京密引水渠前柳林泄洪閘混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)及評(píng)價(jià)

郝鄴 楊梓 王俊鵬 張洪濤 邢遠(yuǎn) 王曉東

摘要：為加強(qiáng)京密引水渠前柳林泄洪閘安全管理，保障水閘安全運(yùn)行，采用多種檢測(cè)手段對(duì)前柳林泄洪閘混凝土結(jié)構(gòu)開展了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)閘體混凝土結(jié)構(gòu)存在的病害問題進(jìn)行了梳理，并對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。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(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)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(cè)結(jié)果基本滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，部分存在的質(zhì)量缺陷尚不影響整座水閘的安全運(yùn)行。可為類似工程的混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu);安全檢測(cè);安全評(píng)價(jià);泄洪閘運(yùn)行管理;京密引水渠

中圖法分類號(hào)：TV698.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.014

文章編號(hào)：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(jì)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(shè)計(jì)流量30 m3/s，設(shè)計(jì)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(shí)的黏性回填土。啟閉設(shè)備為2臺(tái)100 kN螺桿式啟閉機(jī)。地震基本烈度為Ⅷ度。前柳林泄洪閘工程投入運(yùn)行至今未進(jìn)行過系統(tǒng)的檢測(cè)與安全評(píng)估。為消除工程安全隱患，對(duì)前柳林泄洪閘開展了混凝土結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)。

2 檢測(cè)內(nèi)容及方法

依據(jù)安全檢測(cè)現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作和室內(nèi)試驗(yàn)分析，對(duì)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(cè)和評(píng)價(jià)。主要包括以下內(nèi)容：

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。對(duì)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(jìn)行普查及分析整理。

（2）混凝土強(qiáng)度。強(qiáng)度檢測(cè)采用回彈法和取芯法。混凝土強(qiáng)度檢測(cè)通常包括回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法。當(dāng)不能采用上述方法或需要對(duì)上述方法測(cè)定的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核或驗(yàn)證時(shí)，可采用鉆芯法[1]。回彈法和取芯法相結(jié)合的應(yīng)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(cè)精度[2] 。

（3）裂縫長度、寬度及深度檢測(cè)?；炷两Y(jié)構(gòu)在使用過程中會(huì)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(duì)裂縫的深度進(jìn)行檢測(cè)[3-4]。

（4）混凝土鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)和混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度檢測(cè)。根據(jù)兩種檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，可判斷是否需要對(duì)混凝土進(jìn)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(yán)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(cè)量?jī)x來檢測(cè)。

3 結(jié)果分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果

混凝土工程現(xiàn)場(chǎng)檢查主要包括對(duì)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(jìn)行普查及分析整理，主要依靠具有工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)采用專用工具進(jìn)行檢測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)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(cuò)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(hù)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(jī)器人對(duì)水下混凝土工程進(jìn)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(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

前柳林泄洪閘混凝土強(qiáng)度檢測(cè)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(cè)結(jié)果

無損檢測(cè)包括回彈法和超聲回彈綜合法，回彈法檢測(cè)時(shí)在水閘不同部位選取若干測(cè)區(qū)，用中型回彈儀測(cè)定混凝土強(qiáng)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(gè)部位混凝土強(qiáng)度均達(dá)到或者超過原設(shè)計(jì)強(qiáng)度（原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20）;超聲回彈綜合法測(cè)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(qiáng)度推定值均高于40 MPa。強(qiáng)度無損檢測(cè)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(cè)結(jié)果見表 1～ 2。

3.2.2 鉆芯法強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)CECS03：2007《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》對(duì)前柳林泄洪閘抽樣取芯，并按照SL352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，將其加工成長徑比為1∶1的標(biāo)準(zhǔn)芯樣試件，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)果表明：芯樣試件抗壓強(qiáng)度平均值均大于30.0 MPa，高于混凝土原設(shè)計(jì)強(qiáng)度。典型試樣檢測(cè)結(jié)果如表 3所示。

3.3 混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)

混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)可以查明混凝土內(nèi)部是否存在質(zhì)量缺陷。本次檢測(cè)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(cè)媒質(zhì)表面施加一個(gè)瞬時(shí)沖擊激振，對(duì)傳感器接收到的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。由于P波速度與混凝土的強(qiáng)度及彈性模量有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，可以用來評(píng)價(jià)檢測(cè)斷面內(nèi)部混凝土質(zhì)量分布情況。

本次檢測(cè)分別在閘溢流底板、下游左邊墩、下游中墩布置了多個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行表面波檢測(cè)，典型檢測(cè)結(jié)果如圖 5所示。檢測(cè)結(jié)果表明：

（1）4個(gè)測(cè)區(qū)絕大多數(shù)的相位譜都有數(shù)個(gè)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(gè)別區(qū)域出現(xiàn)明顯的間斷和波速突變現(xiàn)象，表明在測(cè)點(diǎn)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(gè)測(cè)區(qū)的混凝土R波速度VR基本都為1 700～2 700 m/s（對(duì)應(yīng)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(hù)層厚度檢測(cè)

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(cè)區(qū)，用鋼筋位置測(cè)定儀測(cè)定鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，部分檢測(cè)結(jié)果見表 4。

3.5 鋼筋銹蝕狀態(tài)檢測(cè)

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(huì)引起混凝土膨脹開裂和混凝土保護(hù)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(duì)前柳林泄洪閘閘墩、排架等部位進(jìn)行鋼筋銹蝕檢測(cè)，典型位置鋼筋銹蝕電位等值線圖見圖 6～7。檢測(cè)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(chǎng)普查結(jié)果，可以判斷檢測(cè)區(qū)域鋼筋未發(fā)生銹蝕。

3.6 碳化深度檢測(cè)

混凝土碳化深度的檢測(cè)對(duì)推定混凝土抗壓強(qiáng)度、評(píng)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(biāo)之一。在回彈法測(cè)定強(qiáng)度的測(cè)區(qū)，用沖擊鉆在被測(cè)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(biāo)卡尺測(cè)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(cè)結(jié)果見表 5。此次碳化深度檢測(cè)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(hù)層厚度。

3.7 裂縫檢測(cè)

水工混凝土結(jié)構(gòu)在施工期和運(yùn)行期常出現(xiàn)裂縫，裂縫對(duì)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(píng)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(duì)下游左邊墩裂縫進(jìn)行檢測(cè)，本次采用超聲波法檢測(cè)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(jìn)行修補(bǔ)。

4 結(jié) 論

在工程現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用多種檢測(cè)手段對(duì)前柳林泄洪閘混凝土工程開展了綜合的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)混凝土強(qiáng)度、裂縫長度、寬度及深度、結(jié)構(gòu)混凝土鋼筋保護(hù)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(cè)分析。

檢測(cè)結(jié)果表明：泄洪閘整體外觀質(zhì)量較好?；炷翉?qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)要求，內(nèi)部質(zhì)量均勻;碳化深度較淺，小于混凝土保護(hù)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(cè)結(jié)果基本滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，存在的部分質(zhì)量缺陷尚不影響整座水閘的安全運(yùn)行。本項(xiàng)檢測(cè)成果可為確保消除工程安全隱患，確保泄洪閘安全運(yùn)行提供科學(xué)支撐。

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（編輯：江 文）