混凝土防渗墙质量分级研究应用

王 睿，王志豪，王清玉

（1.中建六局水利水电建设集团有限公司，天津 300222；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 前言

混凝土防渗墙是利用钻孔、挖槽机械，在松散透水地基或坝（堰）体中以泥浆固壁，挖掘槽形孔或连锁桩柱孔，在槽（孔）内浇筑水下混凝土而建成的。它在水利水电工程中占有重要的位置，其质量检测也不乏诸多有效的技术方法，但其质量分级尚未见报道。混凝土防渗墙质量分级具有客观性和实践性，两者亦是统一的。通过对混凝土防渗墙的质量分级，利于其质量评价和提高具体深化分析混凝土防渗墙的抗渗性能、力学强度性能和完整性的针对性，从而为工程设计和处理提供更为可靠的依据。

对混凝土防渗墙的质量分级是指成墙28 d后依据综合检测成果对墙体质量进行分级，与施工期间对混凝土防渗墙单元工程质量等级评定（主要是对施工期间的造孔、清孔、混凝土浇筑、混凝土性能等检查评价）构成全面评价混凝土防渗墙质量的体系。

2 混凝土防渗墙质量分级

通常“分类”一词系指属性不同类型的区分，如按地质成因，岩石可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类，是无序的。而混凝土防渗墙质量考虑到需要区分的是防渗性能、力学强度性能和完整程度的不同，具有量的差别，是有序的，而“级”是“等级”的意思，有量的概念，一般将有“量”的划分称为“分级”。因此，采用“分级”一词，而不用“分类”一词。

混凝土防渗墙质量分级基本方法是定性分析和定量评价相结合且要求两者一致，主要步骤如下：①确定混凝土防渗墙材料类型；②确定混凝土防渗墙质量分级级别；③确定分级判据，即选用哪几个指标进行分级；④分级界限，分析所用指标数据，以确定某级的指标数据范围。

2.1 混凝土防渗墙分类

根据材料性质，混凝土防渗墙分为普通混凝土、黏土混凝土、塑性混凝土、固化灰浆、自凝灰浆等多种类型。防渗墙材料按照抗压强度和弹性模量，又可分为刚性混凝土和柔性混凝土。刚性混凝土有普通混凝土(包括钢筋混凝土)、黏土混凝土、粉煤混凝土等，柔性混凝土有塑性混凝土、自凝灰浆、固化灰浆等。

2.2 混凝土防渗墙设计指标

通常用渗透系数、抗压强度、弹性模量和弹性波速度以及芯样描述来定性、定量评价混凝土防渗墙质量，根据工程经验并借鉴有关文献成果，各类混凝土防渗墙主要技术指标详见表1。

2.3 混凝土防渗墙质量划分等级

参照基桩桩身完整性判定标准，将普通混凝土防渗墙、黏土混凝土防渗墙质量分为4个等级；参照水泥桩完整性判定标准，将塑性混凝土防渗墙质量分为3个等级。

2.4 分级判据

有关文献规定，混凝土防渗墙检验可采用钻孔抽芯和声波透视法。亦有文献规定，可选用高密度电法、可控源音频大地电磁测深、弹性波垂直反射、弹性波CT、同位素示踪、探地雷达和钻孔电视观察检测防渗墙的深度、缺陷、均匀性等。还有文献规定，检测项目包括防渗墙墙体（芯样）渗透系数、抗渗等级、抗压强度、弹性模量和完整性。

表1 混凝土防渗墙主要技术指标

综上所述，欲全面评价防渗墙质量可采用两大类检测方法，检测三类参数。方法之一是通过现场取样、室内试验和钻孔注水试验评价混凝土防渗墙抗渗性能、力学强度性能和完整性，二是依据钻孔电视观察、弹性波、电磁波或电场在混凝土中传播的特征评价混凝土防渗墙的完整性。前者偏于微观定量，后者偏于宏观定性、准定量。三类参数即混凝土抗渗性能、力学强度性能和完整性。

经综合分析检测方法和检测参数，认为定性分析主要是依据芯样、钻孔电视观察描述混凝土防渗墙整体完整、连续、均匀、密实程度或胶结状况；基于防渗墙参数的设计原则是在满足渗透系数、抗压强度的前提下，多要求尽量降低弹性模量，加上抗压强度与弹性模量可近似认为呈正相关，故定量评价主要选取抗压强度、声波速度或地震波速度参数来分级评价混凝土防渗墙的质量，同时要求渗透系数、抗渗等级、弹性模量符合或基本符合设计要求。

2.5 分级界限

（1）普通混凝土防渗墙。以C15混凝土防渗墙为例，根据工程经验，建立如表2所示的标准。

（2）黏土混凝土防渗墙。以C10黏土混凝土防渗墙为例，根据工程经验，建立如表3所示的标准。

（3）塑性混凝土防渗墙。以C5塑性混凝土防渗墙为例，根据工程经验，建立如表4所示的标准。

表2 普通混凝土防渗墙质量分级标准

表3 黏土混凝土防渗墙质量分级标准

表4 塑性混凝土防渗墙质量分级标准

3 工程实例

3.1 工程概况

某水利工程坝基覆盖层厚10～45 m，岩性为第四系砂、砂卵砾石、黏性土、含卵砾石壤土，下部为强风化基岩。普通混凝土防渗墙布置于拦河坝上游5 m，厚0.6 m，深10～5 0 m，长约900 m，底部入岩1～1.5 m；设计混凝土抗压强度R28≥15 MPa，弹性模量E28≥22 000 MPa，渗透系数K28≤4.19×10-9cm/s，抗渗等级≥W6。

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3.2 检测技术思路

（1）通过芯样渗透系数、抗渗等级和钻孔注水试验，定量评价混凝土防渗墙的防渗效果。

（2）通过芯样抗压强度、弹性模量，定量评价混凝土的力学强度性能。

（3）通过建立芯样声波速度与抗压强度的关系进而利用单孔声波速度、钻孔声波（地震波）CT，定性、准定量宏观评价混凝土的力学强度性能。

（4）通过钻孔取芯、电视观察和单孔声波速度、声波（地震波）CT，分析评价混凝土防渗墙的完整性（可分级描述连续性、均匀性、密实度、有无孔洞、空洞、夹泥、胶结不良等问题）。

（5）综合分析芯样试验、注水钻孔试验、电视观察、声波速度、声波（地震波）CT，通过点面结合、微观定量、宏观定性和准定量评价混凝土防渗墙的抗渗性能、力学强度性能和完整性，从而对混凝土防渗墙实施质量分级。

3.3 质量分级

3.3.1 防渗参数

32块芯样渗透系数为0.02×10-9～0.476×10-9cm/s，均值为0.089×10-9cm/s；42段钻孔注水试验渗透系数为2.2×10-9～4.1×10-9cm/s，均值为3.43×10-9cm/s。18块3组芯样抗渗等级≥W6。

48块芯样抗压强度为15.2～31.1 MPa，均值为19.1 MPa；35块芯样弹性模量为22 100～35 300 MPa，均值为27 460 MPa；40块芯样声波速度为4 000～4 740 m/s，均值为4 400 m/s。

芯样声波速度与抗压强度两者呈幂函数关系，即Vpr=1 780Rc0.3，相关系数R2=0.80。

3.3.3 质量分级

参照表2，综合分析检测成果，该工程混凝土防渗墙质量分级汇总详见表5。从表5可知以下情况。

表5 混凝土防渗墙质量分级汇总

（1）声波测井测段总长193.6 m，实测点976个，实测声波速度为1 630～4 800 m/s，均值为4 180 m/s。利用声波速度评价，Ⅰ、Ⅱ级总占比89.8%；Ⅳ级占比5%且呈零星分布，其声波速度为1 630～3 570 m/s，均值为2 860 m/s，呈缺陷类低波速特征。依声波速度，推算各孔平均抗压强度为14.4～18.8 MPa，总孔（段）抗压强度均值为16.8 MPa。

（2）地震波CT实测4对孔，墙长53.4 m，孔深12～37.6 m，地震波包络面积1 258 m2。反演地震波速度为3 150～4 420 m/s，均值为3 790 m/s。利用地震波速度评价，Ⅰ～Ⅲ级总占比97.3%，Ⅳ级占比2.7%且呈零星分布。依地震波速度，推算各孔平均抗压强度为13.6～16.8 MPa，推断地震波包络面积内抗压强度均值为15 MPa。

（3）钻孔芯样描述、电视观察有效段202 m，Ⅰ、Ⅱ级总占比86%，Ⅳ级占比6%且呈零星分布。

3.3.4 基本结论

（1）防渗参数。芯样和钻孔注水试验所得渗透系数均符合K28≤4.19×10-9cm/s，芯样抗渗等级＞W6。

（2）力学强度参数。芯样抗压强度、弹性模量以及由声波速度与抗压强度建立的关系式进而依据声波速度、地震波速度推算的孔内、孔间力学强度参数总体符合设计要求。

（3）质量分级。混凝土防渗墙质量Ⅰ～Ⅲ级总占比为94%～97%，Ⅳ级占比为3%～6%且呈零星分布。

4 结语

混凝土防渗墙质量分级具有客观性和实践性，两者亦是统一的。通过对混凝土防渗墙的质量分级，利于其质量评价和提高具体深化分析混凝土防渗墙的抗渗性能、力学强度性能和完整性的针对性，实践表明是可行的。但显然还不够全面，甚至还可能存在错误的地方，有待于进一步补充、完善。

基于混凝土防渗墙材料复杂多样的实际情况，针对不同工程设计抗渗指标、力学强度指标以及防渗墙的几何尺寸变化较大，故只有具体的混凝土防渗墙质量分级标准，没有通用的混凝土防渗墙质量分级标准。至于反映混凝土防渗墙质量的一般性分级标准应是客观存在的，但它只能作为进行具体混凝土防渗墙质量分级的指导性原则，而不等于是通用的混凝土防渗墙质量分级标准。总之，一切均需从客观工程实际出发。