以漿砌石為主體結(jié)構(gòu)的中小型水閘病害及檢測分析

張年成 陳雁翔 袁 靜

（南京市江寧區(qū)水利局，江蘇 南京 211112）

1 概況

截至1999年底統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，全國現(xiàn)有水閘5 萬余座，其中，大中型水庫為3 千多座，因受當(dāng)時水閘設(shè)計(jì)和施工水平相對較低，管理和維護(hù)較差，運(yùn)行條件改變等因素影響，在運(yùn)行過程中逐漸產(chǎn)生老化病害，導(dǎo)致水閘安全性、適用性、耐久性嚴(yán)重下降。當(dāng)前我國水閘存在的主要問題有：防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)損壞，滲漏導(dǎo)致的破壞，混凝土和砌石結(jié)構(gòu)的老化破損，閘下游消能防沖設(shè)施沖刷破壞，淤積問題突出，閘門啟閉機(jī)設(shè)備老損嚴(yán)重［1］。

建國初期為適應(yīng)工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，我國興建了一大批以漿砌石為主體結(jié)構(gòu)的水閘，特別是在中小型水閘當(dāng)中，砌石為主體結(jié)構(gòu)的水閘所占比例更高。這些水閘在運(yùn)行幾十年后，通常都會存在不同程度的病害，嚴(yán)重影響工程安全。正確認(rèn)識、了解和掌握這類以漿砌石結(jié)構(gòu)為主體的水閘病害及其成因，對于水閘的維護(hù)、運(yùn)行管理顯得十分必要和緊迫。

南京市江寧區(qū)晨光閘、鎖石連環(huán)閘等6 座水閘均建設(shè)于20 世紀(jì)70、80年代，均屬攔河節(jié)制閘，主要功能是泄洪和蓄水灌溉，設(shè)計(jì)流量大于100 m3/s，屬中型水閘，其主要建筑物為三級建筑物。水閘主體結(jié)構(gòu)閘墩、排架、翼墻、擋墻、護(hù)坡、護(hù)坦等大部分為漿砌石結(jié)構(gòu)或者砌磚結(jié)構(gòu)。閘門主要為木板閘門和混凝土閘門，無啟閉機(jī)房，啟閉設(shè)施多數(shù)為手動控制。

2 砌石結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

江寧區(qū)晨光閘、鎖石連環(huán)閘等6座中型水閘中的閘墩、翼墻等多數(shù)主要結(jié)構(gòu)為漿砌石結(jié)構(gòu)。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，漿砌石結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)有：①就地取材，節(jié)省成本；②施工技術(shù)易于掌握，施工安排比較靈活；③由于水泥用量少，水化熱溫升低，因而不需要采取溫控措施，也不需要設(shè)縱縫。漿砌石結(jié)構(gòu)也有其明顯的缺點(diǎn)，主要有：①由人工砌筑，砌體質(zhì)量不宜均勻；②石料的修整和砌筑難以機(jī)械化，需要大量勞動力；③砌體本身防滲性能差，需要另作防滲設(shè)備；④工期較長［2］。

通過以上優(yōu)缺點(diǎn)分析可知，漿砌石結(jié)構(gòu)相對于混凝土結(jié)構(gòu)更具適應(yīng)性。由于砌石是主要材料，能夠就地取材，特別是在改革開放之前，工業(yè)不發(fā)達(dá)，水泥和施工機(jī)械緊缺，同時成本也相對低廉，因而漿砌石結(jié)構(gòu)非常適合當(dāng)時的水閘建設(shè)需要。

3 存在的主要問題

對于以漿砌石結(jié)構(gòu)為主體的水閘，不均勻沉降導(dǎo)致的開裂、勾縫砂漿開裂剝落、砂漿碳化、強(qiáng)度降低、漿砌石縫隙滲水、塊石松動缺失等方面的病害尤為突出。筆者結(jié)合南京市江寧區(qū)晨光閘等6 座水閘的病害情況，對病害的程度及成因進(jìn)行分析。

3.1 基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的開裂

漿砌石結(jié)構(gòu)水閘的邊墩、翼墻、擋墻等由于基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致墻體開裂、錯位，危害性較大。建國初期很多水閘建設(shè)時地質(zhì)勘察不足，水閘結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)處理不到位，導(dǎo)致在運(yùn)行時因所受荷載差異易產(chǎn)生基礎(chǔ)不均勻沉降。突出表現(xiàn)在邊墩與翼墻連接處，因?yàn)檫@兩處所受荷載差異較大，易出現(xiàn)不均勻沉降，從而導(dǎo)致墻體開裂、錯位，甚至傾斜。這類病害將嚴(yán)重影響水閘的正常運(yùn)行，危及工程安全。

3.2 漿砌石體砂漿脫落、開裂

在漿砌石結(jié)構(gòu)為主體的水閘病害調(diào)查中，最普遍的病害是漿砌石結(jié)構(gòu)勾縫砂漿開裂、脫落。漿砌石體本身是由塊石和作為膠凝材料的砂漿砌筑、凝結(jié)而成，經(jīng)過長期的水流沖刷、風(fēng)化作用等，漿砌石體的砂漿，特別是勾縫砂漿老化嚴(yán)重，易出現(xiàn)開裂、脫落現(xiàn)象。當(dāng)砂漿脫落或開裂位置位于水位以上時，會影響結(jié)構(gòu)性能，長此以往將加速結(jié)構(gòu)劣化；若位于水位以下，將會導(dǎo)致水流進(jìn)入漿砌石體內(nèi)部，產(chǎn)生滲漏通道，影響結(jié)構(gòu)體的運(yùn)行，在上下游水位差較大時，會危及結(jié)構(gòu)安全。

3.3 結(jié)構(gòu)體滲水

漿砌石結(jié)構(gòu)邊墩與翼墻是產(chǎn)生滲水的主要結(jié)構(gòu)部位。滲漏通道主要是漿砌塊石之間因砂漿老化缺失或開裂形成的縫隙，在上下游水位差的作用下，水流從上游砌石之間的縫隙進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從下游塊石間縫隙流出，從而形成了滲透通道。在長期滲透水流作用下，滲透通道會越來越大，直至嚴(yán)重危及水閘結(jié)構(gòu)安全。

3.4 漿砌石松動、缺失

在漿砌石結(jié)構(gòu)水閘中，塊石松動、缺失現(xiàn)象也是非常普遍的，這種現(xiàn)象主要發(fā)生在護(hù)坡、翼墻、護(hù)坦等部位。在水流沖刷的作用下，漿砌塊石會出現(xiàn)松動甚至淘空現(xiàn)象。

4 漿砌石勾縫砂漿強(qiáng)度檢測

漿砌石勾縫砂漿的作用，一方面是保證砌體的整體性，延長砌體的使用年限；另一方面是為了防止水流從砌體縫隙中滲透形成滲漏通道，起到防滲的作用。如果勾縫砂漿的強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)范或者設(shè)計(jì)的要求，很可能會使砂漿起不到固定和防滲的作用［3］。所以，砌體砂漿強(qiáng)度是以漿砌石為主體的水閘的重要檢測指標(biāo)。在江寧區(qū)水閘安全檢測項(xiàng)目中，采用了砂漿回彈法進(jìn)行檢測。

4.1 測試步驟

采用砂漿回彈法檢測首先要求被測物體表面應(yīng)該平整、整潔。根據(jù)規(guī)范要求，每個測區(qū)需要均勻布置12個測點(diǎn)，間距不小于20 mm，在每個測點(diǎn)，使用回彈儀連續(xù)彈擊3 次，只記讀第3 次回彈值，回彈儀軸線應(yīng)垂直于砂漿表面，并使其處于水平狀態(tài)，彈擊時不得移位。在每個測區(qū)內(nèi)選擇3 處灰縫，用濃度1%～2%的酚酞酒精試劑測試砂漿的碳化值。

4.2 計(jì)算原理

對通過回彈儀采集的12 個測值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，去掉其中的最大值和最小值，求出剩下的10 個回彈值的算數(shù)平均值，用R 表示。對每個測區(qū)的碳化深度值進(jìn)行算術(shù)平均值計(jì)算，得出平均碳化深度d。這樣，第x 個測區(qū)、第y 個測點(diǎn)的砂漿強(qiáng)度換算值可按照下列公式計(jì)算：

式中：

f2ij—第x 個測區(qū)第y 個測點(diǎn)的砂漿強(qiáng)度值；

d—第x 個測區(qū)第y 個測點(diǎn)的砂漿碳化值；

R—第x 個測區(qū)第y 個測點(diǎn)的平均回彈值。

則測區(qū)的砂漿抗壓強(qiáng)度平均值可按下式計(jì)算：

4.3 水閘漿砌石結(jié)構(gòu)勾縫砂漿強(qiáng)度檢測

勾縫砂漿強(qiáng)度是以漿砌石為主體的水閘結(jié)構(gòu)中一個重要的檢測指標(biāo)。如果砂漿強(qiáng)度不足，則會使砂漿粘結(jié)不牢，容易脫落，影響砌石結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性。砂漿強(qiáng)度的提高，有利于提高砌體結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)，并有利于抗震［3］。在江寧區(qū)水閘安全檢測項(xiàng)目中，采用了無損檢測方法——砂漿回彈法對勾縫砂漿強(qiáng)度進(jìn)行檢測。構(gòu)件砂漿現(xiàn)有抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果見表1。

表1 構(gòu)件砂漿現(xiàn)有抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果 （單位：MPa）

通過表1 的檢測結(jié)果可以看出，該水閘漿砌石閘墩勾縫砂漿強(qiáng)度在7.43～31.19 MPa 之間，各閘墩砂漿強(qiáng)度差別較大，分布不均勻。中墩和右邊墩符合規(guī)范要求的最低值，左邊墩強(qiáng)度低于M7.5。從現(xiàn)場情況看，水閘經(jīng)過多年的運(yùn)行，左邊墩勾縫砂漿脫落面積明顯大于其他閘墩?？梢哉J(rèn)為，砂漿強(qiáng)度對于砂漿的牢固程度有較大的影響，并對砌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

5 漿砌石砂漿不密實(shí)及脫空檢測

漿砌石結(jié)構(gòu)是由砌石和砂漿砌筑而成，經(jīng)過長期的運(yùn)行，水閘結(jié)構(gòu)體內(nèi)部會產(chǎn)生砂漿流失、脫落，以及結(jié)構(gòu)體表面砂漿層脫空等病害，對于這種隱匿病害的檢測是一個難點(diǎn)。筆者現(xiàn)采用地質(zhì)雷達(dá)法對此類病害的檢測方法及要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

地質(zhì)雷達(dá)法［4］作為一種無損檢測技術(shù)得到迅速發(fā)展，其利用高頻電磁波，以脈沖形式通過發(fā)射天線定向送入目標(biāo)結(jié)構(gòu)，雷達(dá)電磁波在介質(zhì)中傳播，當(dāng)遇到存在電性差異的下介質(zhì)或目標(biāo)時，會發(fā)生反射，返回后的電磁波由接收天線接收。然后，對接收到的雷達(dá)波進(jìn)行分析處理，依據(jù)波形、強(qiáng)度、幾何形態(tài)等因素，來確定目標(biāo)體的性質(zhì)和狀態(tài)。

通過向目標(biāo)體發(fā)射尖銳脈沖式電磁波和接收其反射回波的方式，可以得到直觀的地下物體圖像。不同物體具有不同的性質(zhì)，如導(dǎo)電率、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率差異等，都對雷達(dá)或電磁波的傳播起到重要作用。研究表明，采用雷達(dá)法進(jìn)行檢測最主要的先決條件是相對介電常數(shù)存在差異，介電常數(shù)差異越大，反射能量越強(qiáng)，接受的信號越明顯，反射波幅越大，對于目標(biāo)體狀態(tài)的識別越有利。如兩種介質(zhì)的介電常數(shù)非常接近，則反射波幅會很弱，導(dǎo)致難以對雷達(dá)回波信號進(jìn)行解釋［5］。

水閘的漿砌石閘墩、翼墻等結(jié)構(gòu)是由砌石和砂漿砌筑而成，在一定程度上，具有孔狀結(jié)構(gòu)的特性，砌石和砂漿的接觸面，以及墻體與表層砂漿層的接觸面都屬于雷達(dá)波的反射界面，砂漿和砌石的物理性質(zhì)差異較大，電磁波的反射會較明顯。如果水閘閘墩或擋墻的砌筑砂漿飽滿，那么墻體較為密實(shí)、無空洞，漿砌石和砂漿可看做一個整體，由于表層砂漿層、墻體以及墻后填充材料的物理差異性較大，雷達(dá)圖像會形成較為清晰的分界面；如果砂漿不飽滿或者脫落、脫空，則水閘結(jié)構(gòu)體內(nèi)部會存在很多空隙，使雷達(dá)波變得雜亂，產(chǎn)生不規(guī)則的反射波，介質(zhì)分界面會變得不清晰。

6 結(jié)語

漿砌石結(jié)構(gòu)的水閘，經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，如果缺少必要的維修養(yǎng)護(hù)，均會存在或輕或重的缺陷，如：漿砌石結(jié)構(gòu)開裂、錯位、滲水、塊石被淘空等是最為常見的結(jié)構(gòu)缺陷；砌體砂漿老化、強(qiáng)度降低、脫落、脫空均會影響砌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這些缺陷將影響水閘的正常運(yùn)行，有的甚至危及工程安全，需要引起水閘管理單位的足夠重視，認(rèn)清缺陷的類型和程度，運(yùn)用合理的技術(shù)方法對缺陷進(jìn)行檢測和識別，進(jìn)而采取必要的維修加固措施，保證工程的安全運(yùn)行。

［1］洪曉林，柯敏勇，金初陽，等.水閘安全檢測與評估分析［M］.北京：中國水利水電出版社，2007.

［2］華東水利學(xué)院，四川省水利電力局.砌石壩設(shè)計(jì)［M］.北京：水利電力出版社，1984.

［3］魏智輝.勾縫加固砌體墻的受力性能研究［D］.南京：東南大學(xué)，2008.

［4］白冰，周健.探地雷達(dá)測試技術(shù)發(fā)展概況及其應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001（04）.

［5］汪貴春.擋墻質(zhì)量無損檢測技術(shù)應(yīng)用研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2009.