懷柔水庫(kù)混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)及評(píng)價(jià)

劉明杰 李 斌 李 驥

(北京市京密引水管理處，北京 101400)

懷柔水庫(kù)位于首都東北部，在懷河上游懷九河與懷沙河交匯處。歷經(jīng)多次改擴(kuò)建后，除正常的防洪、蓄水等功能外，已成為北京市重要的水源地和調(diào)蓄地，也是南水北調(diào)的節(jié)點(diǎn)工程。水庫(kù)流域面積525km2，庫(kù)容1.44億m3，設(shè)計(jì)洪水位64.16m，校核洪水位67.73m，汛限水位58.00m，地震基本烈度8度。

懷柔水庫(kù)建成多年，但水庫(kù)混凝土結(jié)構(gòu)從未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)全面的安全檢測(cè)和評(píng)價(jià)，目前混凝土構(gòu)件中存在不同程度的裂縫、剝蝕和碳化等現(xiàn)象。為保證水庫(kù)安全運(yùn)行，排查和消除水庫(kù)混凝土構(gòu)件的安全隱患，深入開展混凝土結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)有著重要的工程和現(xiàn)實(shí)意義。

1 檢測(cè)內(nèi)容

主要開展懷柔水庫(kù)的東西溢洪道、水庫(kù)進(jìn)水閘、峰山口防洪閘和輸水閘的混凝土安全檢測(cè)工作。依據(jù)混凝土安全檢測(cè)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，開展現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)的檢查、檢測(cè)與試驗(yàn)工作，并對(duì)檢測(cè)和檢查結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。本次檢測(cè)重點(diǎn)為混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的老化病害情況，主要檢查和檢測(cè)內(nèi)容為外觀缺陷、混凝土構(gòu)件強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、碳化深度、裂縫深度、鋼筋銹蝕以及內(nèi)部缺陷等。

2 檢測(cè)方法

外觀缺陷主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查并結(jié)合米尺、裂縫寬度儀等設(shè)備來(lái)實(shí)施。混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)采用回彈法和取芯法相結(jié)合的方法，該方法利用鉆芯結(jié)果修正回彈值，可以大大提高檢測(cè)精度。鋼筋保護(hù)層厚度主要通過(guò)感應(yīng)電磁場(chǎng)的方法來(lái)檢測(cè)。碳化深度通過(guò)電動(dòng)沖擊鉆，測(cè)量碳化與未碳化的界面到構(gòu)件表面的長(zhǎng)度，平行取值后得到所測(cè)混凝土構(gòu)件的碳化深度。裂縫深度主要通過(guò)超聲波測(cè)縫深的方法進(jìn)行，利用脈沖波在混凝土中的傳播時(shí)間、速度以及接收波聲學(xué)參數(shù)來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)混凝土的內(nèi)部缺陷。鋼筋銹蝕檢測(cè)采用半電池電位法，根據(jù)測(cè)定結(jié)果選出代表性電位值，剖開混凝土保護(hù)層后仔細(xì)查看鋼筋銹蝕情況，對(duì)所測(cè)區(qū)域的鋼筋銹蝕進(jìn)行評(píng)價(jià)，鋼筋的銹蝕將使混凝土握裹力和鋼筋有效截面積下降?；炷恋膬?nèi)部缺陷檢測(cè)主要采用瞬態(tài)表面波法，通過(guò)對(duì)彈性波速進(jìn)行分析，對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，面波法也是常用的混凝土質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法。研究表明：混凝土裂縫雖然不改變結(jié)構(gòu)的主要承載方式，但過(guò)多的裂縫將減低結(jié)構(gòu)的整體性，從裂縫中滲出的有壓水，將對(duì)大壩安全產(chǎn)生危害。

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 東溢洪道

東溢洪道的檢查和檢測(cè)部位主要包括翼墻、鋪蓋、閘墩、底板，以及下游泄槽底板、邊墻、消力池等?，F(xiàn)場(chǎng)檢查表明閘室和翼墻未發(fā)生明顯沉降傾斜，但發(fā)現(xiàn)了不同程度外觀缺陷，典型的外觀缺陷(邊墻混凝土剝蝕)見圖1，典型的外觀缺陷情況見表1，總體反映出無(wú)明顯缺陷。對(duì)溢洪道中墩進(jìn)行掃描成像，檢測(cè)結(jié)果見圖2。圖2表明，混凝土波速基本在4250m/s以上，結(jié)合混凝土質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，可以認(rèn)為混凝土狀況良好。結(jié)合混凝土鉆芯取樣檢測(cè)結(jié)果，推求混凝土強(qiáng)度在42MPa以上，詳見表2。

圖1 邊墻混凝土剝蝕

表1 上游左邊墻缺陷匯總

圖2 中墩掃描成像檢測(cè)

表2 混凝土鉆芯強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

3.2 西溢洪道

西溢洪道的檢查和檢測(cè)部位包括引渠翼墻、底板、閘墩、底板、泄槽段邊墻、溢流面?，F(xiàn)場(chǎng)檢查表明，閘室及邊墻完整，外觀狀態(tài)良好，閘墩、底板以及泄槽段邊墻均無(wú)明顯缺陷，但在閘底板及泄槽段處存在多處明顯的涂層損壞現(xiàn)象，典型的損壞情況見圖3?；炷粱貜棌?qiáng)度、保護(hù)層厚度及碳化深度的檢測(cè)情況見表3～表5。

圖3 溢流面涂層缺失

表3 回彈強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表4 保護(hù)層厚度檢測(cè)

表5 碳化深度檢測(cè)結(jié)果

3.3 水庫(kù)進(jìn)水閘

水庫(kù)進(jìn)水閘防碳化處理及整體外觀良好，閘室及翼墻無(wú)明顯缺陷，現(xiàn)場(chǎng)檢查中除了在中墩發(fā)現(xiàn)幾條裂縫以外，上游方涵的邊墩情況良好。進(jìn)水閘的混凝土回彈檢測(cè)結(jié)果見表6，結(jié)果表明混凝土回彈值較大，反映混凝土強(qiáng)度較高。

表6 回彈強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

方涵及閘墩選取若干測(cè)點(diǎn)，對(duì)混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表7。結(jié)果表明，混凝土保護(hù)層實(shí)測(cè)厚度略小于設(shè)計(jì)值，判斷可能對(duì)鋼筋銹蝕有輕度影響。

表7 混凝土保護(hù)層實(shí)測(cè)結(jié)果

對(duì)方涵和閘墩進(jìn)行了碳化深度檢測(cè)，結(jié)果表明閘墩基本無(wú)碳化，反映出水庫(kù)進(jìn)水閘閘墩混凝土防碳化處理具有良好效果，對(duì)鋼筋銹蝕無(wú)影響。方涵中墩的裂縫檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8 裂縫檢測(cè)結(jié)果

鋼筋銹蝕檢測(cè)主要針對(duì)閘門方涵邊墩和閘墩。結(jié)果表明，方涵邊墩、中墩、閘墩中鋼筋半電池電位均大于-200mV，鋼筋腐蝕發(fā)生概率低于10%。綜合碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度和氯離子含量實(shí)測(cè)結(jié)果，判斷該構(gòu)件鋼筋未銹蝕?；炷临|(zhì)量均勻性的檢測(cè)表明，方涵中墩、閘墩部位不存在明顯缺陷。

3.4 峰山口輸水閘

峰山口輸水閘外觀普查部位包括閘墩、交通橋及下游翼墻?，F(xiàn)場(chǎng)檢查未見明顯異常，交通橋也未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。典型的現(xiàn)場(chǎng)檢查情況見圖4?；炷粱貜棌?qiáng)度檢測(cè)結(jié)果和碳化深度檢測(cè)結(jié)果見表9、表10。

圖4 胸墻混凝土回彈檢測(cè)

表9 混凝土回彈強(qiáng)度結(jié)果

表10 碳化深度檢測(cè)結(jié)果

4 安全評(píng)價(jià)與建議

4.1 安全評(píng)價(jià)結(jié)果

東溢洪道的閘墩、翼墻、邊墻發(fā)現(xiàn)有不同程度的裂縫和剝蝕，在其閘墩和邊墻有超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度的較深裂縫，碳化程度較深。西溢洪道底板剝蝕較為普遍，翼墻裂縫明顯，溢流面防護(hù)涂層龜裂和脫落。翼墻裂縫寬度較大，部分貫穿；閘墩和啟閉機(jī)梁混凝土碳化較深。水庫(kù)進(jìn)水閘外觀質(zhì)量總體較好，僅在進(jìn)口方涵中墩存在裂縫。峰山口輸水閘閘墩有1條裂縫及下部防碳化涂層鼓包，下游翼墻混凝土剝蝕。

4.2 加固處理建議

東溢洪道存在的多處裂縫需補(bǔ)強(qiáng)加固，碳化深度較深的部分建議做防碳化處理，并進(jìn)行封閉。西溢洪道底板及溢流面做抗沖耐磨涂層，并對(duì)上游翼墻進(jìn)行修復(fù)，對(duì)閘墩和啟閉機(jī)梁做防碳化處理。進(jìn)水閘進(jìn)口方涵中墩裂縫需補(bǔ)強(qiáng)加固。峰山口輸水閘閘墩裂縫需加固處理，并對(duì)閘墩水下及水位變化區(qū)的混凝土進(jìn)行防碳化和防滲處理。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)懷柔水庫(kù)工程特點(diǎn)，依據(jù)混凝土檢測(cè)相關(guān)規(guī)范，采用多種檢測(cè)手段對(duì)東溢洪道、西溢洪道、水庫(kù)進(jìn)水閘、峰山口防洪閘和輸水閘混凝土結(jié)構(gòu)的外觀缺陷、構(gòu)件強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、碳化深度、裂縫深度、鋼筋銹蝕情況以及內(nèi)部缺陷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和檢測(cè)?；跈z測(cè)結(jié)果并依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水庫(kù)混凝土結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并針對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)的安全隱患提出了加固處理建議，可為水庫(kù)工程的安全運(yùn)行提供有力支撐，具有重要的實(shí)際意義。