京密引水渠前柳林泄洪閘混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測及評價

郝鄴 楊梓 王俊鵬 張洪濤 邢遠 王曉東

摘要：為加強京密引水渠前柳林泄洪閘安全管理，保障水閘安全運行，采用多種檢測手段對前柳林泄洪閘混凝土結(jié)構(gòu)開展了現(xiàn)場檢測，對閘體混凝土結(jié)構(gòu)存在的病害問題進行了梳理，并對混凝土結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進行了綜合評價。結(jié)果表明：京密引水渠前柳林泄洪閘整體外觀質(zhì)量較好;混凝土強度滿足原設計要求;工作橋存在兩條縱向裂縫，上下游側(cè)面均有混凝土脫落、露筋現(xiàn)象。前柳林泄洪閘混凝土安全檢測結(jié)果基本滿足標準要求，部分存在的質(zhì)量缺陷尚不影響整座水閘的安全運行。可為類似工程的混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu);安全檢測;安全評價;泄洪閘運行管理;京密引水渠

中圖法分類號：TV698.1文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.014

文章編號：1006 - 0081（2021）06 - 0066 - 05

1 工程概況

前柳林泄洪閘位于京密引水渠上，于1966年建成。前柳林泄洪閘閘室結(jié)構(gòu)為開敞式，共計兩孔，閘門型式為平板鋼閘門，閘門寬2.5 m，高3.5 m。水閘設計流量30 m3/s，設計水位高程為50.42 m。泄洪閘閘室段長7 m，閘室底板高程47.51 m，閘室底板厚0.7 m，閘室下為分層夯實的黏性回填土。啟閉設備為2臺100 kN螺桿式啟閉機。地震基本烈度為Ⅷ度。前柳林泄洪閘工程投入運行至今未進行過系統(tǒng)的檢測與安全評估。為消除工程安全隱患，對前柳林泄洪閘開展了混凝土結(jié)構(gòu)的安全檢測與評價。

2 檢測內(nèi)容及方法

依據(jù)安全檢測現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場工作和室內(nèi)試驗分析，對前柳林泄洪閘混凝土閘室、上下游連接段、消力池等部位的混凝土結(jié)構(gòu)開展安全檢測和評價。主要包括以下內(nèi)容：

（1）現(xiàn)場檢測。對混凝土建筑物的缺陷、滲漏、裂縫、剝蝕、伸縮縫狀況、不均勻沉降變形、傾斜等進行普查及分析整理。

（2）混凝土強度。強度檢測采用回彈法和取芯法。混凝土強度檢測通常包括回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法。當不能采用上述方法或需要對上述方法測定的混凝土強度進行復核或驗證時，可采用鉆芯法[1]。回彈法和取芯法相結(jié)合的應用較為廣泛，利用鉆芯結(jié)果修正回彈值，可以大大提高檢測精度[2] 。

（3）裂縫長度、寬度及深度檢測。混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中會產(chǎn)生類型不同、程度不一的的裂縫。研究表明：襯砌上的裂縫雖然不改變結(jié)構(gòu)的主要承載方式，但過多的裂縫將降低結(jié)構(gòu)的整體性，可采用超聲波法對裂縫的深度進行檢測[3-4]。

（4）混凝土鋼筋保護層厚度檢測和混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度檢測。根據(jù)兩種檢測結(jié)果對比分析，可判斷是否需要對混凝土進行防碳化處理。

（5）鋼筋銹蝕程度。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受破壞的最大原因就是鋼筋銹蝕，由其引發(fā)的結(jié)構(gòu)變形、斷裂、倒塌等現(xiàn)象，嚴重影響了混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限[5]，通常采用鋼筋銹蝕測量儀來檢測。

3 結(jié)果分析

3.1 現(xiàn)場檢查結(jié)果

混凝土工程現(xiàn)場檢查主要包括對混凝土建筑物的缺陷、滲漏、裂縫、剝蝕、伸縮縫、不均勻沉降變形、傾斜等狀況進行普查及分析整理，主要依靠具有工程檢測經(jīng)驗的工程技術(shù)人員在現(xiàn)場采用專用工具進行檢測。現(xiàn)場檢查結(jié)果表明：前柳林泄洪閘上部結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好，混凝土整體外觀良好（圖1）。溢流底板無明顯錯位或者沉降。泄洪閘中墩左側(cè)局部出現(xiàn)裂縫、剝蝕等（圖2）。上下游翼墻、護坡質(zhì)量整體較好，但下游左、右漿砌石側(cè)翼墻漿砌石局部存在勾縫脫落（圖3）。工作橋存在兩條縱向裂縫，上下游側(cè)面均有混凝土脫落、露筋現(xiàn)象。采用水下機器人對水下混凝土工程進行檢查，通過拍攝照片可以判斷前柳林泄洪閘水下部分混凝土總體外觀質(zhì)量良好，無明顯缺陷（圖4）。

3.2 混凝土強度檢測結(jié)果

前柳林泄洪閘混凝土強度檢測采用回彈法、超聲回彈綜合法及鉆孔取芯法。

3.2.1 無損檢測結(jié)果

無損檢測包括回彈法和超聲回彈綜合法，回彈法檢測時在水閘不同部位選取若干測區(qū)，用中型回彈儀測定混凝土強度。結(jié)果表明：前柳林泄洪閘閘墩、排架、排架梁以及工作橋等各個部位混凝土強度均達到或者超過原設計強度（原設計強度等級為C20）;超聲回彈綜合法測區(qū)內(nèi)聲速平均值基本在4 443～5 017 m/s之間，現(xiàn)齡期混凝土強度推定值均高于40 MPa。強度無損檢測結(jié)果反映出混凝土質(zhì)量總體良好。典型部位的兩種方法檢測結(jié)果見表 1～ 2。

3.2.2 鉆芯法強度檢測結(jié)果

根據(jù)CECS03：2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》對前柳林泄洪閘抽樣取芯，并按照SL352-2006《水工混凝土試驗規(guī)程》中混凝土芯樣抗壓強度試驗方法，將其加工成長徑比為1∶1的標準芯樣試件，然后進行抗壓強度試驗。結(jié)果表明：芯樣試件抗壓強度平均值均大于30.0 MPa，高于混凝土原設計強度。典型試樣檢測結(jié)果如表 3所示。

3.3 混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測

混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測可以查明混凝土內(nèi)部是否存在質(zhì)量缺陷。本次檢測采用瞬態(tài)表面波譜分析方法（SASW法）。主要方法為利用沖擊錘在待測媒質(zhì)表面施加一個瞬時沖擊激振，對傳感器接收到的時域信號進行頻譜分析。由于P波速度與混凝土的強度及彈性模量有較強的相關(guān)關(guān)系，可以用來評價檢測斷面內(nèi)部混凝土質(zhì)量分布情況。

本次檢測分別在閘溢流底板、下游左邊墩、下游中墩布置了多個測區(qū)進行表面波檢測，典型檢測結(jié)果如圖 5所示。檢測結(jié)果表明：

（1）4個測區(qū)絕大多數(shù)的相位譜都有數(shù)個規(guī)整的相位循環(huán)，生成的頻散曲線R波波速VR隨R波波長λR變化連續(xù)、平緩，僅有個別區(qū)域出現(xiàn)明顯的間斷和波速突變現(xiàn)象，表明在測點表面以下一定深度范圍內(nèi)混凝土的內(nèi)部質(zhì)量較為均勻。

（2）各個測區(qū)的混凝土R波速度VR基本都為1 700～2 700 m/s（對應P波三維傳播速度VP3=3 050～4 833 m/s），可以合理地判斷該閘混凝土質(zhì)量總體較好。

3.4 鋼筋混凝土保護層厚度檢測

在閘墩、閘室底板、排架、排架梁以及交通橋等結(jié)構(gòu)選取若干測區(qū)，用鋼筋位置測定儀測定鋼筋的混凝土保護層厚度，部分檢測結(jié)果見表 4。

3.5 鋼筋銹蝕狀態(tài)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)耐久性的重要因素之一，常常會引起混凝土膨脹開裂和混凝土保護層脫落，致使結(jié)構(gòu)承載力下降甚至危及水工建筑物安全。本次針對前柳林泄洪閘閘墩、排架等部位進行鋼筋銹蝕檢測，典型位置鋼筋銹蝕電位等值線圖見圖 6～7。檢測結(jié)果表明：前柳林泄洪閘閘墩鋼筋半電池電位小于-200 mV、大于-250 mV，排架鋼筋半電池電位大于-200 mV，結(jié)合現(xiàn)場普查結(jié)果，可以判斷檢測區(qū)域鋼筋未發(fā)生銹蝕。

3.6 碳化深度檢測

混凝土碳化深度的檢測對推定混凝土抗壓強度、評估鋼筋的銹蝕程度有著重要意義，是混凝土耐久性的重要指標之一。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)噴涂乙醇酚酞溶液，用游標卡尺測得的表層不變色混凝土厚度即為混凝土碳化深度。典型碳化深度檢測結(jié)果見表 5。此次碳化深度檢測表明：除工作橋底部碳化值稍大之外，閘墩、排架、排架梁等部位的混凝土碳化深度均較淺，小于混凝土保護層厚度。

3.7 裂縫檢測

水工混凝土結(jié)構(gòu)在施工期和運行期常出現(xiàn)裂縫，裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)的整體性、防滲性、耐久性以及承載能力影響很大，是評估混凝土結(jié)構(gòu)安全性的重要因素之一。

采用裂縫寬度儀、裂縫深度儀結(jié)合外觀普查結(jié)果，對下游左邊墩裂縫進行檢測，本次采用超聲波法檢測的2條裂縫深度分別為27 cm和63 mm。其中一條裂縫深度較深，建議采取措施進行修補。

4 結(jié) 論

在工程現(xiàn)狀調(diào)查的基礎上，采用多種檢測手段對前柳林泄洪閘混凝土工程開展了綜合的現(xiàn)場檢測和室內(nèi)試驗，對混凝土強度、裂縫長度、寬度及深度、結(jié)構(gòu)混凝土鋼筋保護層厚度、混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度以及鋼筋銹蝕程度等開展了檢測分析。

檢測結(jié)果表明：泄洪閘整體外觀質(zhì)量較好。混凝土強度滿足原設計要求，內(nèi)部質(zhì)量均勻;碳化深度較淺，小于混凝土保護層厚度;關(guān)鍵位置鋼筋未見明顯銹蝕;局部區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)存在裂縫剝蝕等輕微老化病害現(xiàn)象。工作橋存在兩條縱向裂縫，上下游側(cè)面均有混凝土脫落、露筋現(xiàn)象。前柳林泄洪閘混凝土安全檢測結(jié)果基本滿足標準要求，存在的部分質(zhì)量缺陷尚不影響整座水閘的安全運行。本項檢測成果可為確保消除工程安全隱患，確保泄洪閘安全運行提供科學支撐。

參考文獻：

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[5] 金偉良，趙羽習. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性[M]. 北京：科學出版社，2014.

（編輯：江 文）