大田港閘混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測與分析

劉超英,付 磊

(浙江水利河口研究院,浙江杭州 310020)

大田港閘混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測與分析

劉超英,付 磊

(浙江水利河口研究院,浙江杭州 310020)

為了解大田港閘老化病害的程度和原因,按照規(guī)范要求對該水閘混凝土結(jié)構(gòu)進行外觀質(zhì)量和耐久性檢測分析。結(jié)果表明,水閘混凝土結(jié)構(gòu)外觀破損明顯,露石露砂、順筋裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土破損剝落等現(xiàn)象嚴重;引起破壞的主要原因是混凝土施工質(zhì)量較差,鋼筋保護層厚度不足,鋼筋保護層混凝土碳化引起鋼筋銹蝕脹裂,而水流沖刷磨蝕是水閘過流結(jié)構(gòu)破壞的主要形式。

大田港閘;混凝土結(jié)構(gòu);混凝土碳化;鋼筋銹蝕;耐久性檢測

水工混凝土中的鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個重要問題,也是水工建筑物安全鑒定過程中經(jīng)常遇到的問題。多年來,許多水工混凝土建筑物由于耐久性不良而引起的工程損壞事例不斷發(fā)生,由此造成巨大的經(jīng)濟損失。在實際工程中,常見大壩、水閘、橋梁等鋼筋混土結(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕而引起混凝土膨脹開裂和鋼筋保護層脫落,致使結(jié)構(gòu)承載力下降甚至危及水工建筑物安全,因此,必須引起高度重視[1]。

大田港閘位于浙江省臨海市城東五豐,大田港與靈江交匯處,是牛頭山水庫配套工程。該閘以擋潮排澇為主,兼蓄淡、灌溉、通航,起著解決大田港兩岸工農(nóng)業(yè)、生活生產(chǎn)用水;不使大田港河道淤積;擋大潮,使大田平原不受潮水淹沒等作用。該工程于1991年1月竣工并投入運行。水閘基礎(chǔ)系白堊系角礫凝灰?guī)r,閘設5孔,每孔凈寬8 m,總寬45.6 m,閘室長17.44 m,底板高程-2.0 m,閘頂4.7 m。主閘門為升臥式平面鋼閘門,為防銹采用鋅涂層,每道閘門配用QPPYZ2×40的液壓啟閉機,啟門力2×40 t,主閘門下游各設一道檢修門槽,上下游各配一臺平車移動式卷揚機,啟門力2×8 t。閘上游設公路橋,橋面高程8 m,下游為框架結(jié)構(gòu)工作橋,橋面高程為11 m。為灌溉需要設雙向消力池。下游消力池長21.5 m,池深1.0 m,護坦高程-2.0 m,長5 m;上游消力池長17 m,池深0.8 m,護坦高程-2.0 m,長17 m。

經(jīng)過20 a的運行,該閘混凝土結(jié)構(gòu)老化、碳化、鋼筋銹蝕、破損嚴重。筆者按照相關(guān)規(guī)范,對該水閘混凝土結(jié)構(gòu)進行耐久性檢測和分析[2],以便為工程的安全運行和技術(shù)改造提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

1 檢測內(nèi)容及依據(jù)

1.1 檢測內(nèi)容

(1)對水閘混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量進行全面檢查,檢查項目包括混凝土表面缺陷、異常變形和破損。

(2)選擇典型的閘孔進行重點檢測。檢測內(nèi)容包括主要構(gòu)件的混凝土強度、混凝土碳化深度、鋼筋保護層厚度、鋼筋銹蝕狀況。

1.2 檢測依據(jù)

檢測所依據(jù)的標準、規(guī)范為:①《水閘安全鑒定規(guī)定》SL214-1998[3];②水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》SL191-2008[4];③《水閘設計規(guī)范》SL265-2001[5];④《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352-2006[6];⑤《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》(CECS03:88)[7];⑥《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T23-2001[8]。

2 檢測結(jié)果

2.1 外觀質(zhì)量檢測結(jié)果

使用測尺、裂縫對比卡、讀數(shù)顯微鏡、照相機等工具,采用直觀量測、外觀質(zhì)量描述、拍照及局部打開方法檢測混凝土結(jié)構(gòu)物施工缺陷、裂縫、混凝土剝落等破損程度及其分布。

(1)閘墩

各孔閘墩水面線附近及部分閘墩上部拱圈附近混凝土砂漿剝落、石子裸露嚴重。部分閘墩上部拱圈頂部有1條垂直裂縫,縫寬0.10 mm～0.20 mm。3#孔上游右閘墩、3#孔下游閘墩檢修門門槽局部嚴重破損,鋼筋裸露并銹蝕。

(2)排架

各孔排架柱、排架柱間聯(lián)系梁、立柱局部砂漿剝落、石子裸露。各孔下游向排架柱局部混凝土嚴重脹裂、3根～5根箍筋裸露并嚴重銹蝕。部分孔上游向排架柱局部混凝土脹裂。部分孔排架柱間聯(lián)系梁局部混凝土嚴重脹裂、2根～3根箍筋裸露并嚴重銹蝕。

各孔上、下游立柱混凝土嚴重脹裂,有3根～5根箍筋裸露并嚴重銹蝕、成片剝落,部分箍筋已經(jīng)銹損。2#孔上游右立柱混凝土嚴重脹裂、破損,主筋裸露并嚴重銹蝕,裸露長度20 cm。1#孔下游立柱破損嚴重,立柱水平方向已斷裂,立柱與墻體嚴重拉開,嚴重威脅了水閘的運行安全。

(3)行車軌道梁

各孔上、下游行車軌道梁混凝土局部砂漿剝落、石子裸露、蜂窩嚴重。鋼筋保護層厚度嚴重不足,有的部位鋼筋保護層厚度不足1 cm,底面混凝土普遍嚴重脹裂,主筋、箍筋裸露并嚴重銹蝕、成片剝落,部分箍筋已經(jīng)銹損,主筋裸露長度0.20 m～0.40 m。

各孔下游行車軌道梁底面混凝土普遍嚴重脹裂,箍筋裸露并嚴重銹蝕、成片剝落。部分孔下游行車軌道梁主筋裸露長度0.40 m～2.00 m,裸露的主筋嚴重銹蝕、成片剝落。3#孔下游行車軌道梁(上游向)露出長度2.00 m。2#孔下游行車軌道梁(上游向)有1條垂直裂縫,上、下貫穿,縫寬 0.20 mm。4#孔下游行車軌道梁(上游向)有1條斜向裂縫,上、下貫穿,縫寬0.15 mm。

(4)工作橋

各孔工作橋護欄混凝土嚴重脹裂、破損嚴重,鋼筋裸露并嚴重銹蝕。各孔工作橋橋梁混凝土局部砂漿剝落、石子裸露、蜂窩嚴重。各孔工作橋橋梁底面混凝土普遍嚴重脹裂,箍筋露出并嚴重銹蝕、成片剝落。部分孔工作橋橋梁主筋裸露并嚴重銹蝕、成片剝落。主筋裸露長度0.40 m～0.70 m。1#孔工作橋3號梁有1條垂直裂縫,上、下貫穿,縫寬0.15 mm。5#孔工作橋3號、4號梁有1條垂直裂縫,上、下貫穿,前后局部貫穿,縫寬0.25 mm。

(5)公路橋

橋面鋪裝層普遍磨損嚴重,石子裸露。橋面護欄有6處混凝土嚴重脹裂,破損嚴重,露筋,鋼筋嚴重銹蝕。護欄下部堤腳處普遍存在混凝土嚴重脹裂,露筋,鋼筋嚴重銹蝕。

各孔公路橋橋梁混凝土局部砂漿剝落、石子裸露、蜂窩嚴重。部分孔公路橋橋梁局部混凝土嚴重脹裂,箍筋裸露并嚴重銹蝕。2#孔公路橋4號梁混凝土嚴重脹裂,主筋裸露并嚴重銹蝕、成片剝落,主筋裸露長度0.60 m。1#孔左邊墩與公路橋3號梁連接部位局部混凝土嚴重脹裂,破損嚴重,露筋,鋼筋嚴重銹蝕。

(6)翼墻

上、下游左、右岸翼墻混凝土水面線附近砂漿剝落、石子裸露。上游右岸翼墻與閘墩連接處拉開約1 cm,局部漏水嚴重。下游左、右岸翼墻與閘墩連接處嚴重拉開約3 cm～4 cm。下游右岸翼墻部分段拉開、倒塌嚴重。

2.2 重點檢測結(jié)果

2.2.1 混凝土碳化深度

在回彈法測定強度的測區(qū),用沖擊鉆在被測試構(gòu)件表面打孔,清除鉆孔中粉末,在孔內(nèi)噴涂酚酞試劑,用游標卡尺量測得的表層不變色混凝土的厚度即為混凝土碳化深度。典型的閘孔主要結(jié)構(gòu)混凝土碳化深度檢測結(jié)果見表1。

表1 主要結(jié)構(gòu)的混凝土碳化深度檢測結(jié)果

由表1可見,被檢結(jié)構(gòu)混凝土碳化程度較嚴重,碳化深度從十幾毫米到二十幾毫米。同一結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)件,以及同一構(gòu)件不同部位混凝土碳化深度均有明顯的差別,這表明其混凝土密實性差別大,質(zhì)量不均勻。部分結(jié)構(gòu)混凝土碳化深度值已經(jīng)超過實際鋼筋保護層厚度值,使鋼筋沒有處于混凝土堿性保護之中,這將對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及安全性產(chǎn)生嚴重影響。

2.2.2 混凝土強度

對大田港閘閘墩采用鉆孔取芯法檢測混凝土抗壓強度;對排架柱、排架柱間聯(lián)系梁、立柱、行車軌道梁、工作橋橋梁、公路橋橋梁采用回彈法檢測混凝土抗壓強度。鉆芯法檢測結(jié)果見表2,回彈法檢測結(jié)果成果見表3。

表2 鉆芯法抗壓強度檢測結(jié)果

表3 回彈法檢測混凝土抗壓強度檢測結(jié)果

由表3可見,被檢測構(gòu)件測試齡期回彈強度推定值均滿足設計要求。被檢測構(gòu)件測試齡期回彈強度推定值均滿足現(xiàn)行規(guī)范SL191-2008規(guī)定的耐久性要求[4]。強度測量值有一定程度離散。同一類結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件之間及同一構(gòu)件不同測區(qū)的強度均有較大不同。各類結(jié)構(gòu)強度離散程度有所不同,排架柱、立柱、公路橋橋梁部分構(gòu)件離差系數(shù)較大,可能是當時施工質(zhì)量控制不嚴,也可能所受老化侵害程度不同,導致目前混凝土質(zhì)量狀況不均勻。

2.2.3 鋼筋保護層厚度

在主要構(gòu)件的鋼筋部位選若干測點,用鋼筋保護層厚度測定儀測定保護層厚度部分測點用沖擊鉆除去表面混凝土,量測鋼筋保護層厚度作為校核[9]。檢測結(jié)果列于表4。從表4可見,鋼筋保護層厚度測量值離散較大,閘墩、排架柱、排架柱間聯(lián)系梁、立柱、行車軌道梁、工作橋橋梁、公路橋橋梁鋼筋保護層厚度不滿足現(xiàn)行規(guī)范SL191-2008規(guī)定的耐久性要求。

表4 混凝土保護層厚度檢測結(jié)果 單位:mm

2.2.4 鋼筋銹蝕率

選擇不同破壞程度的構(gòu)件,鑿去表層混凝土直至露出已銹蝕鋼筋,清除鋼筋表面銹蝕產(chǎn)物,用游標卡尺測量銹蝕后鋼筋剩余直徑,對照設計值計算鋼筋截面積損失率[10]。各類結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕后截面積損失率抽樣檢測結(jié)果見表5。

表5 鋼筋銹蝕損失率抽樣檢測結(jié)果

由表5可見,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均已出現(xiàn)不同程度的銹蝕,其中立柱主筋最大截面損失率達19.18%,箍筋已銹斷;工作橋橋梁主筋最大截面損失率達17.28%;排架柱箍筋最大截面損失率達25.00%;排架柱間聯(lián)系梁箍筋最大截面損失率達17.88%;行車軌道梁主筋最大截面損失率達17.22%,箍筋已銹斷;公路橋橋梁主筋最大截面損失率達13.06%。

3 檢測結(jié)果分析

對大田港閘混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性檢測表明,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外觀缺陷明顯,如順筋裂縫、露石露砂、鋼筋銹蝕、混凝土剝落等。引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因是混凝土施工質(zhì)量較差,鋼筋保護層厚度不足,鋼筋保護層混凝土碳化引起鋼筋銹蝕脹裂,而水流沖刷磨蝕是水閘過流結(jié)構(gòu)破壞的主要形式。此外水閘閘墩、翼墻等部分結(jié)構(gòu)有輕微的位移和不均勻沉降現(xiàn)象。

鋼筋保護層厚度測量值離散較大,閘墩、排架柱、排架柱間聯(lián)系梁、立柱、行車軌道梁、工作橋橋梁、公路橋橋梁不滿足現(xiàn)行規(guī)范SL191-2008規(guī)定的耐久性要求[4]。從表1所示的混凝土碳化結(jié)果來看,這些結(jié)構(gòu)的部分測點碳化深度超過了最小保護層厚度。部分結(jié)構(gòu)混凝土碳化深度值已經(jīng)超過實際鋼筋保護層厚度值,使鋼筋沒有處于混凝土堿性保護之中,這將對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及安全性產(chǎn)生嚴重影響。因此,施工質(zhì)量控制不嚴,偏筋嚴重,局部鋼筋的保護層厚度嚴重不足;混凝土質(zhì)量不均勻,局部混凝土碳化較嚴重,超過鋼筋保護層厚度,是導致該水閘混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕、順筋裂縫、混凝土剝落的主要原因[11]。

鋼筋與混凝土之間的錨固力主要來自兩者的黏結(jié)及變形鋼筋的橫肋對混凝土的咬合作用,若銹蝕嚴重使鋼筋截面積減小,勢必會降低其力學性能。鋼筋截面積損失大于10%、小于60%時,各項力學性能嚴重下降[12]。檢測結(jié)果表明,該閘各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均已出現(xiàn)不同程度的銹蝕,排架柱、排架柱間聯(lián)系梁、立柱、行車軌道梁、工作橋橋梁、公路橋橋梁鋼筋銹蝕嚴重,有的甚至成片狀剝落,將對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力產(chǎn)生很大的影響。由此可見,必須對排架柱、排架柱間聯(lián)系梁、立柱、行車軌道梁、工作橋橋梁、公路橋橋梁鋼筋銹蝕嚴重的構(gòu)件進行維修加固。

就大田港閘混凝土結(jié)構(gòu)來說,混凝土質(zhì)量控制不嚴,局部鋼筋的保護層厚度不足,混凝土碳化深度超過保護層厚度,混凝土碳化導致鋼筋銹蝕脹裂,是造成水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞、耐久性不足的主要原因。因此,為了有效提高水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,在設計時應嚴格執(zhí)行現(xiàn)有標準;在施工中應采取有效措施防止鋼筋跑位、偏筋;在對預制件進行安裝前應進行保護層厚度檢測,確保保護層厚度達到設計值;施工中應使用抗?jié)B透性能好的混凝土,以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗碳化能力[13]。

4 結(jié) 論

(1)大田港閘運行20 a來,混凝土結(jié)構(gòu)老化嚴重,存在安全隱患。

(2)水閘閘墩、翼墻等部分結(jié)構(gòu)有輕微的位移和不均勻沉降現(xiàn)象。

(3)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混凝土外觀缺陷十分明顯,如順筋裂縫、露石露砂、鋼筋銹蝕、混凝土剝落破損等,局部已十分嚴重。

(4)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度、碳化深度和保護層厚度等參數(shù)抽樣檢測結(jié)果的離散性較大,表明大田港閘建造時的混凝土質(zhì)量不均勻,施工質(zhì)量較差。

(5)水閘鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破損、耐久性不足的主要原因是混凝土質(zhì)量控制不嚴,偏筋嚴重,局部鋼筋的保護層厚度不足;局部混凝土碳化深度超過保護層厚度,導致鋼筋銹蝕脹裂。

(6)排架柱、排架柱間聯(lián)系梁、立柱、行車軌道梁、工作橋橋梁、公路橋橋梁等部分構(gòu)件鋼筋銹蝕脹裂嚴重,需進行維修加固處理以保證大田港閘工程安全運行。

[1]張 譽,蔣利學,張偉平,等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[M].上海:上海科學技術(shù)出版社,2003:156-163.

[2]李為杜.混凝土無損檢測技術(shù)[M].上海:同濟大學出版社,1995:129-135.

[3]水利部水利管理司,江蘇省水利廳.SL214-1998.水閘安全鑒定規(guī)定[S].北京:中國水利水電出版社,1998.

[4]中華人民共和國水利部.SL191-2008.水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》[S].北京:中國水利水電出版社,2008.

[5]江蘇省水利勘測設計研究院.SL265-2001.水閘設計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2001.

[6]中國水利水電科學研究院,南京水利科學研究院.SL352-2006.水工混凝土試驗規(guī)程[S].北京:中國水利水電出版社,2006.

[7]中國建筑科學研究院.CECS03:88.鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國工程標準化協(xié)會,1988.

[8]中華人民共和國建設部.JGJ/T23-2001.回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

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[10]王巧平,吳勝興.無損檢測技術(shù)在銹蝕混凝土結(jié)構(gòu)中的應用探討[J].混凝土,2003,(6):23-25.

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[12]洪乃豐.混凝土中鋼筋腐蝕與結(jié)構(gòu)物的耐久性[J].公路,2001,(2):66-69.

[13]柏寶忠,王以仁.影響水工建筑物耐久性的主要因素及預防對策[J].水利水電技術(shù),2004,35(10):72-74.

Inspection and Analysis for Concrete Structures'Durability of Datiangang Sluice

LIU Chao-ying,FU Lei
(Zhejiang Research Institute of Water conservancy and Estuary,Hangzhou,Zhejiang310020,China)

To investigate the degree and causes of aging damages for Datiangang sluice,the inspection and analysiswere made on the apparent quality and durability of its concrete structures according to the relevant criteria.The results show that the damages to the appearance of its concrete structures are obvious,including honey combing,cracking along rebar,re-bar corrosion,concrete delamination and so on,the poor quality of concrete construction,the insufficient thickness of local concrete cover and the re-bar corrosion and expansion induced by carbonization of concrete cover are the main causes of the damages,and the main form of the damage to its overflow structure is the abrasion resulted from water scouring.

Datiangang sluice;concrete structure;carbonization of concrete;re-bar corrosion;durability inspection

TU375

A

1672—1144(2012)05—0077—05

2012-03-21

2012-04-27

劉超英(1958—),男(漢族),浙江溫州人,碩士,教授級高級工程師,主要從事水工結(jié)構(gòu)及巖土工程研究工作。