節(jié)制閘結(jié)構(gòu)安全檢測及耐久性分析

程子碩

(福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司，福建 福州 350012)

1 工程概況

某節(jié)制閘工程位于廈門市同安區(qū)，于2009年12月建成。該節(jié)制閘為雙孔閘，閘門型式為平面升臥鋼閘門，閘門寬5m、高4.6m。水閘設(shè)計洪水標準為50年一遇，設(shè)計流量為50m3/s。泄洪閘閘室段長13.0m，閘墩頂高程上游7.8m、下游6.0m，底板頂面高程為0.7m。節(jié)制閘上游鋪蓋長35.5m，底板由3.5m長拋石防沖槽、10.0m長干砌塊石、10.0m長漿砌塊石、12.0m長鋼筋混凝土組成，兩側(cè)墻采用漿砌塊石擋墻、生態(tài)護坡和扶壁式鋼筋混凝土直線扭曲面；下游采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)下挖式消力池，消力池長15m，池深0.7m，消力池下游接長15m的漿砌石海漫和長20m干砌石海漫，海漫末端設(shè)5m的拋石防沖槽和8.4m長的拋石墊層。該節(jié)制閘自投入使用以來未開展系統(tǒng)的安全檢測及評價，且在服役期間水閘經(jīng)歷了超強臺風“莫蘭蒂”，為評估工程的運行狀態(tài)、消除安全隱患，對節(jié)制閘進行結(jié)構(gòu)安全檢測及耐久性評價。

2 檢測依據(jù)及方法

根據(jù)SL 214—2015《水閘安全評價導則》，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對閘室、上下游護坡、翼墻等外觀缺陷進行檢測；對節(jié)制閘的閘墩、翼墻等結(jié)構(gòu)混凝土強度、碳化深度和鋼筋保護層厚度、鋼筋間距進行檢測；對閘門涂料涂層厚度、焊縫無損檢測及鋼板材料硬度進行檢測。

(1)混凝土外觀缺陷。依據(jù)SL 713—2015《水工混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測技術(shù)規(guī)程》，通過目測并借助必要的量測、錄像等工具對混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的裂縫、空洞、露筋、滲漏、伸縮縫變形、不均勻沉降等缺陷進行詳細調(diào)查和分析，評價混凝土外觀質(zhì)量和對結(jié)構(gòu)使用功能的影響。

(2)混凝土強度及碳化深度。混凝土強度常規(guī)檢測方法分為破損法和非破損法，具體包括鉆芯法、回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法等[1- 4]。回彈法是通過檢測混凝土表面硬度，利用回彈值與混凝土強度曲線的對應(yīng)關(guān)系推算混凝土強度的一種無損檢測方法。針對該節(jié)制閘建成十余年，水閘關(guān)鍵部位如閘墩、翼墻等不宜采用破損方法檢測的情況，根據(jù)JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》采用回彈法對混凝土結(jié)構(gòu)進行強度及碳化深度檢測。

(3)鋼筋保護層厚度及鋼筋間距。SL 654—2014《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》中鋼筋混凝土保護層厚度是混凝土耐久性設(shè)計的關(guān)鍵因素之一，滿足要求的混凝土保護層厚度能夠避免碳化環(huán)境、氯化環(huán)境下的鋼筋銹蝕。一般采用電磁感應(yīng)法檢測混凝土保護層厚度及間距[3]。

(4)焊縫缺陷。水閘焊縫中常見的缺陷有未焊透、未融合、裂紋等，其中裂紋缺陷可在服役期間產(chǎn)生，如應(yīng)力腐蝕裂紋、疲勞裂紋、蠕變裂紋等，若不能及時發(fā)現(xiàn)將會產(chǎn)生較大的安全隱患。焊縫缺陷較為成熟的檢測方法有UT、MT、RT、PT、TOFD、超聲相控陣等[5- 7]，依據(jù)GB/T 11345—2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù)、檢測等級和評定》及現(xiàn)場實際作業(yè)條件，采用UT技術(shù)檢測焊縫缺陷。

(5)涂層厚度及鋼板硬度。涂層厚度應(yīng)在1dm2基準面上測量3次，測點間距25～75mm，取3次測量的算數(shù)平均值為基準面的局部厚度[8]。主要針對鋼閘門的主梁、面板等部位進行抽檢，評價閘門在役條件下的腐蝕情況。鋼板硬度在一定程度上反映了材料的結(jié)構(gòu)強度，根據(jù)GB/T 1172—1999《黑色金屬硬度及強度換算值》可換算成鋼板的抗拉強度，進而評判閘門的材料性能。

3 結(jié)果分析及評價

3.1 結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量

節(jié)制閘上下游內(nèi)河漿砌石擋墻結(jié)構(gòu)基本完整，砌縫處砂漿飽滿，未發(fā)現(xiàn)塌方、滑坡等缺陷，但部分結(jié)構(gòu)被雜草遮擋，墻體排水管道局部損壞。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，涉水面存在蜂窩、麻面現(xiàn)象，少量位置鋼筋裸露；胸墻局部混凝土老化、破損；閘室未發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫、不均勻沉降。閘門槽上部未發(fā)現(xiàn)混凝土損傷，右側(cè)門槽下部沖蝕較重，右側(cè)邊墩與右側(cè)工作閘門槽存在開裂情況。下游左側(cè)翼墻圓弧段與直線段結(jié)合處墻體出現(xiàn)滲漏；消力池上部預(yù)制混凝土欄桿結(jié)構(gòu)完整，左側(cè)消力池伸縮縫部分變形，止水設(shè)施老化、脫落，混凝土壓頂局部開裂，裂縫開度約為1.5cm。

3.2 混凝土強度及碳化

采用回彈法檢測1～3號閘墩、上游左右岸翼墻等5處混凝土構(gòu)件的抗壓強度，根據(jù)設(shè)計資料，混凝土施工方式為泵送混凝土，測區(qū)強度按全國統(tǒng)一泵送混凝土測強曲線進行強度換算。5處構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度推定值范圍為36.3～42.2MPa(表1)，滿足設(shè)計強度C30的要求。所檢部位處于二類侵蝕環(huán)境類別，檢測結(jié)果同時滿足SL 191—2008《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對混凝土強度C25的最低要求。

表1 構(gòu)件混凝土強度(回彈法)檢測結(jié)果

采用指示劑法檢測混凝土構(gòu)件碳化深度，檢測部位為1～3號閘墩、上游左右岸翼墻。本次檢測測區(qū)碳化深度均大于6.0mm，表明空氣中CO2等氣體與混凝土中堿性物質(zhì)產(chǎn)生了化學反應(yīng)且深度較深，鋼筋易銹蝕。

3.3 鋼筋保護層厚度及間距

采用電磁感應(yīng)法對節(jié)制閘中的混凝土構(gòu)件鋼筋保護層厚度及鋼筋間距進行檢測。結(jié)果表明，右側(cè)邊墩主筋鋼筋保護層厚度共測11點，其中1點為合格，合格率為9.1%，不符合SL 632—2012《水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗收評定標準——混凝土工程》的要求；鋼筋間距共測10點，其中3點為合格，合格率為30%，不符合標準要求。左側(cè)邊墩主筋鋼筋保護層厚度共測11點，合格率為100%，符合標準要求；鋼筋間距共測10點，其中6點為合格，合格率為60%，不符合標準要求。中墩主筋鋼筋保護層厚度共測11點，其中7點為合格，合格率為64%，不符合標準要求；中墩主筋鋼筋間距共測10點，其中4點為合格，合格率為40%，不符合標準要求。

3.4 閘門及焊縫缺陷

工作閘門整體外觀形態(tài)較好，門體及主要構(gòu)件無折斷、損傷和明顯變形，零部件齊全，聯(lián)接件固定牢靠，兩扇工作閘門除二層主梁以下存在銹蝕情況、部分涂層剝落外，其余部位涂層覆蓋較好，未發(fā)現(xiàn)銹蝕。兩扇工作閘門左右兩側(cè)門槽存在銹蝕以及涂層脫落，檢修閘門槽均有不同程度的銹蝕。兩扇工作閘門底部均有輕微漏水，右側(cè)較左側(cè)漏水更明顯。

兩扇鋼閘門主梁翼緣與邊梁翼緣、邊梁翼緣與邊梁翼緣的對接焊縫經(jīng)超聲波檢測，按GB/T 29712—2013《焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級》驗收等級2標準評定，部分焊縫發(fā)現(xiàn)超標缺陷。抽檢左側(cè)工作閘門焊縫7處，其中1處焊縫發(fā)現(xiàn)未焊透，不符合GB/T 14173—2008《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗收規(guī)范》規(guī)定的一類焊縫質(zhì)量等級要求；抽檢右側(cè)工作閘門焊縫7處，其中1處焊縫發(fā)現(xiàn)未焊透，不符合GB/T 14173—2008規(guī)定的一類焊縫質(zhì)量等級要求，具體結(jié)果見表2。

表2 閘門焊縫檢測結(jié)果匯總

3.5 涂層厚度及鋼板硬度

為了解該工程鋼閘門表面涂料涂層厚度情況，對該工程鋼閘門表面涂料涂層厚度進行檢測。每扇工作閘門表面檢測3個測區(qū)，每個測區(qū)抽取3個局部厚度，每個局部厚度測3點，共檢測2個閘門，合計54點。節(jié)制閘左側(cè)工作閘門涂料涂層局部厚度值為139～267μm；右側(cè)工作閘門涂料涂層局部厚度值為130～249μm。根據(jù)委托方提供的數(shù)據(jù)，局部涂層厚度不滿足原設(shè)計要求。

采用THL160型里氏硬度計對工作閘門主要構(gòu)件的材料硬度進行檢測，共獲得檢測數(shù)據(jù)90個。節(jié)制閘左側(cè)工作閘門里氏硬度實測平均值為234～366HLD，右側(cè)工作閘門里氏硬度實測平均值為294～384HLD，根據(jù)標準GB/T 1172—1999，工作閘門鋼板的拉伸強度小于424N/mm2。

圖1 閘門焊縫檢測位置示意圖

4 結(jié)語

(1)施工及制造過程的質(zhì)量管控需引起重視。施工或制造階段沒有嚴格進行質(zhì)量過程控制，會造成結(jié)構(gòu)帶病運行，如本次檢測發(fā)現(xiàn)的鋼筋保護層厚度及間距、工作閘門焊縫未焊透缺陷等，不滿足規(guī)范設(shè)計要求，造成影響結(jié)構(gòu)安全的風險，但缺陷均為施工或制造過程中產(chǎn)生的。

(2)混凝土外觀總體質(zhì)量較好，主要混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強度滿足設(shè)計及規(guī)范要求；碳化深度較深，但仍小于混凝土保護層厚度；局部混凝土結(jié)構(gòu)存在開裂、風化、蜂窩麻面等病害現(xiàn)象；消力池伸縮縫部分變形、老化，下游翼墻結(jié)合處出現(xiàn)滲漏。部分閘墩鋼筋保護層厚度及間距不滿足規(guī)范要求，其中保護層厚度最低合格率僅為9.1%，鋼筋間距最低合格率為30%。

(3)工作閘門整體外觀形態(tài)良好，主要構(gòu)件無明顯損傷、變形；閘門密封設(shè)施局部老化，工作閘門底部均有輕微漏水；部分閘門焊縫發(fā)現(xiàn)超標缺陷，不符合規(guī)范質(zhì)量等級要求；閘門涂料涂層厚度范圍為130～267μm，部分涂料厚度不滿足設(shè)計要求；閘門鋼板換算拉伸強度最大值小于424N/mm2。

(4)自該節(jié)制閘使用以來歷經(jīng)13年，混凝土局部老化缺損，應(yīng)進行維修加固；部分構(gòu)件密封設(shè)施失效，建議進行更換維護；金屬閘門涂料涂層局部腐蝕變薄，應(yīng)重新噴涂；焊縫缺陷選擇合適工藝處理消缺。本次安全檢測及分析可作為類似工程消除安全隱患、確保工程平穩(wěn)運行的參考借鑒。