龍門(mén)石窟賓陽(yáng)洞窟檐穩(wěn)定性評(píng)估研究

孫 蓓， 李文成

(1.龍門(mén)石窟研究院 河南 洛陽(yáng) 471023， 2.武漢大學(xué) 湖北 武漢 430040)

龍門(mén)石窟是皇家佛教藝術(shù)典范，是河洛文化的璀璨明珠。據(jù)《魏書(shū)·釋老志》記載賓陽(yáng)三洞是北魏宣武帝為其父母孝文帝和文昭皇太后做功德所營(yíng)造的洞窟，開(kāi)鑿24年，其富麗堂皇景象冠極龍門(mén)數(shù)千窟龕。20世紀(jì)90年代原龍門(mén)石窟研究所逐步加強(qiáng)文物保護(hù)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，賓陽(yáng)洞窟檐于1990年6月由洛陽(yáng)市建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，1991年11月建造完工?？唛苷w為懸挑式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)挑梁和檐板支撐于山體巖壁，正壁窟檐總長(zhǎng)40 m、寬7 m。賓陽(yáng)洞窟檐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很好地保護(hù)了崖壁洞窟，使其免受雨水沖淋侵蝕。但近幾年，龍門(mén)石窟工作人員在對(duì)賓陽(yáng)洞三窟檐結(jié)構(gòu)的例行檢查中發(fā)現(xiàn)，窟檐混凝土梁和檐板存在不同程度的開(kāi)裂露筋現(xiàn)象，檐板與巖石連接部位存在較嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，有必要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估，以確保龍門(mén)石窟世界文化遺產(chǎn)的永久傳承。

1 評(píng)估的緊迫性

龍門(mén)石窟賓陽(yáng)洞窟檐是由深入到巖石中的鋼筋混凝土懸臂梁支撐預(yù)制板懸空建造，窟檐周邊石灰?guī)r構(gòu)造裂隙交錯(cuò)發(fā)育。由于地質(zhì)風(fēng)化作用和鋼筋混凝土的耐久性劣化作用，窟檐部分懸臂梁與巖石面接觸部位出現(xiàn)裂縫，預(yù)制板也出現(xiàn)裂紋，存在安全隱患。主要表現(xiàn)在懸臂梁尺寸小、混凝土板長(zhǎng)度大、荷載大、鋼筋銹蝕嚴(yán)重、碳化深度達(dá)100～150 mm，多處Φ6 mm箍筋裸露出現(xiàn)裂縫，Φ12～18 mm主筋嚴(yán)重銹蝕，混凝土強(qiáng)度驟降和梁板根部使用砌筑的支撐石墻對(duì)下部洞窟產(chǎn)生巨大的壓力等。賓陽(yáng)洞窟檐中部一塊混凝土板已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一條橫向貫通裂紋，長(zhǎng)期嚴(yán)重滲漏水，加劇了石刻文物的風(fēng)化狀況，因此，為避免窟檐發(fā)生無(wú)征兆脆性斷裂，非常有必要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估，這是石窟病害治理和加強(qiáng)文物保護(hù)的必然要求，也是確保龍門(mén)石窟世界文化遺產(chǎn)永久傳承的客觀(guān)需要。

2 窟檐結(jié)構(gòu)狀況

龍門(mén)石窟賓陽(yáng)洞窟檐為懸挑式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，窟檐通過(guò)挑梁和檐板支撐于山體巖壁，建造目的是防止窟檐下部石刻文物受到淋雨淋風(fēng)化(見(jiàn)圖1)。窟檐混凝土預(yù)制板總長(zhǎng)度55 m，寬度7 m，厚度150 mm，懸臂梁13根，長(zhǎng)度6 m，深入巖體1.5 m，懸空高度18 m，總重量約150 t?？唛芙Y(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，分別是賓陽(yáng)洞上方窟檐結(jié)構(gòu)和賓陽(yáng)洞東南側(cè)窟檐結(jié)構(gòu)。賓陽(yáng)洞上方窟檐結(jié)構(gòu)南北方向總長(zhǎng)約為37.345 m，東西方向總寬約為7.0 m。賓陽(yáng)洞東南側(cè)窟檐結(jié)構(gòu)東西方向總長(zhǎng)約為9.15 m，南北方向總寬約為2.7 m。賓陽(yáng)洞上方窟檐結(jié)構(gòu)又分為3部分，分別為賓陽(yáng)南洞窟檐結(jié)構(gòu)、賓陽(yáng)中洞窟檐結(jié)構(gòu)和賓陽(yáng)北洞窟檐結(jié)構(gòu)。賓陽(yáng)南洞窟檐板檐口距隔離護(hù)欄處地面高度約16.53 m，整體呈 “L”形布置，懸挑梁為變截面鋼筋混凝土梁，梁截面尺寸約為300 mm×(360～730) mm、300 mm×(360～880) mm不等，板寬約為4500～4850 mm，板厚為100 mm；賓陽(yáng)中洞窟檐板檐口距隔離護(hù)欄處地面高度約17.0 m，整體呈矩形布置，懸挑梁為變截面鋼筋混凝土梁，梁截面尺寸約為300 mm×(360～800) mm、300 mm×(470～660) mm 、300 mm×(580～600) mm不等，板寬約為4500～4850 mm，板厚為100 mm；賓陽(yáng)北洞窟檐板檐口距隔離護(hù)欄處地面高度16.42 m,整體呈“L”形布置，懸挑梁為變截面鋼筋混凝土梁，梁截面尺寸為300 mm×(360～820) mm、300 mm×(360～840) mm、300 mm×(360～750) mm不等，板寬約為3750～4500 mm，板厚為100 mm。

圖1 賓陽(yáng)洞窟檐檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

賓陽(yáng)洞南側(cè)窟檐結(jié)構(gòu)窟檐板檐口距隔離護(hù)欄處地面高度 7.5 m，長(zhǎng)度方向與賓陽(yáng)洞上方窟檐結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向垂直,并與賓陽(yáng)南洞窟檐結(jié)構(gòu)在投影面上局部有重合。結(jié)構(gòu)整體呈矩形布置,懸挑梁為變截面鋼筋混凝土梁,梁截面尺寸約為200 mm×(220～350) mm、200 mm×(220～510) mm不等,板寬約為1700～2700 mm,板厚為100 mm。

3 評(píng)估研究規(guī)范和技術(shù)方法

3.1 檢測(cè)依據(jù)和技術(shù)規(guī)范

檢測(cè)依據(jù)技術(shù)規(guī)范主要有《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50344-2019)[1]、《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2018)[2]、《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50784-2013)[3]、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)(2015)[4]、《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2011)[5]、《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02：2005)[6]、《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T152-2019)[7]。參考技術(shù)規(guī)范主要有《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)(2015 版)、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)[8]、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)(2016 版)[9]、《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50152-2012)[10]、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS220：2007)、《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估導(dǎo)則》(WW/T 0048-2014)和《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50292-2015)。

3.2 使用檢測(cè)儀器

檢測(cè)使用的儀器和工具主要有激光測(cè)距儀、ZC3-A型混凝土回彈儀、游標(biāo)卡尺、PS200型鋼筋探測(cè)儀、非金屬超聲波檢測(cè)儀、鋼筋銹蝕儀、裂縫測(cè)寬儀、百分表、電錘、角磨機(jī)、鋼卷尺和照相機(jī)等。

3.3 技術(shù)方法

采用的技術(shù)方法和工作步驟，主要從窟檐的安全性、適用性和耐久性3個(gè)方面考慮。首先在龍門(mén)石窟研究院資料室詳細(xì)查閱調(diào)研相關(guān)技術(shù)圖紙資料，主要包括查閱窟檐區(qū)域工程地質(zhì)勘察報(bào)告、原設(shè)計(jì)圖、竣工圖、竣工驗(yàn)收文件和檢查觀(guān)測(cè)記錄等資料，掌握窟檐周?chē)啐愇奈锉Ｗo(hù)狀況和景區(qū)大氣環(huán)境溫濕度條件，向相關(guān)知情人了解詢(xún)問(wèn)歷年維修加固和防滲漏治理情況，準(zhǔn)確研判窟檐的歷史和現(xiàn)狀,為下一階段制定相應(yīng)的技術(shù)方法做充分準(zhǔn)備。其次實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)布置狀況及構(gòu)件截面尺寸,普查結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷及外觀(guān)缺陷，檢測(cè)鋼筋混凝土構(gòu)件、混凝土強(qiáng)度和混凝土碳化深度，檢測(cè)鋼筋混凝土構(gòu)件配筋和銹蝕狀況，然后實(shí)施結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定和結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估。

3.3.1 結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件截面尺寸復(fù)核

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)窟檐結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)圖紙缺失,現(xiàn)場(chǎng)采用激光測(cè)距儀、5 m鋼卷尺等對(duì)窟檐結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行探查和測(cè)量,對(duì)窟檐結(jié)構(gòu)的混凝土梁及混凝土板的截面尺寸進(jìn)行測(cè)量。

3.3.2 結(jié)構(gòu)損傷及外觀(guān)缺陷普查

現(xiàn)場(chǎng)采用目測(cè)、尺量和儀器探測(cè)等方法對(duì)窟檐結(jié)構(gòu)的損傷狀況及外觀(guān)缺陷進(jìn)行全面檢查。重點(diǎn)檢查結(jié)構(gòu)的外觀(guān)缺陷及結(jié)構(gòu)損傷、構(gòu)件連接情況等。混凝土結(jié)構(gòu)主要檢查其表面蜂窩、麻面、孔洞、夾渣、露筋和裂縫狀況?；炷翗?gòu)件裂縫的檢測(cè)包括裂縫的位置、寬度、形態(tài)和數(shù)量，采用裂縫分布示意圖的形式記錄，對(duì)所有損傷缺陷準(zhǔn)確標(biāo)注。

3.3.3 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)采用超聲回彈綜合法抽樣檢測(cè)混凝土梁的混凝土抗壓強(qiáng)度，采用回彈法抽樣檢測(cè)混凝土板的混凝土抗壓強(qiáng)度。

(1)回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度

回彈法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，數(shù)據(jù)分析按照《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2011)的規(guī)定執(zhí)行。構(gòu)件的混凝土回彈強(qiáng)度推定值確定方法是在抽樣檢測(cè)的每一構(gòu)件表面布置回彈測(cè)區(qū)并測(cè)試測(cè)區(qū)的回彈值。在每一測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，相鄰兩測(cè)點(diǎn)的凈距不宜小于20 mm，每一測(cè)點(diǎn)的回彈值讀數(shù)估讀至1。從該測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值后，按下式計(jì)算余下10個(gè)回彈值的平均值Rm。

式中Rm為測(cè)區(qū)平均回彈值，精確至0.1，Ri為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值，測(cè)量構(gòu)件的碳化深度值。構(gòu)件各測(cè)區(qū)的回彈值測(cè)量完畢后，在有代表性的位置上測(cè)量碳化深度值，測(cè)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)的30%，取其平均值為該構(gòu)件每一測(cè)區(qū)的碳化深度值。由構(gòu)件各測(cè)區(qū)的混凝土平均回彈值和碳化深度值計(jì)算其強(qiáng)度換算值[11]。

(2)超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度

超聲回彈綜合法檢測(cè)構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度推定值方法是在混凝土構(gòu)件抽樣檢測(cè)的部位(2個(gè)對(duì)應(yīng)的側(cè)面)布置測(cè)區(qū)。對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的每一測(cè)區(qū)，應(yīng)先進(jìn)行回彈測(cè)試，后進(jìn)行超聲測(cè)試。計(jì)算混凝土抗壓強(qiáng)度換算值時(shí)，非同一測(cè)區(qū)內(nèi)的回彈值和聲速值不得混用。測(cè)量回彈值應(yīng)在構(gòu)件測(cè)區(qū)內(nèi)超聲波的發(fā)射和接收面各彈擊8點(diǎn)，回彈測(cè)點(diǎn)在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)宜均勻布置，但不得布置在氣孔或外露石子上，相鄰兩測(cè)點(diǎn)的間距不宜小于30 mm，測(cè)點(diǎn)距構(gòu)件邊緣或外露鋼筋、鐵件的距離不小于50 mm，同一測(cè)點(diǎn)只允許彈擊一次。每一測(cè)點(diǎn)的回彈值，測(cè)讀精確度至1。測(cè)區(qū)回彈代表值應(yīng)從該測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中剔除3個(gè)較大值和3個(gè)較小值，根據(jù)其余10個(gè)有效回彈值計(jì)算平均值即為該測(cè)區(qū)回彈代表值R。測(cè)試時(shí)回彈儀處于非水平狀態(tài)，同時(shí)測(cè)試面又非混凝土澆筑方向的側(cè)面，則應(yīng)對(duì)測(cè)得的回彈值先進(jìn)行角度修正，然后再進(jìn)行頂面或底面修正[12]。

3.3.4 碳化深度檢測(cè)

碳化深度一方面可以反映混凝土構(gòu)件的耐久性能，另一方面也對(duì)混凝土的回彈值有較大的影響?；炷林兴嗨锍嗜鯄A性，混凝土包裹在鋼筋表面，在鋼筋表面形成具有保護(hù)作用的“鈍化膜”，即所謂的“堿性保護(hù)”。隨著時(shí)間的流逝，空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成分緩慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，混凝土由外到內(nèi)逐漸失去堿性成分(即“碳化”)，一旦碳化深度達(dá)到或超過(guò)混凝土保護(hù)層厚度，鋼筋表面的“鈍化膜”就會(huì)被破壞，混凝土就會(huì)失去保護(hù)作用，這時(shí)外界水分和腐蝕性物質(zhì)通過(guò)混凝土毛細(xì)孔侵入到鋼筋表面，使其開(kāi)始銹蝕。混凝土碳化后，其表面硬度增加，回彈值增大，因此，用回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)，必須考慮混凝土碳化深度的影響[13]。

混凝土碳化深度檢測(cè)是在部分有代表性的混凝土回彈測(cè)區(qū)的回彈值測(cè)試完畢后，在測(cè)區(qū)位置上布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量混凝土的碳化深度值。采用電錘工具在測(cè)點(diǎn)表面形成直徑8 mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度或保護(hù)層厚度。除凈孔洞中的粉末和碎屑。采用濃度為1%～2%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，未碳化的混凝土呈粉紅色，已碳化的混凝土不變色。當(dāng)已碳化與未碳化界線(xiàn)清楚時(shí)，再用碳化深度測(cè)量?jī)x或游標(biāo)卡尺測(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，測(cè)量不應(yīng)少于3次，每次讀數(shù)精確到0.25 mm，取多次測(cè)量值的平均值作為該測(cè)點(diǎn)的碳化深度值，精確至0.5 mm。該測(cè)點(diǎn)的碳化深度值即為該回彈測(cè)區(qū)的碳化深度值。

3.3.5 鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)使用喜利得PS200S型鋼筋探測(cè)儀，采用電磁感應(yīng)法，抽樣檢測(cè)鋼筋保護(hù)層厚度。鋼筋保護(hù)層厚度測(cè)區(qū)與鋼筋探測(cè)區(qū)布置在同一位置，每個(gè)測(cè)區(qū)布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行受力鋼筋保護(hù)層厚度的檢測(cè)。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-2015)規(guī)定梁構(gòu)件縱向受力鋼筋保護(hù)層厚度的允許偏差“+10～-7 mm”；板構(gòu)件縱向受力鋼筋保護(hù)層厚度的允許偏差“+8～-5 mm”。

3.3.6 鋼筋混凝土構(gòu)件配筋檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用喜利得PS200型鋼筋探測(cè)儀對(duì)混凝土構(gòu)件(主要指檐板和挑梁)的鋼筋直徑、根數(shù)、間距等進(jìn)行抽樣探測(cè)。抽樣方法按照《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50344-2004)第3.3.13條對(duì)B類(lèi)檢測(cè)檢測(cè)批最小樣本容量的要求確定，且每類(lèi)構(gòu)件抽檢量均不少于3個(gè)(檐板和挑梁)。

3.3.7 構(gòu)件鋼筋銹蝕狀況檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)鋼筋銹蝕檢測(cè)包括兩部分：(1)對(duì)存在明顯鋼筋外露銹蝕的混凝土構(gòu)件進(jìn)行普查，并抽取已發(fā)生明顯銹脹的構(gòu)件，鑿除表面混凝土疏松層后，對(duì)發(fā)生銹蝕的鋼筋進(jìn)行打磨，測(cè)量其剩余直徑。(2)對(duì)構(gòu)件非外露鋼筋采用電化學(xué)測(cè)定方法中的半電池電位法進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)方法根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50344-2019)、《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 152-2019)規(guī)定，在抽樣檢測(cè)的鋼筋混凝土構(gòu)件表面布置測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)范圍500 mm×500 mm，在測(cè)區(qū)上布置測(cè)試網(wǎng)格，網(wǎng)格間距為100 mm×100 mm，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)，每一測(cè)區(qū)中的測(cè)點(diǎn)數(shù)為36個(gè)，測(cè)點(diǎn)與構(gòu)件邊緣的距離應(yīng)大于50 mm[14]。

3.4 結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)

為了進(jìn)一步研究窟檐結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)下的承載力是否滿(mǎn)足要求，現(xiàn)場(chǎng)采用原位加載法對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常使用極限狀態(tài)下的承載力進(jìn)行評(píng)估。在加載區(qū)域逐級(jí)增加均布荷載的方法進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)儀器觀(guān)察混凝土梁及混凝土板的撓度變化和裂縫發(fā)展情況以及懸挑梁根部巖石的變形及破壞情況，進(jìn)而定性判斷窟檐結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)下的承載力及巖體和窟檐結(jié)構(gòu)的連接狀況。

4 檢測(cè)主要內(nèi)容

4.1 窟檐結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

4.1.1 構(gòu)件截面尺寸測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)采用激光測(cè)距儀及鋼卷尺對(duì)窟檐的結(jié)構(gòu)布置、混凝土梁的截面和混凝土板的厚度進(jìn)行了測(cè)量。檢測(cè)結(jié)果顯示：(1)窟檐結(jié)構(gòu)混凝土梁為變截面梁，梁寬約為300 mm，梁端部高度約為360 mm(4軸上層梁約為470 mm，9軸上層梁約為580 mm)，梁根部高度各梁不等，約為660～880 mm之間，各梁長(zhǎng)度不等，約為3900～4700 mm之間。(2)窟檐結(jié)構(gòu)混凝土板厚度介于104～109 mm之間。

4.1.2 結(jié)構(gòu)損傷及外觀(guān)缺陷普查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)窟檐結(jié)構(gòu)存在的主要外觀(guān)缺陷和損傷有：(1)共有9條混凝土梁存在銹脹開(kāi)裂、露筋銹蝕等現(xiàn)象。其中有5條梁存在上部主筋銹脹、混凝土開(kāi)裂或主筋局部外露銹蝕等現(xiàn)象，10/B-C軸挑梁銹脹開(kāi)裂較嚴(yán)重，銹脹開(kāi)裂總長(zhǎng)度10.35 m，露筋銹蝕面積0.08 m2；有6條梁存在梁底縱筋銹脹、混凝土開(kāi)裂或縱筋局部外露銹蝕等現(xiàn)象，銹脹開(kāi)裂總長(zhǎng)度9.9 m，露筋銹蝕面積0.08 m2；有6條梁存在梁側(cè)箍筋銹脹、混凝土開(kāi)裂或箍筋外露銹蝕等現(xiàn)象。(2)共有10塊混凝土板存在開(kāi)裂、滲水、析晶及銹脹開(kāi)裂、破損露筋等現(xiàn)象，其中10塊板上共發(fā)現(xiàn)14條裂縫，總長(zhǎng)度約32.75 m，最大裂縫寬度約為0.34～0.52 mm；有3塊板上存在銹脹開(kāi)裂、破損露筋現(xiàn)象，總面積約0.085 m2。(3)窟檐板上局部區(qū)域防水層破損，防水卷材與山體巖石粘接處普遍開(kāi)裂，窟檐板下方巖體處多處滲水，并有白色晶體析出。(4)2軸梁根部混凝土柱出現(xiàn)劈裂及銹脹開(kāi)裂現(xiàn)象，較為嚴(yán)重；梁與巖體連接的下排錨筋外露，基本失去錨固作用。(5)窟檐結(jié)構(gòu)巖壁上巖體裂隙存在不同程度的開(kāi)裂現(xiàn)象。

4.1.3 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用超聲回彈綜合法抽樣檢測(cè)混凝土梁和混凝土板的抗壓強(qiáng)度，并采用齡期修正法對(duì)混凝土板的回彈強(qiáng)度進(jìn)行修正?？唛芙Y(jié)構(gòu)建造于1991年，已使用30年，根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50292-2015)附錄K的規(guī)定，取回彈法檢測(cè)得到的窟檐板混凝土抗壓強(qiáng)度齡期修正系數(shù)αn=0.916。抽檢結(jié)果顯示：(1)窟檐結(jié)構(gòu)混凝土梁的混凝土抗壓強(qiáng)度為28.9 MPa；(2)窟檐結(jié)構(gòu)混凝土板的混凝土抗壓強(qiáng)度為29.1 MPa。

4.1.4 混凝土碳化深度檢測(cè)

本次檢測(cè)抽樣測(cè)試了窟檐結(jié)構(gòu)的混凝土梁及混凝土板的混凝土碳化深度。檢測(cè)結(jié)果顯示：窟檐結(jié)構(gòu)混凝土的混凝土碳化深度在10.5～12.5 mm之間；混凝土板的混凝土碳化深度在10.5～12.5 mm之間?；炷亮杭盎炷涟宓幕炷撂蓟疃戎稻闯^(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的鋼筋保護(hù)層厚度，暫不存在混凝土碳化失去堿性保護(hù)而使鋼筋發(fā)生銹蝕的可能。

4.1.5 鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋配置檢測(cè)

檢測(cè)結(jié)果顯示：(1)混凝土梁梁頂縱筋均為4根18帶肋鋼筋，梁側(cè)單側(cè)腰筋均為2根18帶肋鋼筋，梁底縱筋均為2根18帶肋鋼筋；箍筋為直徑6 mm光圓鋼筋，箍筋平均間距介于160～190 mm之間；箍筋保護(hù)層厚度介于19～25 mm之間。(2)混凝土板配置為單層鋼筋，支座處(混凝土梁處)配置有負(fù)筋，但受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，支座負(fù)筋無(wú)法檢測(cè)；板底雙向鋼筋均為直徑14 mm帶肋鋼筋；短邊方向(南北方向)鋼筋間距介于161～203 mm之間，長(zhǎng)邊方向(東西方向)鋼筋間距介于158～192 mm之間；最外側(cè)鋼筋保護(hù)層厚度介于13～21 mm之間。

4.1.6 鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋銹蝕狀況檢測(cè)

檢測(cè)結(jié)果顯示：(1)窟檐混凝土梁梁頂(梁底)銹脹及外露縱筋(腰筋)未銹蝕部位實(shí)測(cè)鋼筋直徑介于17.3～17.5 mm之間，鋼筋除銹后剩余直徑介于15.9～16.5 mm之間，鋼筋截面面積銹蝕率介于10.1%～17.4%之間；混凝土梁箍筋未銹蝕部位實(shí)測(cè)鋼筋直徑介于6.1～6.3 mm之間，鋼筋除銹后剩余直徑介于5.3～5.4 mm之間，鋼筋截面面積銹蝕率介于24.1%～26.5%之間。(2)窟檐結(jié)構(gòu)非外露鋼筋銹蝕發(fā)生的概率為5%，可能局部存在坑蝕現(xiàn)象。

5 窟檐結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)

5.1 加載區(qū)域和加載方式

窟檐結(jié)構(gòu)混凝土梁為懸挑構(gòu)件，混凝土板為連續(xù)雙向板，梁板主要以彎曲破壞為主，加載試驗(yàn)主要考察梁板極限狀態(tài)下的承載力情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，選取了兩塊代表性區(qū)域進(jìn)行加載試驗(yàn)，分別在第4-7和第6-9混凝土梁區(qū)域間的3 塊混凝土板(見(jiàn)圖2和圖3)上安置長(zhǎng)8.0 m，寬4.0 m，高1.0 m的水箱容器，均勻布施加水荷載，每塊區(qū)域選取2根混凝土梁和2塊混凝土板布置測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖4)監(jiān)控其撓度及裂縫變化，按荷載的準(zhǔn)永久組合，最大加載值為0.90 kN/m2。

圖2 4-7軸窟檐結(jié)構(gòu)加載區(qū)域示意圖

試驗(yàn)結(jié)果表明：測(cè)試的4條混凝土梁的最大撓度值介于0.18～0.40 mm之間，測(cè)試的3塊混凝土板的最大撓度值介于0.31～0.39 mm之間，撓度值均小于撓度檢驗(yàn)允許值，且在加載過(guò)程中，加載區(qū)域內(nèi)梁、板均未發(fā)現(xiàn)有明顯開(kāi)裂現(xiàn)象，可認(rèn)為窟檐結(jié)構(gòu)抗壓承載力滿(mǎn)足正常使用要求。但根據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示，卸載后混凝土梁、板均存在一定程度的殘余變形，以5/B-C軸混凝土梁和5-6/B-C軸混凝土板的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，詳見(jiàn)表1和表2。

圖3 6-9軸窟檐結(jié)構(gòu)加載區(qū)域示意圖

圖4 撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

表1 5/B-C軸混凝土梁試驗(yàn)結(jié)果匯總表(撓度)

6 結(jié)構(gòu)安全性鑒定評(píng)級(jí)

賓陽(yáng)洞窟檐結(jié)構(gòu)分為上方窟檐結(jié)構(gòu)和南側(cè)窟檐結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分，混凝土梁為主要構(gòu)件，混凝土板為次要構(gòu)件，混凝土梁嵌固于巖體中，并由錨固于巖體中的鋼筋與梁連接，窟檐結(jié)構(gòu)布置合理，形成完整的體系，傳力路徑明確，結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件選型、整體性構(gòu)造和連接等基本符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件截面尺寸測(cè)量結(jié)果、結(jié)構(gòu)損傷及外觀(guān)缺陷普查結(jié)果、混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果、混凝土碳化深度檢測(cè)結(jié)果、鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋配置檢測(cè)結(jié)果、鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋銹蝕狀況檢測(cè)結(jié)果和荷載試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)受檢混凝土梁板的撓度值較小，梁板錨筋局部存在中度銹蝕現(xiàn)象，較嚴(yán)重的2軸混凝土梁板開(kāi)裂、錨筋銹脹失效，實(shí)測(cè)鋼筋保護(hù)層厚度普遍低于規(guī)范要求的最小保護(hù)層厚度，部分混凝土板上存在長(zhǎng)期開(kāi)裂和滲漏水。依據(jù)《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估導(dǎo)則》(WW/T 0048-2014)[15]中的規(guī)定，該窟檐結(jié)構(gòu)不屬于文物，因此，對(duì)該結(jié)構(gòu)的安全性鑒定按照《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50292-2015)[16]所規(guī)定的評(píng)定方法進(jìn)行，對(duì)窟檐結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析評(píng)估上方窟檐結(jié)構(gòu)安全性為Du級(jí)，南側(cè)窟檐結(jié)構(gòu)安全性為Cu級(jí)。

表2 5-6/B-C軸混凝土板試驗(yàn)結(jié)果匯總表(撓度)

表3 混凝土構(gòu)件耐久性年限匯總表

7 結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查和檢測(cè)所檢區(qū)域的環(huán)境類(lèi)別、混凝土強(qiáng)度、碳化深度、保護(hù)層厚度、鋼筋直徑等參數(shù)，結(jié)合當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁丶皾穸?，依?jù)國(guó)家現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS220:2007)[17]的要求對(duì)窟檐結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件的耐久性年限進(jìn)行了評(píng)定?，F(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的取值遵循以下原則(1)環(huán)境類(lèi)別：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行取值；(2)混凝土強(qiáng)度：按實(shí)測(cè)強(qiáng)度推定值進(jìn)行取值；(3)碳化深度：按區(qū)域內(nèi)構(gòu)件實(shí)測(cè)碳化深度平均值進(jìn)行取值；(4)保護(hù)層厚度：按區(qū)域內(nèi)構(gòu)件實(shí)測(cè)保護(hù)層厚度平均值進(jìn)行取值；(5)鋼筋直徑：按區(qū)域內(nèi)構(gòu)件中保護(hù)層厚度對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的鋼筋直徑中的較小值進(jìn)行取值；(6)年平均氣溫、平均濕度：通過(guò)查閱相關(guān)資料進(jìn)行取值，年平均氣溫14.2℃，平均濕度63%。按照保護(hù)層銹脹開(kāi)裂作為耐久性極限狀態(tài)，評(píng)估賓陽(yáng)洞上方窟檐結(jié)構(gòu)混凝土梁剩余耐久年限為6.4年，混凝土板剩余耐久年限為15.8年；賓陽(yáng)洞南側(cè)窟檐結(jié)構(gòu)混凝土梁剩余耐久年限為10.9年，混凝土板剩余耐久年限為13.2年，詳見(jiàn)表3。

8 修繕相關(guān)建議

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，綜合目前存在的各方面問(wèn)題，修繕建議：(1)對(duì)2軸梁下混凝土柱立即采取加固補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)應(yīng)在巖體中重新植入錨筋并與混凝土梁進(jìn)行有效連接。(2)對(duì)銹脹開(kāi)裂的混凝土梁，應(yīng)鑿除開(kāi)裂處松散的混凝土后，對(duì)銹蝕的鋼筋進(jìn)行除銹及防銹處理，再使用聚合物混凝土進(jìn)行修補(bǔ)，最后對(duì)混凝土梁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。(3)對(duì)開(kāi)裂的混凝土板，應(yīng)首先對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫處理，再采用碳纖維布或鋼板對(duì)混凝土板進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。(4)根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定結(jié)果，建議對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行防碳化處理。(5)對(duì)窟檐防水層重新進(jìn)行鋪設(shè)，重點(diǎn)關(guān)注混凝土結(jié)構(gòu)與巖體結(jié)合處的防水敷設(shè)。(6)定期對(duì)屋面落石進(jìn)行巡視及清理，防止大塊落石對(duì)結(jié)構(gòu)造成損壞。