渠道襯砌工程質(zhì)量檢測(cè)工作分析

邢 貴

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

農(nóng)業(yè)灌溉和安全飲水工程，是新時(shí)代打好脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)、實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要保障。水是農(nóng)業(yè)之基，渠道襯砌工程可有效提高灌溉用水效率，保障兩岸農(nóng)田和人畜供水安全。渠道襯砌工程主要采用襯砌板的形式，厚度相對(duì)較薄，受混凝土抗拉強(qiáng)度較低、易裂縫以及不均勻沉降等的影響，裂縫容易貫通且難愈合，應(yīng)對(duì)渠道襯砌工程進(jìn)行有效實(shí)體檢測(cè)。灌溉水流的季節(jié)性調(diào)節(jié)，使渠道極易受到侵蝕和凍脹等損害，出現(xiàn)過(guò)早劣化，極大地影響渠道防滲效果和結(jié)構(gòu)耐久性。為此應(yīng)合理選擇質(zhì)量檢測(cè)方案，對(duì)渠道進(jìn)行健康診斷和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理。

1 質(zhì)量檢測(cè)概況

在施工期、竣工驗(yàn)收前以及后期運(yùn)行中，渠道混凝土襯砌項(xiàng)目法人等相關(guān)委托人，均會(huì)委托具有相應(yīng)資質(zhì)等級(jí)的質(zhì)量檢測(cè)單位進(jìn)行抽樣檢測(cè)[3，5]。多數(shù)委托人的關(guān)注點(diǎn)在于是否進(jìn)行過(guò)檢測(cè)；自檢、抽檢以及第三方檢測(cè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，多采用回彈法或者取芯法只進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定；國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)渠道襯砌檢測(cè)的研究，集中在具體檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題和影響因素上[6-8]，對(duì)渠道特征系統(tǒng)檢測(cè)的研究較少。

目前我國(guó)大多數(shù)混凝土實(shí)體檢測(cè)，只是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)檢測(cè)某一參數(shù)，缺乏對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目的具體分析，檢測(cè)項(xiàng)目選擇不合理、檢測(cè)流程不規(guī)范均會(huì)造成檢測(cè)數(shù)據(jù)不完善。檢測(cè)精度差也會(huì)影響工程質(zhì)量評(píng)定，造成項(xiàng)目帶隱患運(yùn)行。因渠道混凝土影響因素復(fù)雜多變，對(duì)灌區(qū)混凝土襯砌渠道進(jìn)行合理、準(zhǔn)確的實(shí)體檢測(cè)，應(yīng)規(guī)范檢測(cè)流程，解析檢測(cè)方法，供委托方?jīng)Q策。便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及早修復(fù)，保證渠道用水，確保灌溉效率，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2 渠道襯砌工程分類(lèi)

《水利工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL734-2016）6.9.1，規(guī)范了渠道襯砌檢測(cè)項(xiàng)目的選擇范圍，包括抗壓強(qiáng)度、襯砌厚度、裂縫、鋼筋數(shù)量、間距和保護(hù)層厚度、內(nèi)部缺陷、抗凍性能、抗?jié)B性能[1]。綜合考慮不同渠道特點(diǎn)和現(xiàn)有質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合渠道襯砌工程質(zhì)量檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，按照渠道形式、工程地質(zhì)及地下水、挖填情況等因素，將渠道大體分為四類(lèi)，針對(duì)性地選擇主要檢測(cè)項(xiàng)目，制定質(zhì)量檢測(cè)方案。

2.1 填方和地下水位低的半挖半填渠道

這類(lèi)渠道襯砌多采用弧形坡腳的梯形斷面，鋼筋配置用于抵抗溫度應(yīng)力，混凝土板主要以防滲為主。檢測(cè)方案要特別重視混凝土板厚度、抗?jié)B性和裂縫檢測(cè)。檢測(cè)裂縫時(shí)，可借助鋼尺、油漆、放大鏡、塞尺、超聲脈沖波等，重點(diǎn)檢查裂縫的類(lèi)型、長(zhǎng)度、寬度、深度、走向、分布等。鋼筋的檢測(cè)可結(jié)合坡面取芯進(jìn)行，既避免取芯樣時(shí)遇到鋼筋，又可進(jìn)行局部的鋼筋間距檢測(cè)。考慮到混凝土壓頂與混凝土板多為一體化澆筑，可在壓頂面上進(jìn)行混凝土取芯，用于抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，還可適當(dāng)多取一組芯樣，加工后進(jìn)行混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)。

2.2 挖方和地下水位較高的半挖半填渠道

這類(lèi)渠道多采用矩形斷面或梯形斷面，且多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以防滲、防凍、穩(wěn)定邊坡為主。檢測(cè)方案要注重抗壓強(qiáng)度、鋼筋數(shù)量和底板裂縫的檢測(cè)。建議大面積采用沖擊彈性波法、雷達(dá)法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，結(jié)合取芯法掌握混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀態(tài)，如抗壓強(qiáng)度、鋼筋缺失、內(nèi)部缺陷離析和孔洞和裂縫深度等。裂縫檢測(cè)在常規(guī)檢測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合超聲波法具體分析。混凝土成型過(guò)程中，要定期進(jìn)行抗壓、抗凍、抗?jié)B試塊留樣。芯樣可避開(kāi)鋼筋在側(cè)墻取樣，深度以不破壞土工膜為宜。

2.3 灌溉渠道（支、斗、農(nóng)渠）

灌區(qū)支、斗、農(nóng)渠一般為土渠，部分襯砌結(jié)構(gòu)采用預(yù)制U型槽和弧形板拼裝。預(yù)制板安裝的壽命主要取決于混凝土壓頂?shù)馁|(zhì)量，檢測(cè)方案既要兼顧預(yù)制構(gòu)件的檢測(cè)，還要重點(diǎn)針對(duì)混凝土壓頂和填縫的質(zhì)量進(jìn)行分析。預(yù)制混凝土構(gòu)件和混凝土壓頂常采用鉆芯法、回彈法、沖擊彈性法等進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，填縫多采用鋼尺、油漆、放大鏡、塞尺進(jìn)行裂縫走向和分布觀測(cè)。

2.4 特殊地質(zhì)建設(shè)的渠道

如渠道地基位于流沙段、濕陷性黃土基等特殊環(huán)境，應(yīng)進(jìn)行專題研究，多實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定檢測(cè)方案。

3 檢測(cè)工作流程

混凝土襯砌渠道檢測(cè)，多以混凝土結(jié)構(gòu)抽樣檢測(cè)結(jié)果，評(píng)價(jià)渠道整體質(zhì)量。檢測(cè)過(guò)程往往需要現(xiàn)場(chǎng)施工方的配合，大比例檢測(cè)一定程度上會(huì)影響施工工期。渠道襯砌具有薄壁剛性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，檢測(cè)過(guò)程中，某些細(xì)節(jié)要素如果不慎重處理，將會(huì)呈現(xiàn)多樣化的檢測(cè)結(jié)論，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)實(shí)際質(zhì)量情況。因此設(shè)計(jì)合理的檢測(cè)流程，對(duì)流程中影響檢測(cè)結(jié)果的活動(dòng)進(jìn)行有效的監(jiān)督和控制，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.1 接受委托、檢測(cè)前準(zhǔn)備

按照檢測(cè)渠道分類(lèi)、施工部署和長(zhǎng)度等劃分檢測(cè)單元，選擇合適檢測(cè)項(xiàng)目。同時(shí)組織相關(guān)人員，分析檢測(cè)項(xiàng)目，確定檢測(cè)依據(jù)，編制切實(shí)可行的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。檢測(cè)前做好儀器設(shè)備的檢定校準(zhǔn)工作，預(yù)備試驗(yàn)藥劑及耗材。取樣時(shí)要特別重視首批面板的驗(yàn)收檢測(cè)，同時(shí)要委托方提供準(zhǔn)確的成型日期，以確保檢測(cè)的可追溯性。檢驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展前進(jìn)行技術(shù)交底，由項(xiàng)目試驗(yàn)檢測(cè)工程師進(jìn)行技術(shù)、安全交底。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程

到達(dá)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后，要及時(shí)收集渠道襯砌混凝土板的基礎(chǔ)信息，并完善檢測(cè)設(shè)備信息和檢測(cè)統(tǒng)計(jì)信息。檢測(cè)工作宜避免對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，如無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施不影響工程原有性能與指標(biāo)。檢測(cè)人員按檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)或作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行試驗(yàn)，及時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)情況和環(huán)境條件，每份原始記錄應(yīng)包含足夠的信息以保證其能夠達(dá)到事后評(píng)估、分析、統(tǒng)計(jì)和追溯的目的。檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)有效。混凝土底板裂縫在常規(guī)物理檢測(cè)的基礎(chǔ)上，可結(jié)合無(wú)人機(jī)和圖像處理技術(shù)，輔助進(jìn)行渠道大面積的外部缺陷和表面平整度檢測(cè)。襯砌混凝土取芯檢測(cè)要做好取樣記錄、注意取樣數(shù)量、樣品標(biāo)記、包裝、運(yùn)輸、保管。對(duì)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的重大質(zhì)量缺陷、工程隱患及檢測(cè)結(jié)果不合格的及時(shí)通知委托方。另外在施工期檢測(cè)時(shí)盡量保證檢測(cè)工作不影響正常施工。

3.3 出具檢測(cè)報(bào)告

在檢驗(yàn)檢測(cè)工作結(jié)束后，檢測(cè)人員及時(shí)計(jì)算分析，若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較大偏離，應(yīng)該重新審核實(shí)驗(yàn)過(guò)程，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)和渠道底板裂縫觀測(cè)的大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可結(jié)合人工智能AI技術(shù)進(jìn)行批量化自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、通過(guò)特征學(xué)習(xí)和分類(lèi)算法，及時(shí)顯示結(jié)果，減少人工誤判。并針對(duì)渠道的整體外部缺陷和質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)、分析，協(xié)助委托方完成渠道整體質(zhì)量評(píng)價(jià)。檢測(cè)結(jié)束后，檢測(cè)單位要及時(shí)提交初步檢測(cè)報(bào)告（中間結(jié)果）及正式檢測(cè)報(bào)告，檢測(cè)報(bào)告包含明確的檢測(cè)結(jié)論。正式檢測(cè)報(bào)告的主要內(nèi)容包括：前言、工程地質(zhì)概況、渠道設(shè)計(jì)概況、施工概況、檢測(cè)方法及原理、檢測(cè)設(shè)備、測(cè)線布置平面圖，檢測(cè)結(jié)果（襯砌板厚度、裂縫分布情況、混凝土強(qiáng)度等）、質(zhì)量評(píng)定、檢測(cè)結(jié)論說(shuō)明及建議等資料。

4 主要檢測(cè)項(xiàng)目

混凝土襯砌渠道設(shè)計(jì)的基本要求是耐久性、安全性和適用性[4]，質(zhì)量檢測(cè)是通過(guò)檢查、量測(cè)、試驗(yàn)等方法，對(duì)工程特征進(jìn)行符合性評(píng)價(jià)。由于渠道混凝土比較薄、多斜坡，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性、鋼筋數(shù)量和底板裂縫等的檢測(cè)，應(yīng)結(jié)合規(guī)范要求和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4.1 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

采用回彈法檢測(cè)渠道襯砌混凝土板抗壓強(qiáng)度[2]，合理選擇鉆芯位置鉆取混凝土芯樣，進(jìn)行強(qiáng)度和耐久性的研究。取樣部位應(yīng)由委托方、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理（建設(shè)）和施工方等協(xié)商一致，隨機(jī)抽取，并使所選構(gòu)件具有一定的代表性。回彈法簡(jiǎn)單直觀，可以很好地反應(yīng)渠道襯砌施工質(zhì)量情況。回彈法檢測(cè)要注意，在工程檢測(cè)前后，回彈儀應(yīng)在鋼砧上作率定試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的每一結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，測(cè)區(qū)數(shù)不少于10個(gè)；檢測(cè)面應(yīng)為原狀混凝土表面，并應(yīng)清潔、平整；回彈儀的軸線應(yīng)始終垂直于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土檢測(cè)面，緩慢施壓，準(zhǔn)確讀數(shù)，快速?gòu)?fù)位。并在10個(gè)測(cè)區(qū)中選取3個(gè)來(lái)測(cè)試混凝土碳化深度，混凝土碳化深度采用酚酞試劑法進(jìn)行測(cè)試。

采用鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，取樣位置需提前用雷達(dá)法進(jìn)行鋼筋掃描，避開(kāi)主筋、預(yù)埋件和管線的位置，結(jié)合回彈法的檢測(cè)數(shù)據(jù)，選擇便于鉆芯機(jī)安放與操作的部位取樣[6]。鉆芯機(jī)就位并安放平穩(wěn)后，應(yīng)將鉆芯機(jī)固定。鉆芯機(jī)必須通冷卻水才能達(dá)到冷卻鉆頭和排出混凝土碎屑的目的。鉆取芯樣時(shí)應(yīng)控制進(jìn)鉆的速度。芯樣應(yīng)根據(jù)渠道具體位置信息進(jìn)行標(biāo)記。芯樣應(yīng)采取保護(hù)措施，避免在運(yùn)輸和貯存中損壞。鋸切后的芯樣應(yīng)進(jìn)行端面處理，宜采取在磨平機(jī)上磨平端面的處理方法，芯樣試件的抗壓試驗(yàn)應(yīng)按現(xiàn)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)SL 352-2006，對(duì)立方體試塊抗壓試驗(yàn)方法進(jìn)行。

4.2 混凝土抗拉強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性檢測(cè)

混凝土抗拉強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性檢測(cè)，均需對(duì)混凝土芯樣進(jìn)行加工，切割或填補(bǔ)成標(biāo)準(zhǔn)試樣。混凝土的抗拉強(qiáng)度檢測(cè)，是對(duì)芯樣試件施加劈裂力和軸向拉力，測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度。抗?jié)B性和抗凍性檢測(cè)，是依據(jù)《水利工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL734—2016），對(duì)芯樣加工處理，制作抗?jié)B試件和抗凍試件芯樣，測(cè)驗(yàn)混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和抗凍性。

4.3 鋼筋數(shù)量、混凝土板厚度、內(nèi)部缺陷的檢測(cè)

渠道鋼筋混凝土襯砌板檢測(cè)中，需對(duì)其中的鋼筋位置、保護(hù)層厚度、鋼筋直徑以及鋼筋的排列等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，以便確定結(jié)構(gòu)混凝土能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

檢測(cè)位置應(yīng)沿底板和兩側(cè)腰部進(jìn)行，常用的無(wú)損檢測(cè)方法是電磁感應(yīng)法（鋼筋探測(cè)儀）和地質(zhì)雷達(dá)法。雷達(dá)可對(duì)檢測(cè)對(duì)象作連續(xù)檢測(cè)，能直觀地將檢測(cè)目標(biāo)物以二維圖像方式展現(xiàn)。對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度較薄或?qū)︿摻顧z測(cè)存在疑問(wèn)時(shí)，可采用電磁感應(yīng)法進(jìn)行輔助檢測(cè)。渠道混凝土板厚度的檢測(cè)，采用沖擊回波法，測(cè)點(diǎn)間距宜為0.1m。還可以采用鉆孔法檢測(cè)，鉆孔布點(diǎn)至少3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.4 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)

渠道工程中，混凝土襯砌底板裂縫問(wèn)題比較常見(jiàn)。當(dāng)遇到冰凍災(zāi)害時(shí)，混凝土裂紋加寬，最終形成貫穿性裂縫，導(dǎo)致滲漏和混凝土結(jié)構(gòu)的整體性下降，使襯砌的耐久性顯著降低。

裂縫常規(guī)檢測(cè)方法如下：裂縫長(zhǎng)度測(cè)量，把油漆涂在裂紋的首尾，劃線測(cè)量裂縫長(zhǎng)度，一段時(shí)間后，若油漆區(qū)出現(xiàn)明顯裂紋，則裂縫增大。裂縫寬度檢測(cè)一般采用裂紋測(cè)寬儀，（安裝時(shí)要保證千分表腳的牢固），還可以把畫(huà)有V形槽的細(xì)條玻璃垂直黏貼于裂縫，只要裂縫有發(fā)展，玻璃就會(huì)斷裂，可檢測(cè)裂縫寬度是否逐漸增大。裂縫深度測(cè)量通過(guò)向裂縫注入紅色酚酞溶液，并小心鑿至無(wú)紅色混凝土為止，測(cè)量的深度為裂縫深度。

在渠道襯砌板裂縫密集區(qū)域，可采用超聲波鋼筋檢測(cè)儀，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行檢測(cè)，50cm以內(nèi)的裂縫采用平測(cè)法，每條裂縫需均勻布置不少于3條測(cè)線。另外，可采用無(wú)人機(jī)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)大面積襯砌渠道進(jìn)行圖像分析，評(píng)估表面缺陷情況。

裂縫檢測(cè)完畢，需繪制裂縫分布圖，標(biāo)注裂縫詳細(xì)情況，包括長(zhǎng)度、寬度、深度、走向、分布等，以此判斷裂縫的性質(zhì)和成因。

5 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)秀的檢測(cè)方案，可及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌渠道缺陷。要了解渠道襯砌的具體質(zhì)量狀況，在實(shí)體檢測(cè)基礎(chǔ)上，還可以結(jié)合工程實(shí)際，進(jìn)行原材料檢測(cè)，拌合水工混凝土，分析組成材料對(duì)襯砌性能的影響，研究混凝土破壞機(jī)理和內(nèi)部裂縫擴(kuò)展的變化趨勢(shì)。

大型灌區(qū)的混凝土襯砌渠道，裂縫檢測(cè)采用人工目測(cè)法效率太低。無(wú)人機(jī)采集結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)襯砌混凝土板表面缺陷圖像進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，可大大提高工作效率。結(jié)合人工智能技術(shù)，采取全樣本大數(shù)據(jù)檢測(cè)，取代抽樣檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)全程無(wú)人化，高效處理檢測(cè)結(jié)果，保障工程質(zhì)量。

水利工程檢測(cè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是無(wú)損化、自動(dòng)化和智能化。水利工程檢測(cè)方案必須深入研究、與時(shí)俱進(jìn)，在實(shí)踐中總結(jié)創(chuàng)新。要準(zhǔn)確綜合評(píng)價(jià)水工建筑物，未來(lái)要依賴于標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量檢測(cè)方案和基于人工智能的大數(shù)據(jù)檢測(cè)云平臺(tái)。