懷柔水庫混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測及評價

劉明杰 李 斌 李 驥

(北京市京密引水管理處，北京 101400)

懷柔水庫位于首都東北部，在懷河上游懷九河與懷沙河交匯處。歷經(jīng)多次改擴建后，除正常的防洪、蓄水等功能外，已成為北京市重要的水源地和調(diào)蓄地，也是南水北調(diào)的節(jié)點工程。水庫流域面積525km2，庫容1.44億m3，設計洪水位64.16m，校核洪水位67.73m，汛限水位58.00m，地震基本烈度8度。

懷柔水庫建成多年，但水庫混凝土結(jié)構(gòu)從未進行過系統(tǒng)全面的安全檢測和評價，目前混凝土構(gòu)件中存在不同程度的裂縫、剝蝕和碳化等現(xiàn)象。為保證水庫安全運行，排查和消除水庫混凝土構(gòu)件的安全隱患，深入開展混凝土結(jié)構(gòu)的安全檢測與評價有著重要的工程和現(xiàn)實意義。

1 檢測內(nèi)容

主要開展懷柔水庫的東西溢洪道、水庫進水閘、峰山口防洪閘和輸水閘的混凝土安全檢測工作。依據(jù)混凝土安全檢測現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，開展現(xiàn)場和室內(nèi)的檢查、檢測與試驗工作，并對檢測和檢查結(jié)果進行評價和分析。本次檢測重點為混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的老化病害情況，主要檢查和檢測內(nèi)容為外觀缺陷、混凝土構(gòu)件強度、鋼筋保護層厚度、碳化深度、裂縫深度、鋼筋銹蝕以及內(nèi)部缺陷等。

2 檢測方法

外觀缺陷主要通過現(xiàn)場檢查并結(jié)合米尺、裂縫寬度儀等設備來實施。混凝土強度的檢測采用回彈法和取芯法相結(jié)合的方法，該方法利用鉆芯結(jié)果修正回彈值，可以大大提高檢測精度。鋼筋保護層厚度主要通過感應電磁場的方法來檢測。碳化深度通過電動沖擊鉆，測量碳化與未碳化的界面到構(gòu)件表面的長度，平行取值后得到所測混凝土構(gòu)件的碳化深度。裂縫深度主要通過超聲波測縫深的方法進行，利用脈沖波在混凝土中的傳播時間、速度以及接收波聲學參數(shù)來檢測和評價混凝土的內(nèi)部缺陷。鋼筋銹蝕檢測采用半電池電位法，根據(jù)測定結(jié)果選出代表性電位值，剖開混凝土保護層后仔細查看鋼筋銹蝕情況，對所測區(qū)域的鋼筋銹蝕進行評價，鋼筋的銹蝕將使混凝土握裹力和鋼筋有效截面積下降。混凝土的內(nèi)部缺陷檢測主要采用瞬態(tài)表面波法，通過對彈性波速進行分析，對混凝土質(zhì)量進行評定，面波法也是常用的混凝土質(zhì)量無損檢測方法。研究表明：混凝土裂縫雖然不改變結(jié)構(gòu)的主要承載方式，但過多的裂縫將減低結(jié)構(gòu)的整體性，從裂縫中滲出的有壓水，將對大壩安全產(chǎn)生危害。

3 檢測結(jié)果

3.1 東溢洪道

東溢洪道的檢查和檢測部位主要包括翼墻、鋪蓋、閘墩、底板，以及下游泄槽底板、邊墻、消力池等。現(xiàn)場檢查表明閘室和翼墻未發(fā)生明顯沉降傾斜，但發(fā)現(xiàn)了不同程度外觀缺陷，典型的外觀缺陷(邊墻混凝土剝蝕)見圖1，典型的外觀缺陷情況見表1，總體反映出無明顯缺陷。對溢洪道中墩進行掃描成像，檢測結(jié)果見圖2。圖2表明，混凝土波速基本在4250m/s以上，結(jié)合混凝土質(zhì)量評定標準，可以認為混凝土狀況良好。結(jié)合混凝土鉆芯取樣檢測結(jié)果，推求混凝土強度在42MPa以上，詳見表2。

圖1 邊墻混凝土剝蝕

表1 上游左邊墻缺陷匯總

圖2 中墩掃描成像檢測

表2 混凝土鉆芯強度統(tǒng)計

3.2 西溢洪道

西溢洪道的檢查和檢測部位包括引渠翼墻、底板、閘墩、底板、泄槽段邊墻、溢流面。現(xiàn)場檢查表明，閘室及邊墻完整，外觀狀態(tài)良好，閘墩、底板以及泄槽段邊墻均無明顯缺陷，但在閘底板及泄槽段處存在多處明顯的涂層損壞現(xiàn)象，典型的損壞情況見圖3。混凝土回彈強度、保護層厚度及碳化深度的檢測情況見表3～表5。

圖3 溢流面涂層缺失

表3 回彈強度檢測結(jié)果

表4 保護層厚度檢測

表5 碳化深度檢測結(jié)果

3.3 水庫進水閘

水庫進水閘防碳化處理及整體外觀良好，閘室及翼墻無明顯缺陷，現(xiàn)場檢查中除了在中墩發(fā)現(xiàn)幾條裂縫以外，上游方涵的邊墩情況良好。進水閘的混凝土回彈檢測結(jié)果見表6，結(jié)果表明混凝土回彈值較大，反映混凝土強度較高。

表6 回彈強度檢測結(jié)果

方涵及閘墩選取若干測點，對混凝土保護層厚度進行檢測，結(jié)果見表7。結(jié)果表明，混凝土保護層實測厚度略小于設計值，判斷可能對鋼筋銹蝕有輕度影響。

表7 混凝土保護層實測結(jié)果

對方涵和閘墩進行了碳化深度檢測，結(jié)果表明閘墩基本無碳化，反映出水庫進水閘閘墩混凝土防碳化處理具有良好效果，對鋼筋銹蝕無影響。方涵中墩的裂縫檢測結(jié)果見表8。

表8 裂縫檢測結(jié)果

鋼筋銹蝕檢測主要針對閘門方涵邊墩和閘墩。結(jié)果表明，方涵邊墩、中墩、閘墩中鋼筋半電池電位均大于-200mV，鋼筋腐蝕發(fā)生概率低于10%。綜合碳化深度、鋼筋保護層厚度和氯離子含量實測結(jié)果，判斷該構(gòu)件鋼筋未銹蝕。混凝土質(zhì)量均勻性的檢測表明，方涵中墩、閘墩部位不存在明顯缺陷。

3.4 峰山口輸水閘

峰山口輸水閘外觀普查部位包括閘墩、交通橋及下游翼墻。現(xiàn)場檢查未見明顯異常，交通橋也未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。典型的現(xiàn)場檢查情況見圖4。混凝土回彈強度檢測結(jié)果和碳化深度檢測結(jié)果見表9、表10。

圖4 胸墻混凝土回彈檢測

表9 混凝土回彈強度結(jié)果

表10 碳化深度檢測結(jié)果

4 安全評價與建議

4.1 安全評價結(jié)果

東溢洪道的閘墩、翼墻、邊墻發(fā)現(xiàn)有不同程度的裂縫和剝蝕，在其閘墩和邊墻有超過鋼筋保護層厚度的較深裂縫，碳化程度較深。西溢洪道底板剝蝕較為普遍，翼墻裂縫明顯，溢流面防護涂層龜裂和脫落。翼墻裂縫寬度較大，部分貫穿；閘墩和啟閉機梁混凝土碳化較深。水庫進水閘外觀質(zhì)量總體較好，僅在進口方涵中墩存在裂縫。峰山口輸水閘閘墩有1條裂縫及下部防碳化涂層鼓包，下游翼墻混凝土剝蝕。

4.2 加固處理建議

東溢洪道存在的多處裂縫需補強加固，碳化深度較深的部分建議做防碳化處理，并進行封閉。西溢洪道底板及溢流面做抗沖耐磨涂層，并對上游翼墻進行修復，對閘墩和啟閉機梁做防碳化處理。進水閘進口方涵中墩裂縫需補強加固。峰山口輸水閘閘墩裂縫需加固處理，并對閘墩水下及水位變化區(qū)的混凝土進行防碳化和防滲處理。

5 結(jié) 語

本文針對懷柔水庫工程特點，依據(jù)混凝土檢測相關規(guī)范，采用多種檢測手段對東溢洪道、西溢洪道、水庫進水閘、峰山口防洪閘和輸水閘混凝土結(jié)構(gòu)的外觀缺陷、構(gòu)件強度、鋼筋保護層厚度、碳化深度、裂縫深度、鋼筋銹蝕情況以及內(nèi)部缺陷進行現(xiàn)場檢查和檢測。基于檢測結(jié)果并依據(jù)評價標準，對水庫混凝土結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進行綜合評價，并針對檢查發(fā)現(xiàn)的安全隱患提出了加固處理建議，可為水庫工程的安全運行提供有力支撐，具有重要的實際意義。