大壩安全評(píng)價(jià)之結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)淺析

王修春

（湖南省水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410005）

引 言

2021 年4 月2 日國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固和運(yùn)行管護(hù)工作的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》）?！锻ㄖ分赋觯畮?kù)安全事關(guān)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視水庫(kù)安全工作。近年來(lái)，各地區(qū)各有關(guān)部門(mén)按照黨中央、國(guó)務(wù)院決策部署，集中開(kāi)展了幾輪大規(guī)模的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固，取得明顯成效，但部分水庫(kù)由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、管理不到位等原因，安全隱患依然嚴(yán)重?！锻ㄖ访鞔_，2022 年年底前，有序完成2020 年已到安全鑒定期限水庫(kù)的安全鑒定任務(wù)；對(duì)病險(xiǎn)程度較高的水庫(kù)，抓緊實(shí)施除險(xiǎn)加固；探索實(shí)行小型水庫(kù)專(zhuān)業(yè)化管護(hù)模式。

本文結(jié)合《通知》要求，對(duì)水庫(kù)大壩開(kāi)展除險(xiǎn)加固的前期工作——大壩安全評(píng)價(jià)進(jìn)行淺析，供業(yè)內(nèi)人士參考。大壩安全評(píng)價(jià)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和安全檢測(cè)，查明工程質(zhì)量和大壩現(xiàn)狀實(shí)際工作條件，對(duì)大壩的防洪能力、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全、抗震安全、金屬結(jié)構(gòu)安全以及運(yùn)行管理等進(jìn)行復(fù)核與評(píng)價(jià)，并指明問(wèn)題和提出建議，幫助水庫(kù)實(shí)現(xiàn)除險(xiǎn)加固、解除隱患。限于篇幅，本文結(jié)合工程實(shí)例重點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)開(kāi)展分析討論。

1 結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)概述

結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)是為了揭示大壩當(dāng)前質(zhì)量狀況，為大壩安全評(píng)價(jià)提供能顯示目前性狀的計(jì)算參數(shù)。

安全檢測(cè)主要包括：混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)、砌體結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)、金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)和壩體質(zhì)量檢測(cè)。具體根據(jù)項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)工作需要和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件確定。

混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)一般包括的內(nèi)容有：混凝土外觀質(zhì)量與缺陷檢測(cè)；主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測(cè)；混凝土碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度與銹蝕程度檢測(cè)等。

砌體結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)一般包括的內(nèi)容有：石材檢測(cè)；砌筑砂漿（細(xì)石混凝土）檢測(cè)；砌石體檢測(cè)；砌筑質(zhì)量與構(gòu)造檢測(cè)；砌石結(jié)構(gòu)損傷與變形檢測(cè)。

金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)針對(duì)水庫(kù)大壩一般指鋼閘門(mén)、攔污柵和啟閉機(jī)的安全檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容主要有：外觀質(zhì)量檢測(cè)；腐蝕檢測(cè)；材料檢測(cè)；無(wú)損檢測(cè)等。

壩體質(zhì)量檢測(cè)主要通過(guò)鉆探試驗(yàn)檢測(cè)壩體填筑質(zhì)量、壩體及壩基覆蓋層的滲透參數(shù)等。

下面結(jié)合工程實(shí)例對(duì)主要檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)手段及檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析討論。

2 工程實(shí)例

某水電站位于銅仁市境內(nèi)，屬于錦江小水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的一級(jí)，距銅仁市區(qū)6 km，地理位置為東經(jīng)109°14′7″，北緯27°42′57″，壩址以上總流域面積3 346 km2?，F(xiàn)狀大壩左岸有條寬約3 m 的泥結(jié)石進(jìn)廠公路，右岸設(shè)有長(zhǎng)1.5 km 的公路與下游長(zhǎng)2.6 km 的鄉(xiāng)村公路相接，廠區(qū)內(nèi)通過(guò)壩頂交通橋連通電站左、右岸公路，交通較為便利。

該水電站是一座具有改善水環(huán)境、防洪、發(fā)電、旅游、航運(yùn)等多功能的綜合性水利工程，電站屬壩后式。水庫(kù)調(diào)節(jié)性為日調(diào)節(jié)，正常蓄水位244.30 m，設(shè)計(jì)洪水位247.14 m（P=2%），校核洪水位251.02 m（P=0.2%），死水位243.50 m?？値?kù)容3 481 萬(wàn)m3，電站裝機(jī)3 臺(tái)，總裝機(jī)容量21.0 MW（3×7 000 kW），屬中型水庫(kù)，樞紐建筑工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4 級(jí)。

根據(jù)地形地質(zhì)條件，大壩為混凝土閘壩，壩軸線方位角為142.6°，全長(zhǎng)252.0 m（左岸非溢流壩段長(zhǎng)38.1 m，左岸滾水壩段長(zhǎng)31.4 m，中間溢流壩段長(zhǎng)112.9 m，右岸非溢流壩段長(zhǎng)69.6 m），壩頂高程252.50 m，非溢流壩段壩頂寬6.00 m，滾水壩段壩頂寬3.00 m，壩基最低高程為229.00 m，最大壩高23.50 m，溢流壩段布置于河流中間，廠房等建筑物布置于右岸非溢流壩段壩后。

根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的相關(guān)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，本次安全檢測(cè)主要內(nèi)容有混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)、金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)、大壩鉆孔檢測(cè)3 大項(xiàng)內(nèi)容，詳見(jiàn)表1。

表1 安全檢測(cè)主要內(nèi)容

3 混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)

3.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

混凝土強(qiáng)度檢測(cè)采用回彈法，按照《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）進(jìn)行。本項(xiàng)目采用HT225-B 回彈儀。測(cè)區(qū)均勻分布，相鄰兩測(cè)點(diǎn)的間距為20 cm，測(cè)區(qū)避開(kāi)鋼筋密集區(qū)和預(yù)埋件，測(cè)試時(shí)選擇構(gòu)件表面平整、干燥，沒(méi)有結(jié)構(gòu)縫/裂縫并避開(kāi)蜂窩、麻面部位，并用砂輪將表面磨平，清潔干凈。

根據(jù)測(cè)區(qū)回填數(shù)據(jù)計(jì)算平均回彈值，從測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中剔除3 個(gè)最大值和3 個(gè)最小值，其余10 個(gè)回彈值按下式計(jì)算：

式中 Rm——測(cè)區(qū)平均回彈值；

Ri——第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值。

因本次檢測(cè)均為水平向檢測(cè)，因此不進(jìn)行角度修正。

3.2 混凝土碳化深度檢測(cè)

混凝土構(gòu)件的碳化深度測(cè)量是在每個(gè)回彈測(cè)區(qū)內(nèi)布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)在不同位置量測(cè)3 個(gè)測(cè)值，測(cè)試時(shí)用沖擊鉆在測(cè)區(qū)表面鉆開(kāi)直徑為15 mm 的孔洞，其深度應(yīng)大于混凝土的碳化深度，清除孔洞中的粉末和碎屑后，立即用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，碳化部分的混凝土不變顏色，而未碳化部分的混凝土?xí)兂勺霞t色，然后用碳化深度測(cè)量?jī)x測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，每次讀數(shù)應(yīng)精確至0.25 mm，取3 次測(cè)量的平均值作為檢測(cè)結(jié)果，并精確至0.5 mm。

3.3 混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)上述檢測(cè)值依據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）計(jì)算結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度，所采用的公式為：

該部位混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，混凝土推定強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)要求。經(jīng)檢測(cè)，其他檢測(cè)結(jié)果均滿足原設(shè)計(jì)要求。

4 金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)

4.1 金屬結(jié)構(gòu)涂層厚度檢測(cè)

依據(jù)《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》（SL 105-2007）相關(guān)規(guī)定，利用MC-2000D 型涂鍍層測(cè)厚儀采用電磁感應(yīng)法測(cè)量涂（鍍）層的厚度。位于部件表面的探頭產(chǎn)生一個(gè)閉合的磁回路，隨著探頭與鐵磁性材料間距離的改變，該磁回路將不同程度的改變，引起磁阻及探頭線圈電感的變化。取1#閘門(mén)防腐涂層檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)表3。

表2 某一部位檢測(cè)及計(jì)算結(jié)果

表3 1#閘門(mén)防腐涂層檢測(cè)結(jié)果表 μm

由表3 可知，閘門(mén)抽樣檢測(cè)的涂層厚度平均值為122.8～139.9 μm，抽樣檢測(cè)的涂層厚度均小于150 μm，檢測(cè)結(jié)果表明，閘門(mén)涂層厚度均不滿足原設(shè)計(jì)要求，外部環(huán)境對(duì)涂層影響較大，特別是易受水力沖刷部位，涂層厚度損失較大。

4.2 金屬結(jié)構(gòu)腐蝕狀態(tài)檢測(cè)

采用HCH-2000C 超聲波測(cè)厚儀對(duì)閘門(mén)的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。由于閘門(mén)面板的水上、水下部分腐蝕狀況有較大差別，因此對(duì)水上、水下分別劃分測(cè)量單元，分別檢測(cè)，以使得檢測(cè)結(jié)果能更準(zhǔn)確的反映面板的腐蝕狀況。取1#閘門(mén)腐蝕狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)表4。

由表4 可知，面板受腐蝕狀況最大，特別是易受水力作用部位。依據(jù)《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》（SL 105-2007）相關(guān)規(guī)定，腐蝕狀況較大部位評(píng)定為B 級(jí)，其他為A 級(jí)。

表4 1#閘門(mén)腐蝕狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果表

4.3 金屬結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度檢測(cè)

本次安全檢測(cè)采用里氏硬度計(jì)對(duì)弧形閘門(mén)面板、主梁、縱梁的材料硬度進(jìn)行測(cè)量，按《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》（GB/T 1172-1999）換算出閘門(mén)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度的近似值，取1#閘門(mén)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)表5。

表5 1#閘門(mén)材料強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果表

本工程閘門(mén)面板、主梁、縱梁使用鋼材均為Q235B，極限抗拉強(qiáng)度值為370 N/mm2，根據(jù)材料強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果，并查表推算材料極限抗拉強(qiáng)度滿足材料強(qiáng)度要求。

4.4 金屬結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)

依據(jù)GB/T 14173-2008 規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，利用CTS-1002 金屬超聲波探傷儀對(duì)鋼閘門(mén)、壓力鋼管等金屬結(jié)構(gòu)的主要焊縫進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)方法為超聲直接接觸法。采用超聲波方法檢測(cè)鋼閘門(mén)主要構(gòu)件焊縫缺陷：將超聲波探頭置于被測(cè)焊縫側(cè)，超聲波經(jīng)過(guò)耦合劑入射到焊縫內(nèi)部，在遇缺陷時(shí)，聲波被反射后又由超聲波探頭接收。根據(jù)反射回波在探傷儀熒光屏上的位置和波幅高低判斷缺陷的大小和位置。依據(jù)規(guī)范《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB/T 11345-2013 對(duì)焊縫缺陷進(jìn)行分級(jí)評(píng)定。

本次抽檢二類(lèi)焊縫共5 800 mm，合格5 800 mm，合格率為100%，所抽檢焊縫均未發(fā)現(xiàn)裂紋等嚴(yán)重危害性超標(biāo)缺陷。

5 鉆孔試驗(yàn)檢測(cè)

5.1 壓水試驗(yàn)檢測(cè)

壓水試驗(yàn)是采用高壓方式把水壓入鉆孔，根據(jù)巖體吸水量計(jì)算了解巖體裂隙發(fā)育情況和透水性的一種原位試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)是用專(zhuān)門(mén)的止水設(shè)備把一定長(zhǎng)度的鉆孔試驗(yàn)段隔離出來(lái)，然后用固定的水頭向這一段鉆孔壓水，水通過(guò)孔壁周?chē)牧严断驇r體內(nèi)滲透，最終滲透的水量會(huì)趨于一個(gè)穩(wěn)定值。根據(jù)壓水水頭、試段長(zhǎng)度和穩(wěn)定滲入水量，可以判定巖體透水性的強(qiáng)弱。

依據(jù)《水利水電工程壓水試驗(yàn)規(guī)程》SL 31-2003 對(duì)開(kāi)展鉆孔壓水試驗(yàn)，取其中一個(gè)鉆孔試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)表6。

表6 鉆孔壓水試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表

壓水試驗(yàn)過(guò)程中，上下游壩面未發(fā)現(xiàn)明顯漏水點(diǎn)，壩體透水率滿足原設(shè)計(jì)要求；因本次鉆孔受場(chǎng)地條件限制，未在防滲帷幕上鉆孔，基巖透水率超過(guò)設(shè)計(jì)值；但查閱原施工資料及施工期檢查孔壓水試驗(yàn)，帷幕灌漿段基巖平均透水率為1.57～2.37 Lu，各試段透水率均小于5 Lu，單元工程合格率達(dá)100%，帷幕灌漿的施工質(zhì)量可靠。

5.2 聲波檢測(cè)

對(duì)鉆孔采用HX-SY02B 非金屬超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行聲波檢測(cè)。采用單孔法進(jìn)行聲波測(cè)試。聲波檢測(cè)成果表見(jiàn)圖1。

圖1 鉆孔聲波檢測(cè)成果表

聲波測(cè)試結(jié)果顯示混凝土聲波波速為3 878～4 919 m/s，平均值為4 342 m/s，壩基聲波波速為3 805～5 602 m/s，平均值為4 442 m/s；檢測(cè)情況表明壩體、壩基聲波波速較高，聲波曲線顯示，壩體、壩基段內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)波速突變的現(xiàn)象，說(shuō)明壩體及壩基密實(shí)度較好，強(qiáng)度較高。

6 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)大壩開(kāi)展安全檢測(cè)，判斷大壩壩體的質(zhì)量狀況，對(duì)大壩后期開(kāi)展安全評(píng)價(jià)提供依據(jù)。根據(jù)本次安全檢測(cè)，提出大壩運(yùn)行管理建議：

1）壩體混凝土強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)要求，但不同構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的碳化，混凝土強(qiáng)度和鋼筋保護(hù)層厚度均有不同程度的損傷。因此后期運(yùn)行過(guò)程中要注重使用環(huán)境的改善，如降低空氣中二氧化碳含量，在混凝土碳化程度高的構(gòu)件表面設(shè)置防護(hù)層等，來(lái)降低混凝土的碳化速率。

2）金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的涂層脫落和銹蝕現(xiàn)象，雖不影響大壩的安全運(yùn)行，仍造成一定的隱患。建議加強(qiáng)后期更新維護(hù)，定期更新涂層等。

3）現(xiàn)時(shí)壩體防滲滿足運(yùn)行功能，后期管理應(yīng)加強(qiáng)巡視，建議增設(shè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，定期分析，及時(shí)掌握大壩的穩(wěn)定情況，為后期工作提供科學(xué)依據(jù)。