我國南方地區(qū)某碾壓混凝土壩混凝土質(zhì)量檢測與評估

王禹迪，李越川，楊 述，王榮魯

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京 10038；2.水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100038)

1 概述

我國南方地區(qū)某水電站是以發(fā)電為主的引水式電站，總庫容2638萬m3，水庫防洪標準為100年一遇設(shè)計，1000年一遇校核。壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高60.7m；水庫為中型水庫，屬III等工程，電站為小(2)型電站，主要建筑物包括碾壓混凝土重力壩，發(fā)電隧洞，引水隧洞，引水陂壩及發(fā)電廠房等。大壩共分為7個壩段，右岸非溢流壩段長72m，左岸非溢流壩段長44.5m，中間溢流壩段長49.5m。該水電站于2008年11月開始建設(shè)，2011年基本建成。工程建成后，大壩和其他碾壓混凝土大壩一樣，存在碾壓層間縫滲水、基礎(chǔ)廊道內(nèi)積水及其他混凝土剝蝕、裂縫等現(xiàn)象，為了保障水電站的安全運行及耐久性，對該大壩的混凝土質(zhì)量進行了全面的檢測評估，并在檢測評估的基礎(chǔ)上對提出了修補加固建議。

2 檢測內(nèi)容及分析

本次主要對大壩重要部位進行現(xiàn)場質(zhì)量檢測，內(nèi)容包括普查和專項檢測，具體內(nèi)容：①大壩質(zhì)量狀況的普查及分析整理；②強度檢測(回彈、鉆芯取樣檢測)；③裂縫長度、寬度及深度檢測；④結(jié)構(gòu)混凝土鋼筋保護層厚度檢測；⑤混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度檢測及其他檢測。

2.1 外觀質(zhì)量狀況檢查

檢查主要由經(jīng)驗豐富工程師進行，主要對存在的混凝土病害缺陷進行全面仔細檢查，記錄缺陷的部位、性狀、數(shù)量等，并對典型外觀缺陷進行拍照，分析老化病害原因、程度及對結(jié)構(gòu)的影響[1-3]。

大壩混凝土總體外觀質(zhì)量較好，大壩局部壩段碾壓層間縫存在分層現(xiàn)象；大壩未見集中滲漏現(xiàn)象；下游壩腳未見明顯的沖刷、淘刷。壩頂未見明顯裂縫、錯動等現(xiàn)象，壩頂路面質(zhì)量較好，防浪墻外觀質(zhì)量較好，部分存在裂縫，照明設(shè)施完備。大壩上游面未見明顯裂縫，部分壩體混凝土存在滲漏剝蝕現(xiàn)象，大壩下游面有剝蝕現(xiàn)象，廊道內(nèi)部存有排水不暢現(xiàn)象。左岸非溢流壩段上游面有3處水跡，兩處淅白，1處伸縮縫存在滲水現(xiàn)象；中間溢流壩段溢流面混凝土無裂縫，質(zhì)量較好，上游面多處水跡，溢流面有雜物，中墩及邊墩混凝土外觀質(zhì)量較好；右側(cè)非溢流壩上游面有4處水跡，壩頂有13條表層裂縫。下游挑流底坎立面混凝土存在2處滲水析白現(xiàn)象。

2.2 回彈法

混凝土強度是衡量混凝土質(zhì)量的一個重要參數(shù)，通過對混凝土強度的檢測，可為正確評估混凝土結(jié)構(gòu)物的安全提供可靠依據(jù)[4-6]?；炷翉姸鹊臋z測可分為無損和有損兩類：回彈法是目前使用最普遍的混凝土強度無損檢測方法，通過與混凝土抗壓強度具有一定相關(guān)關(guān)系的回彈值和碳化深度來推定混凝土的強度，適用于對混凝土結(jié)構(gòu)進行大面積的檢測。在回彈法檢測的基礎(chǔ)上，采用芯樣強度法實測混凝土的抗壓強度，用以復(fù)核回彈法強度檢測值。

根據(jù)混凝土回彈推定強度檢測結(jié)果：左側(cè)非溢流壩段平均推定強度為20.2MPa，標準差3.0MPa，當前推定強度滿足原混凝土設(shè)計C15的強度要求；溢流壩段交通橋總體推定強度為47.5MPa，標準差2.5MPa，當前強度滿足原設(shè)計C25的強度要求；溢流壩段左、右中墩總體推定強度分別為20.7、22.4MPa，滿足原設(shè)計C20的強度要求；上游防浪墻混凝土推定強度為8.6MPa，不滿足原混凝土設(shè)計C20的強度要求；下游擋墻混凝土推定強度為27.2MPa，目前強度滿足原混凝土設(shè)計C20的強度要求，見表1。

表1 混凝土回彈強度檢測統(tǒng)計表

2.3 鉆芯法檢測混凝土抗壓強度

根據(jù)JGJ/T384—2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在中墩、左側(cè)非溢流壩段分別鉆取芯樣，并按照SL 352—2006《水工混凝土試驗規(guī)程》中混凝土芯樣抗壓強度試驗方法，將其加工成長徑比為1∶1的標準抗壓芯樣試件，然后進行了抗壓強度試驗。所有芯樣外觀表面完整，內(nèi)部均比較密實，未見明顯缺陷[7]，見表2。

由表2看出，左非溢流壩段(靠近下游)混凝土取芯抗壓強度為9.6MPa，不滿足原設(shè)計C15的強度要求；溢流壩段混凝土取芯抗壓強度為29.8MPa，滿足原設(shè)計C20的強度要求；溢流壩段中1墩取芯抗壓強度為24.9MPa，滿足原設(shè)計C20的強度要求；溢流壩段中1墩取芯抗壓強度為19.6MPa，不滿足原設(shè)計C20的強度要求。

表2 混凝土鉆孔取芯強度檢測

2.4 鋼筋混凝土保護層厚度檢測

鋼筋的混凝土保護層的厚度對混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性影響較大[8-9]，本次檢測使用瑞士進口的PROMETER 5型鋼筋定位儀，它是一種采用感應(yīng)電磁場的方法來測量鋼筋位置及鋼筋的混凝土保護層厚度的儀器。采用儀器的“定位鋼筋”及“測量保護層厚度”的功能可方便測出鋼筋的混凝土保護層厚度。對每一測量部位，根據(jù)檢測的混凝土保護層厚度評定其對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響。在壩頂溢流壩段交通橋及防浪墻等部位選取若干測點，用鋼筋位置測定儀測定鋼筋的混凝土保護層厚度，見表3。

表3 鋼筋混凝土保護層厚度檢測 單位：mm

由表3看出，溢流壩段交通橋、上游防浪墻鋼筋保護層厚度滿足原設(shè)計要求，下游擋墻鋼筋保護層厚度不滿足原設(shè)計要求，但是非常接近設(shè)計的保護層厚度。

2.5 混凝土碳化深度檢測

混凝土碳化深度的檢測對推定混凝土抗壓強度、評估鋼筋的銹蝕程度有著重要的意義，是混凝土耐久性的重要指標之一。在回彈法測定強度的測區(qū)，用沖擊鉆在被測試構(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，用游標卡尺測得的表層不變色混凝土的厚度即為混凝土碳化深度，見表4。

表4 混凝土碳化深度檢測

由表4可以看出，左側(cè)非溢流壩段、溢流壩段交通橋頂部、溢流壩段左中墩、右中墩及及下游擋墻碳化深度較小，上游防浪墻碳化深度較大，但是均小于鋼筋保護層厚度。

2.6 混凝土裂縫深度檢測

水工混凝土結(jié)構(gòu)在施工期和運行期常出現(xiàn)裂縫，裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)的整體性、防滲性、耐久性以及承載能力影響很大，是評估混凝土結(jié)構(gòu)安全性的重要因素之一[10-14]。本次檢測用超聲波法對壩頂裂縫進行了深度檢測，裂縫寬度和深度統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表5 混凝土裂縫深度和寬度檢測統(tǒng)計表

由表5可知，本次檢測共對右側(cè)擋水壩段壩頂混凝土13條裂縫進行了檢測，裂縫長度不等，裂縫寬度分別在0.6～1.5mm之間，裂縫深度為70～286mm，為表層裂縫，內(nèi)部已經(jīng)閉合為死縫。

2.7 檢測評估結(jié)論

(1)大壩混凝土總體外觀質(zhì)量較好，碾壓層間縫也存在分層現(xiàn)象。大壩未見集中滲漏現(xiàn)象。壩頂未見明顯裂縫、錯動等現(xiàn)象，路面質(zhì)量較好，防浪墻外觀質(zhì)量較好，部分存在裂縫；大壩上游面未見明顯裂縫，部分混凝土存在剝蝕現(xiàn)象；大壩下游面存在剝蝕現(xiàn)象，因壩基排水未能有效排出造成基礎(chǔ)廊道被淹。

(2)根據(jù)混凝土回彈推定強度檢測結(jié)果：上游防浪墻總體推定強度不滿足原設(shè)計的混凝土強度要求；溢流壩段左、右中墩、左側(cè)非溢流壩段、溢流壩段交通橋、下游擋墻總體推定強度滿足原設(shè)計的混凝土強度要求。

(3)芯樣抗壓強度結(jié)果可以看出，左非溢流壩段、溢流壩段中1墩取芯抗壓強度不滿足原設(shè)計強度要求；溢流壩段、溢流壩段中1墩混凝土取芯抗壓強度滿足原設(shè)計混凝土強度要求。

(4)溢流壩段交通橋鋼筋保護層厚度滿足原設(shè)計要求，上、下游擋墻鋼筋保護層厚度基本滿足原設(shè)計要求。

(5)溢流壩段左中墩、右中墩、左側(cè)非溢流壩段、溢流壩段交通橋頂部及下游擋墻碳化深度較小，上游防浪墻碳化深度較大。

(6)本次檢測共對右側(cè)壩頂混凝土13條裂縫進行了檢測，裂縫長度不等，裂縫寬度0.6～1.5mm不等，裂縫深度為70～286mm，為表層裂縫，內(nèi)部已經(jīng)閉合為死縫。

3 建議

根據(jù)本次安全檢測評估的結(jié)論，提出以下修補加固的建議[15]：

(1)大壩非溢洪壩段局部混凝土強度不滿足原設(shè)計要求，應(yīng)分析其對大壩結(jié)構(gòu)安全的影響，必要時對不滿足原設(shè)計要求的混凝土進行補強加固。

(2)由于灌漿廊道內(nèi)排水不暢，廊道底部被淹，導(dǎo)致壩基揚壓力偏大，應(yīng)及時排除積水，恢復(fù)壩基滲水排水的有效性。

(3)對大壩上游面滲漏的伸縮縫及大壩碾壓層間縫進行防滲修補處理，如具備條件，在上游面涂刷聚脲等防滲材料進行防滲。

(4)針對部分混凝土碳化深度較深，為避免碳化進一步發(fā)展，建議對上游防浪墻、下游擋墻、閘墩等部位進行表面防碳化處理，以增強混凝土的耐久性。