碾压混凝土渗透系数的确定方法

摘要：现场压水试验的碾压混凝土渗流常处于非恒定状态，压水试验规程中按恒定流确定渗透系数的方法不再适用。本文仿照混凝土试件快速试验确定渗透系数的方法，推导出压水试验过程中渗流处于非恒定状态条件下碾压混凝土求渗透系数的方法和公式。该方法曾应用于江垭工程现场压水试验，较为真实的反映了碾压混凝土的渗透特性。

　　关键词：碾压混凝土 渗透系数 压水试验

　　碾压混凝土（RCC）坝的施工特点是通仓、薄层连续铺筑并碾压。碾压混凝土坝施工速度快在世界范围内得到广泛认可，但对碾压混凝土防渗性能又存在疑虚，这种疑虑来自碾压混凝土的施工方法及筑坝材料的特殊性。由于分层碾压施工，层面出现薄弱环节的机率要比常规混凝土大，这些薄弱环节对抗剪强度和渗透性影响是相当大的。大坝作为挡水建筑物，稳定性、渗透性是人们最关心的问题。在碾压混凝土坝施工技术日趋成熟，碾压混凝土坝施工质量不断提高的同时，如何正确测试碾压混凝土坝宏观渗透性，特别是碾压混凝土渗透性的现场精确测试，关系到对碾压混凝土坝的安全与耐久性。《水工碾压混凝土施工规范》[1]中把现场压水试验作为现场评定碾压混凝土抗渗性的方法[2]，其可靠性、准确性是至关重要的。反映混凝土渗透性指标有：透水率、渗透系数及抗渗标号。由于目前尚无水工碾压混凝土压水试验规程，只能套用《水利水电工程钻孔压水试验规程SL-25-92》进行操作。SL-25-92是针对裂隙岩体压水试验而编制的，裂隙岩体压水试验容易达到渗流量Q的恒定值，应特别提出的是，SL-25-92推荐采用如下公式计算渗透系数：

　　K=Q/2πHLlnL/r0 （1）

　　式中：K—综合渗透系数，单位：cm/s；Q—试段内的压水恒定流量，单位：cm3/s；H—试验水头（由试验压力换算为水头），单位：cm；L—压水段长，单位：cm，r0—钻孔半径，单位：cm.

　　式（1）是按照压水至恒定状态（即Q维持一不变的常量）所求得的压水段岩体平均渗透系数，由于在压水试验前RCC内部存在未被水填满的孔隙，要达到恒定不变的压水流量需要极长的时间，这在实际上办不到的。因此，不能用式（1）来确定其渗透系数。

　　1 混凝土试块快速渗透试验渗透系数分析

　　由于混凝土试件存有孔隙，压水试验只有试件孔隙全部被水填充后才能达到恒定渗流状态，即渗透流量达到一恒定值。由于混凝土渗透性很微小，混凝土渗透试验达到恒定流状态历时非常长，设备效率极低，且试验历时过长，发生意外试件的概率就越高。因此，这种正规试验方法必须有装备良好的试验室内进行，且不受时间的限制时才能进行。快速求得混凝土试件渗透系数，特别是在工地试验室条件下混凝土渗透试验常采用如下简易方法：即通过较短时间（T）压水，不等待水将整个试件完全饱和就将试件劈开，测得饱和水上升高度Dm，即可求得渗透系数K.

　　混凝土试块如图1，由底面向上压水，压水的水头为H.设时间为t时，饱和水面上升高度为y，该处水力梯度为J=H/y.依达西定律水面上升速度为：v=KJ=KH/y，设时间增量dt，水面升高dy，混凝土孔隙率为m，则水量增量为：dq=mBdy=Bvdt，或mydy=KHdt.压水时间T时水面上升到Dm，通过积分，，积分后可求得：

　　K=mD2m/2TH （2）

　　混凝土孔隙率应通过试验求得，或根据经验可取m=0.03这就是混凝土快速渗透试验所常用的公式。这种快速试验不如正规试验精度高，式（2）在理论上也不够严密，但经对比试验，混凝土试件快速试验方法可以满足工程要求，因而仍被广泛应用。