上虞市海涂二號閘混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測與分析

付 磊,高海峰

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

根據(jù)水利部 《水閘安全鑒定管理辦法》 (水建管(2008)214號)文件要求,水閘首次安全鑒定應(yīng)在竣工驗收后5年內(nèi)進行,以后每10年進行一次全面安全鑒定[1]。安全鑒定是水閘結(jié)構(gòu)安全檢查并進行安全類別評價,是水閘工程進行維修、加固、改建或重建的決策依據(jù)。水閘工程的主體結(jié)構(gòu)常見為混凝土結(jié)構(gòu),在實際工程中,常見大壩、水閘、橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)老化,致使結(jié)構(gòu)承載力下降甚至危及水工建筑物安全[2],因此混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測是進行水閘安全鑒定的一項重要工作,現(xiàn)場檢測結(jié)果是評價水閘的重要依據(jù),也是復(fù)核計算的基礎(chǔ)。

上虞市海涂二號閘位于上虞市海涂九四丘北堤,曹娥江出口處東側(cè),主要承擔(dān)海涂 91、94、96三丘計60 km2及梁湖鎮(zhèn)南任片約40 km2排澇任務(wù),對上虞市經(jīng)濟社會發(fā)展起到十分重要作用。水閘閘室采用胸墻式閘室結(jié)構(gòu),分為3孔,每孔凈寬6.0 m,混凝土閘門布置在胸墻內(nèi)側(cè),上部設(shè)置啟閉機房,閘門采用卷揚式啟閉機啟閉,設(shè)檢修平臺、檢修門槽邊設(shè)置工作便橋,公路橋布置在下游側(cè)凈寬7.0 m。上游翼墻結(jié)構(gòu)為灌砌塊石重力墻,墻體外面設(shè)混凝土防滲面板。下游翼墻第1級墻體采用鋼筋混凝土扶壁式,第2、3、4級翼墻均為混凝土灌砌塊石重力式擋墻,墻體外面設(shè)混凝土防滲面板。閘底板下游連接混凝土消力池。

上虞市海涂二號閘建成后經(jīng)過8 a運行,混凝土結(jié)構(gòu)局部開裂、變形、破損嚴重,依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,對該閘混凝土結(jié)構(gòu)進行安全檢測與分析,為工程復(fù)核計算與后期維修加固提供技術(shù)依據(jù)。

2 檢測內(nèi)容及依據(jù)

2.1 檢測內(nèi)容

(1)外觀質(zhì)量:對水閘閘室段與上下游連接段混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量進行全面普查,檢查項目包括混凝土表面破損、裂縫、變形等。

(2)混凝土強度與耐久性:對主要結(jié)構(gòu)部位進行抽檢,檢測內(nèi)容包括混凝土強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度、鋼筋銹蝕狀況等。

2.2 檢測依據(jù)

檢測所依據(jù)的標準和規(guī)范為:①SL 214—98《水閘安全鑒定規(guī)定》;②SL 75—94《水閘技術(shù)管理規(guī)程》;③SL 265—2001《水閘設(shè)計規(guī)范》;④SL 191—2008《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 ⑤SL 352—2006《水工混凝土試驗規(guī)程》 ;⑥JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》;⑦CECS 03:2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》;⑧上虞市海涂2#閘設(shè)計、施工、驗收與運行管理等資料。

3 檢測成果

3.1 外觀質(zhì)量檢測成果

使用工程檢測尺、數(shù)顯卡尺、裂縫寬度測量儀、照相機等設(shè)備,采用直觀量測、外觀質(zhì)量描述、拍照及局部打開方法檢測混凝土結(jié)構(gòu)施工缺陷、破損、裂縫等老化病害情況[3]。

3.1.1 閘 墩

各孔閘墩混凝土結(jié)構(gòu)基本完好,水面線附近混凝土局部砂漿剝落、石子裸露。左邊墩下游側(cè)頂面局部混凝土開裂,破損嚴重。兩側(cè)邊墩與下游翼墻連接處分縫明顯拉開,拉開量達2.5～3.0 cm。

3.1.2 閘底板

各孔閘底板混凝土結(jié)構(gòu)基本完好,混凝土局部砂漿剝落、石子裸露。

3.1.3 胸墻

各孔胸墻混凝土結(jié)構(gòu)局部砂漿剝落、石子裸露。右孔胸墻下游面有2條斜向裂縫,裂縫長1.10～1.20 m,寬0.30～0.35mm,有1條垂直裂縫,裂縫長0.70 m,寬0.25 mm。中孔胸墻下游面有1條垂直裂縫,裂縫長3.30 m,寬0.35mm。左孔胸墻上游面有3條斜向裂縫,裂縫長1.35～3.50m,寬0.20～0.25mm。各孔胸墻下游面裂縫分布見圖1。

圖1 胸墻下游面裂縫分布圖

3.1.4 閘 門

各孔閘門門體頂止水部位存在局部混凝土破損,石子裸露。各孔閘門止水橡皮老化,右孔閘門左、右兩側(cè)漏水嚴重,中孔閘門右側(cè)漏水嚴重。

3.1.5 啟閉機房

啟閉機房明亮、整潔,立柱、樓板混凝土結(jié)構(gòu)基本完好,左側(cè)墻體局部滲水,粉刷層剝落。左側(cè)樓梯臺階處有1條斜向裂縫,裂縫長0.30 m,寬1.00 mm。各孔啟閉機大梁混凝土結(jié)構(gòu)基本完好,局部砂漿剝落、石子裸露。

3.1.6 公路橋

公路橋橋面平整,無坑洼現(xiàn)象,護欄結(jié)構(gòu)完好;各孔橋板與排架柱混凝土結(jié)構(gòu)基本完好,局部砂漿剝落、石子裸露;左、右岸橋臺漿砌塊石擋墻結(jié)構(gòu)基本完好,局部勾縫砂漿剝落,右岸橋臺底部擋墻滲水明顯;由于基礎(chǔ)沉降,右岸橋臺底部相連的地面混凝土結(jié)構(gòu)明顯脫開,脫開寬度達5 cm。

3.1.7 閘室兩岸連接段

閘室與左岸堤身連接處拉開約4.0 cm,左岸連接段堤頂塌陷約8.0 cm,堤頂混凝土護面有1條縱向裂縫,裂縫長2.15 m,寬10.0 mm,臺階頂部開裂、破損嚴重,有1條縱向裂縫,裂縫長2.20 m,寬20.0 mm,臺階中部墻體有1條斜向裂縫,裂縫長1.80 m,寬10.0 mm。閘室與右岸堤身連接處拉開約3.0 cm,右岸連接段堤身上游擋墻下部混凝土砂漿剝落、石子裸露,鋼筋裸露并嚴重銹蝕,裸露長度2.10m,鋼筋銹蝕率約為10%。

3.1.8 翼 墻

翼墻水面線附近局部混凝土砂漿剝落、石子裸露嚴重。上游左翼墻靠近閘墩處有1條水平向裂縫,裂縫長1.25 m,寬0.30 mm。上游右翼墻有1條橫向貫穿垂直裂縫,裂縫長1.20m,寬0.25 mm。上游兩側(cè)翼墻與閘墩連接部位附近地面混凝土塌陷、開裂、破損嚴重,各有1條斜向裂縫,其中右側(cè)地面裂縫長2.15 m,寬10.0 mm,左側(cè)地面裂縫長2.00 m,寬8.0 mm。下游左翼墻靠近閘墩處有1條斜向裂縫,裂縫長1.50 m,寬0.40 mm,翼墻頂面有2條縱向裂縫,裂縫長1.10～1.60 m,寬 10.0～30.0 mm。下游右翼墻與閘墩連接部位頂面開裂、破損、錯位嚴重,錯位量達11.0 cm,與護坡連接處分縫拉開、破損、錯位嚴重,拉開約8.0 cm,錯位約3.0 cm。

3.1.9 護 坡

上游兩岸護坡混凝土結(jié)構(gòu)基本完好,局部砂漿剝落、石子裸露。下游左岸護坡有12塊混凝土面板塌陷、開裂、破損嚴重,混凝土面板分縫拉開約8.0 cm,下游右岸護坡有8塊混凝土面板塌陷、開裂、破損嚴重。

3.2 混凝土強度與耐久性檢測成果

3.2.1 混凝土強度

對上虞市海涂二號閘閘墩與翼墻采用鉆孔取芯法檢測混凝土抗壓強度,抽檢閘墩與翼墻混凝土芯樣各1組[4],檢測成果見表1。對胸墻、啟閉機大梁、閘門、公路橋排架柱與橋板等部位采用回彈法檢測混凝土抗壓強度,檢測成果見表2。

表1 鉆芯法檢測混凝土抗壓強度檢測成果表

表2 回彈法檢測混凝土抗壓強度檢測成果表

從表1～2可見,抽檢的現(xiàn)狀閘墩、翼墻、胸墻等部位混凝土抗壓強度均大于設(shè)計強度等級值且離散性較小,混凝土強度符合設(shè)計要求。

3.2.2 鋼筋保護層厚度

對上虞市海涂二號閘閘墩、胸墻、啟閉機大梁等主要部位,采用鋼筋保護層厚度測定儀測定保護層厚度,部分測點用沖擊鉆除去表面混凝土量測鋼筋保護層厚度作為校核[5]。鋼筋保護層厚度檢測成果見表3。

表3 鋼筋保護層厚度檢測成果表 mm

從表3可見,抽檢的現(xiàn)狀閘墩、胸墻、公路橋排架柱、公路橋橋板、啟閉機大梁等部位鋼筋保護層厚度測量值滿足現(xiàn)行規(guī)范SL 191—2008規(guī)定的耐久性要求。

3.2.3 混凝土碳化深度

對上虞市海涂二號閘閘墩、翼墻、胸墻、啟閉機大梁等主要部位混凝土碳化深度進行檢測,用電錘在抽檢部位打孔,清除孔內(nèi)碎屑與粉末,將濃度為1%的酚酞酒精溶液酒滴孔壁內(nèi),然后用卡尺測量表面至深度變色的距離即為碳化深度。混凝土碳化深度檢測成果見表4。

表4 混凝土碳化深度檢測成果表 mm

從表4成果可見,抽檢的現(xiàn)狀各部位混凝土均產(chǎn)生碳化現(xiàn)象,其中閘墩、胸墻與公路橋排架柱混凝土碳化深度相對略大,其余結(jié)構(gòu)部位混凝土輕微碳化,結(jié)合表3可見,各部位混凝土碳化深度均小于實際鋼筋保護層厚度,被檢部位混凝土耐久性良好。

3.2.4 鋼筋銹蝕

對上虞市海涂二號閘閘墩、胸墻、啟閉機大梁、公路橋排架等主要部位,采用半電池電位法測檢測混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)。根據(jù)混凝土中鋼筋因銹蝕產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)引起全電池的變化,即電位值的變化評估鋼筋銹蝕狀態(tài)。鋼筋銹蝕電位測量與分析使用KON-XSY鋼筋銹蝕測定儀,鋼筋銹蝕檢測成果見表5。

表5 混凝土中鋼筋銹蝕檢測成果表

由表5可見,抽檢的閘墩、胸墻、公路橋排架柱與橋板等部位鋼筋狀態(tài)基本完好,局部處于微蝕狀態(tài),結(jié)合表3～4可見,被檢部位混凝土耐久性良好。

4 檢測成果分析

從上虞市海涂二號閘混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量檢測成果可見:閘墩、閘底板、閘門、啟閉機房、公路橋排架柱與橋板等主體結(jié)構(gòu)混凝土外觀基本完好、水面線附近局部受水流沖刷砂漿剝落、石子裸露。閘室段未見明顯沉降、位移與變形;閘門存在嚴重漏水現(xiàn)象;公路橋右岸橋臺基礎(chǔ)存在明顯沉降、底部擋墻滲水明顯,右岸橋臺底部與相連混凝土地面明顯脫開;各孔胸墻下游面均存在裂縫;閘室兩岸連接段堤身存在沉降塌陷現(xiàn)象、與閘室脫開明顯、連接段堤頂局部開裂、堤身臺階開裂破損嚴重;翼墻水面線附近混凝土砂漿剝落、石子裸露,墻體存在開裂現(xiàn)象,上游兩側(cè)翼墻與閘墩連接部位附近地面混凝土塌陷、開裂、破損嚴重,下游兩岸翼墻與邊墩、護坡連接部位明顯脫。上游兩岸護坡混凝土結(jié)構(gòu)基本完好,下游兩岸護坡混凝土面板大面積塌陷、開裂、破損嚴重。

以上破損部位主要為水閘兩岸連接段與下游側(cè),分析原因,由于水閘地基以及兩側(cè)堤防土質(zhì)以粉土為主,上部結(jié)構(gòu)不可避免會產(chǎn)生沉降,同時在水流作用下極易被淘刷、流失,水閘運行以來,閘室與上下游、左右岸堤防連接段均產(chǎn)生了不均勻沉降,下游側(cè)破壞現(xiàn)象逐年嚴重,尤其是2012年8月8日,受臺風(fēng)“海葵”影響,水閘下游潮位增水明顯,伴隨大風(fēng)大浪,導(dǎo)致閘門止水損壞,工作橋上的混凝土蓋板被風(fēng)浪卷走,胸墻產(chǎn)生裂縫,下游護坡大面積坍塌,護坡后的土體流失掏空。

從上虞市海涂二號閘主體結(jié)構(gòu)混凝土強度與耐久性檢測成果可見,主體結(jié)構(gòu)混凝土開始產(chǎn)生老化現(xiàn)象,總體上看,現(xiàn)狀混凝土強度大于設(shè)計強度值符合設(shè)計要求,混凝土強度離散性較小,表明混凝土施工質(zhì)量控制較好;現(xiàn)狀混凝土鋼筋保護層厚度符合規(guī)范要求,混凝土碳化深度小于實際鋼筋保護層厚度,鋼筋狀態(tài)基本完好,局部處于微蝕狀態(tài),水閘混凝土結(jié)構(gòu)除受客觀原因破損外,總體上耐久性良好。

5 結(jié) 語

(1)現(xiàn)狀水閘主體結(jié)構(gòu)混凝土強度符合設(shè)計要求,鋼筋保護層厚度符合規(guī)范要求,碳化深度小于實際鋼筋保護層厚度,混凝土結(jié)構(gòu)耐久性良好。

(2)水閘胸墻存在裂縫,建議修補加固;閘門存在漏水現(xiàn)象,建議對止水進行更換;啟閉機房墻體局部滲水,粉刷層剝落,公路橋右岸橋臺底部擋墻滲水明顯,建議維修。

(3)閘室段與左右岸連接段堤防產(chǎn)生了不均勻沉降,連接處脫開明顯,堤頂存在開裂現(xiàn)象,建議維修加固。

(4)水閘下游翼墻與閘墩、護坡連接處脫開明顯,存在裂縫,下游護坡混凝土結(jié)構(gòu)損壞嚴重,建議維修加固,必要時拆除重建,并做好土體的保護以防土體流失。

[1]水利部建設(shè)管理司,江蘇省水利廳.SL 214—1998水閘安全鑒定規(guī)定[S].北京:中國水利水電出版社,1998.

[2]張譽,蔣利學(xué),張偉平,等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論 [M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2003:156-163.

[3]劉超英,付磊.上虞市海涂二號閘現(xiàn)場安全檢測與評價報告[R].杭州:浙江省水利河口研究院,2012.

[4]中國水利水電科學(xué)研究院,南京水利科學(xué)研究院.SL 352—2006水工混凝土試驗規(guī)程[S].北京:中國水利水電出版社,2006.

[5]姜英波,姜珂.混凝土保護層厚度檢測的試驗分析 [J].工業(yè)建筑,2006,32(4):68-70.