京密引水渠前柳林泄洪闸混凝土结构安全检测及评价
郝邺 杨梓 王俊鹏 张洪涛 邢远 王晓东
摘要：为加强京密引水渠前柳林泄洪闸安全管理，保障水闸安全运行，采用多种检测手段对前柳林泄洪闸混凝土结构开展了现场检测，对闸体混凝土结构存在的病害问题进行了梳理，并对混凝土结构的安全状态进行了综合评价。结果表明：京密引水渠前柳林泄洪闸整体外观质量较好;混凝土强度满足原设计要求;工作桥存在兩条纵向裂缝，上下游侧面均有混凝土脱落、露筋现象。前柳林泄洪闸混凝土安全检测结果基本满足标准要求，部分存在的质量缺陷尚不影响整座水闸的安全运行。可为类似工程的混凝土结构安全检测提供参考和借鉴。
关键词：混凝土结构;安全检测;安全评价;泄洪闸运行管理;京密引水渠
中图法分类号：TV698.1文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.014
文章编号：1006 - 0081（2021）06 - 0066 - 05
1 工程概况
前柳林泄洪闸位于京密引水渠上，于1966年建成。前柳林泄洪闸闸室结构为开敞式，共计两孔，闸门型式为平板钢闸门，闸门宽2.5 m，高3.5 m。水闸设计流量30 m3/s，设计水位高程为50.42 m。泄洪闸闸室段长7 m，闸室底板高程47.51 m，闸室底板厚0.7 m，闸室下为分层夯实的黏性回填土。启闭设备为2台100 kN螺杆式启闭机。地震基本烈度为Ⅷ度。前柳林泄洪闸工程投入运行至今未进行过系统的检测与安全评估。为消除工程安全隐患，对前柳林泄洪闸开展了混凝土结构的安全检测与评价。
2 检测内容及方法
依据安全检测现行规范，结合现场工作和室内试验分析，对前柳林泄洪闸混凝土闸室、上下游连接段、消力池等部位的混凝土结构开展安全检测和评价。主要包括以下内容：
（1）现场检测。对混凝土建筑物的缺陷、渗漏、裂缝、剥蚀、伸缩缝状况、不均匀沉降变形、倾斜等进行普查及分析整理。
（2）混凝土强度。强度检测采用回弹法和取芯法。混凝土强度检测通常包括回弹法、超声法、超声回弹综合法。当不能采用上述方法或需要对上述方法测定的混凝土强度进行复核或验证时，可采用钻芯法[1]。回弹法和取芯法相结合的应用较为广泛，利用钻芯结果修正回弹值，可以大大提高检测精度[2] 。
（3）裂缝长度、宽度及深度检测。混凝土结构在使用过程中会产生类型不同、程度不一的的裂缝。研究表明：衬砌上的裂缝虽然不改变结构的主要承载方式，但过多的裂缝将降低结构的整体性，可采用超声波法对裂缝的深度进行检测[3-4]。
（4）混凝土钢筋保护层厚度检测和混凝土结构的碳化深度检测。根据两种检测结果对比分析，可判断是否需要对混凝土进行防碳化处理。
（5）钢筋锈蚀程度。钢筋混凝土结构受破坏的最大原因就是钢筋锈蚀，由其引发的结构变形、断裂、倒塌等现象，严重影响了混凝土结构的使用年限[5]，通常采用钢筋锈蚀测量仪来检测。
3 结果分析
3.1 现场检查结果
混凝土工程现场检查主要包括对混凝土建筑物的缺陷、渗漏、裂缝、剥蚀、伸缩缝、不均匀沉降变形、倾斜等状况进行普查及分析整理，主要依靠具有工程检测经验的工程技术人员在现场采用专用工具进行检测。现场检查结果表明：前柳林泄洪闸上部结构状态良好，混凝土整体外观良好（图1）。溢流底板无明显错位或者沉降。泄洪闸中墩左侧局部出现裂缝、剥蚀等（图2）。上下游翼墙、护坡质量整体较好，但下游左、右浆砌石侧翼墙浆砌石局部存在勾缝脱落（图3）。工作桥存在两条纵向裂缝，上下游侧面均有混凝土脱落、露筋现象。采用水下机器人对水下混凝土工程进行检查，通过拍摄照片可以判断前柳林泄洪闸水下部分混凝土总体外观质量良好，无明显缺陷（图4）。
3.2 混凝土强度检测结果
前柳林泄洪闸混凝土强度检测采用回弹法、超声回弹综合法及钻孔取芯法。
3.2.1 无损检测结果
无损检测包括回弹法和超声回弹综合法，回弹法检测时在水闸不同部位选取若干测区，用中型回弹仪测定混凝土强度。结果表明：前柳林泄洪闸闸墩、排架、排架梁以及工作桥等各个部位混凝土强度均达到或者超过原设计强度（原设计强度等级为C20）;超声回弹综合法测区内声速平均值基本在4 443～5 017 m/s之间，现龄期混凝土强度推定值均高于40 MPa。强度无损检测结果反映出混凝土质量总体良好。典型部位的两种方法检测结果见表 1～ 2。
3.2.2 钻芯法强度检测结果
根据CECS03：2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》对前柳林泄洪闸抽样取芯，并按照SL352-2006《水工混凝土试验规程》中混凝土芯样抗压强度试验方法，将其加工成长径比为1∶1的标准芯样试件，然后进行抗压强度试验。结果表明：芯样试件抗压强度平均值均大于30.0 MPa，高于混凝土原设计强度。典型试样检测结果如表 3所示。
3.3 混凝土内部质量检测
混凝土内部质量检测可以查明混凝土内部是否存在质量缺陷。本次检测采用瞬态表面波谱分析方法（SASW法）。主要方法为利用冲击锤在待测媒质表面施加一个瞬时冲击激振，对传感器接收到的时域信号进行频谱分析。由于P波速度与混凝土的强度及弹性模量有较强的相关关系，可以用来评价检测断面内部混凝土质量分布情况。
本次检测分别在闸溢流底板、下游左边墩、下游中墩布置了多个测区进行表面波检测，典型检测结果如图 5所示。检测结果表明：
（1）4个测区绝大多数的相位谱都有数个规整的相位循环，生成的频散曲线R波波速VR随R波波长λR变化连续、平缓，仅有个别区域出现明显的间断和波速突变现象，表明在测点表面以下一定深度范围内混凝土的内部质量较为均匀。
（2）各个测区的混凝土R波速度VR基本都为1 700～2 700 m/s（对应P波三维传播速度VP3=3 050～4 833 m/s），可以合理地判断该闸混凝土质量总体较好。
3.4 钢筋混凝土保护层厚度检测
在闸墩、闸室底板、排架、排架梁以及交通桥等结构选取若干测区，用钢筋位置测定仪测定钢筋的混凝土保护层厚度，部分检测结果见表 4。
3.5 钢筋锈蚀状态检测
水工混凝土中的钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素之一，常常会引起混凝土膨胀开裂和混凝土保护层脱落，致使结构承载力下降甚至危及水工建筑物安全。本次针对前柳林泄洪闸闸墩、排架等部位进行钢筋锈蚀检测，典型位置钢筋锈蚀电位等值线图见图 6～7。检测结果表明：前柳林泄洪闸闸墩钢筋半电池电位小于-200 mV、大于-250 mV，排架钢筋半电池电位大于-200 mV，结合现场普查结果，可以判斷检测区域钢筋未发生锈蚀。
3.6 碳化深度检测
混凝土碳化深度的检测对推定混凝土抗压强度、评估钢筋的锈蚀程度有着重要意义，是混凝土耐久性的重要指标之一。在回弹法测定强度的测区，用冲击钻在被测试构件表面打孔，清除钻孔中粉末，在孔内喷涂乙醇酚酞溶液，用游标卡尺测得的表层不变色混凝土厚度即为混凝土碳化深度。典型碳化深度检测结果见表 5。此次碳化深度检测表明：除工作桥底部碳化值稍大之外，闸墩、排架、排架梁等部位的混凝土碳化深度均较浅，小于混凝土保护层厚度。
3.7 裂缝检测
水工混凝土结构在施工期和运行期常出现裂缝，裂缝对混凝土结构的整体性、防渗性、耐久性以及承载能力影响很大，是评估混凝土结构安全性的重要因素之一。
采用裂缝宽度仪、裂缝深度仪结合外观普查结果，对下游左边墩裂缝进行检测，本次采用超声波法检测的2条裂缝深度分别为27 cm和63 mm。其中一条裂缝深度较深，建议采取措施进行修补。
4 结 论
在工程现状调查的基础上，采用多种检测手段对前柳林泄洪闸混凝土工程开展了综合的现场检测和室内试验，对混凝土强度、裂缝长度、宽度及深度、结构混凝土钢筋保护层厚度、混凝土结构的碳化深度以及钢筋锈蚀程度等开展了检测分析。
检测结果表明：泄洪闸整体外观质量较好。混凝土强度满足原设计要求，内部质量均匀;碳化深度较浅，小于混凝土保护层厚度;关键位置钢筋未见明显锈蚀;局部区域混凝土结构存在裂缝剥蚀等轻微老化病害现象。工作桥存在两条纵向裂缝，上下游侧面均有混凝土脱落、露筋现象。前柳林泄洪闸混凝土安全检测结果基本满足标准要求，存在的部分质量缺陷尚不影响整座水闸的安全运行。本项检测成果可为确保消除工程安全隐患，确保泄洪闸安全运行提供科学支撑。
参考文献：
[1] DL/T 5251-2010 水工混凝土建筑物缺陷检测和评估技术规程[S].
[2] 汪魁峰. 回弹-钻芯专用曲线法检测混凝土抗压强度应用分析[J]. 东北水利水电，2016，34（6）：52-54.
[3] 汤雷，傅翔，蒋金平. 混凝土衬砌典型缺陷检测分析与处理[J]. 混凝土，2009（3）：117-112.
[4] 苏忠高，刘景熙，林发明，等. 基于超声波技术的水泥混凝土裂缝深度检测[J]. 福建建设科技，2019（6）：29-32.
[5] 金伟良，赵羽习. 混凝土结构耐久性[M]. 北京：科学出版社，2014.
（编辑：江 文）
猜你喜欢 安全检测安全评价混凝土结构 农产品安全检测技术的发展和应用农家科技下旬刊(2018年1期)2018-05-05煤矿通风系统安全检测与优化研究科学与技术(2018年13期)2018-04-25软件工程的安全检测和维护电子技术与软件工程(2017年19期)2017-11-09纺织企业安全评价研究科学与财富(2017年27期)2017-10-17危险度评价与企业安全生产研究现代经济信息(2017年13期)2017-07-23浅述建筑工程混凝土结构施工技术大陆桥视野·下(2017年5期)2017-06-19从建筑结构设计谈混凝土结构的裂缝问题科技创新与应用(2017年14期)2017-05-19浅析安全评价对施工企业安全管理的促进作用山东工业技术(2017年4期)2017-03-28无损检测技术在矿山机械设备安全检测中的应用中国高新技术企业(2017年2期)2017-03-24西安市黑河金盆水利枢纽工程引水洞放水塔优化设计及安全性评价中华建设科技(2014年4期)2014-07-18