力0.2MPa左右，封孔时用0.5∶1的水泥浆液将孔内的积水置换，再在孔口纯压式灌浆封孔。对于大口径的取芯孔，若无适宜的止浆塞，可采用先排干孔内积水，然后用小级配的混凝土逐段回填。所有检查孔封孔均应封填密实，孔口析水沉淀的空腔采用导管注浆法或人工灌注砂浆等继续封填密实。

4 资料整理分析

对每次取芯工艺实施概述，记录分析芯样获得率、段长等现场资料，对芯样外观、长度、断面形态、骨料分布均匀性、层面结合、力学强度、混凝土密实程度及胶结情况等进行综合对比和分析。

对现场压水试验实施情况概述，记录每一个压水孔的试验结果，对坝内不同部位布置的不同深度压水孔位进行孔位透水率、碾压混凝土的抗渗性能分析。

5 结语

碾压混凝土中存在众多层面和结合部位，碾压混凝土钻孔取芯及压水试验是对碾压混凝土的整体防渗性能和大坝局部区域施工质量的进一步检查。因此，在现场管控中，对钻孔取芯及压水试验的施工方法步骤要加以严格管理。