某水閘主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀安全性研究分析

馬 飛 （安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站皖北分站，安徽 蚌埠 233000）

1 工程概況

該水閘主要作用是防洪、除澇、灌溉。半樓閘控制流域面積54．9km2，設(shè)計流量59．8m3/s，共3 孔，每孔凈寬4．0m，閘墩厚1．0m，閘底板高程▽22．50m，閘頂高程▽27．48m，閘墩、翼墻、排架柱均采用漿砌石結(jié)構(gòu)。閘室上游布置漿砌石鋪蓋及漿砌石護坡，下游布置鋼筋混凝土消力池、漿砌石海漫以及漿砌石護坡。閘室上部布置交通橋、鋼筋混凝土檢修便橋和啟閉機平臺。工作閘門為混凝土薄殼門，配3 臺5t 螺桿式啟閉機。

2 研究方法

水閘在河道中起著至關(guān)重要的作用，因此水閘結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性對于防洪減災(zāi)很重要。為了全面了解某水閘工程現(xiàn)狀及存在的問題，根據(jù)《水閘技術(shù)管理規(guī)程》（SL 75-2014）[1]、《水閘安全評價導(dǎo)則》（SL 214-2015）[2]、《水閘安全鑒定管理辦法》（水建管〔2008〕214 號）等要求，現(xiàn)對該水閘主體結(jié)構(gòu)安全研究分析，為管理運行單位提高可靠的數(shù)據(jù)，主要對水閘主體結(jié)構(gòu)混凝土強度、鋼筋保護層及銹蝕程度、砌筑砂漿抗壓強度等進行檢測研究分析，將檢測數(shù)據(jù)與現(xiàn)行規(guī)范進行對比得出可靠性結(jié)論。

3 研究結(jié)果

3.1 混凝土抗壓強度

根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）[3]，采用回彈法檢測混凝土交通橋梁、閘門邊框和啟閉機平臺梁的現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度。

現(xiàn)場試驗通過在抽測的構(gòu)件上均勻布置10 個面積約200mm×200mm 的回彈測區(qū)，用砂紙打磨并清潔后，測試其回彈值和碳化深度。根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）計算構(gòu)件各測區(qū)混凝土強度換算值（fcu,i），構(gòu)件混凝土抗壓強度平均值（mfccu）、測區(qū)最小值（fccu,min）和標(biāo)準(zhǔn)差（Sfccu）以及推定強度（fcu,e），具體見表1。

表1 混凝土抗壓強度結(jié)果匯總表

根據(jù)表格可知抽檢的相應(yīng)回彈強度推定值均滿足設(shè)計要求，其中交通橋梁相應(yīng)超值比在2．33～11．00 之間，薄殼混凝土閘門邊框超值比在2．00～8．00 之間，啟閉機平臺梁超值比在2．00～6．67之間。主要因為標(biāo)準(zhǔn)差影響，即相應(yīng)混凝土暴露在空氣中和水中強度損失比不一樣，造成同一構(gòu)件不同區(qū)域強度有差別，因此水閘工程應(yīng)該都接觸水中部分混凝土采取保護措施。

3.2 鋼筋保護層厚度、混凝土碳化深度

由于混凝土是一種多孔結(jié)構(gòu)，長期暴露在大氣中，只要濕度適宜便可與已水化的水泥礦物發(fā)生反應(yīng)，混凝土在碳化過程中逐漸由堿性轉(zhuǎn)化成中性。當(dāng)混凝土碳化后，混凝土中PH 值降至9 以下時，保護鋼筋的鈍化膜就處于活化狀態(tài)，在氧和水的作用下，鋼筋產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。鋼筋一旦銹蝕，由于鐵銹體積比原鐵體積大2～3 倍，膨脹將使混凝土保護層開裂、剝落。

根據(jù)酚酞試劑在強堿中呈現(xiàn)紫紅色，弱堿中為無色的特性，用濃度為1%～2%的酚酞溶液噴在所打小孔洞內(nèi)壁，然后用游標(biāo)卡尺測量表面到內(nèi)部變色的深度，即為混凝土的碳化深度。利用小型鋼筋保護層測定儀測量鋼筋保護層厚度。具體見表2。

表2 混凝土碳化深度和保護層厚度匯總表

根據(jù)實驗結(jié)果可知，交通橋梁、薄殼混凝土閘門、啟閉機平臺梁對應(yīng)10 點鋼筋混凝土保護層厚度平均值分別為22mm、23．5mm、29．6mm；相應(yīng)部位檢測的混凝土碳化深度平均值為25．8mm、24．6mm、22．7mm。結(jié)果表明交通橋梁、薄殼混凝土閘門測點混凝土碳化深度均大于鋼筋混凝土保護層厚度，鋼筋已失去混凝土的堿性保護，處于銹蝕狀態(tài)，啟閉機平臺梁還存于堿性保護狀態(tài)。主要可能是啟閉器梁在室內(nèi)環(huán)境中少有接觸雨水，從而對混凝土碳化影響較小。

3.3 砂漿強度

根據(jù)《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 136-2017)[4]規(guī)定，現(xiàn)場對翼墻、閘墩、排架柱砌縫進行鉆取芯樣，芯樣直徑22mm，室內(nèi)制成高徑比為1：1 的試件，將試件在飽水2d 浸泡后進行砌筑砂漿抗壓強度試驗，具體見表3。

表3 砌縫砂漿抗壓強度匯總表

根據(jù)表3 可知，翼墻、閘墩、排架柱現(xiàn)齡期砂漿抗壓強度推定值均滿足設(shè)計強度的要求，但表面出現(xiàn)部分掉落現(xiàn)象，因此需要及時對粉化或者掉落面進行處理。

3.4 外觀質(zhì)量

3．4．1 上游鋪蓋

①與閘室相連的鋪蓋為漿砌塊石結(jié)構(gòu)，長14．0m，經(jīng)水下探查現(xiàn)鋪蓋表面無較明顯的沖刷破壞現(xiàn)象。

②經(jīng)高程測量，上游鋪蓋實測高程為▽22．43～▽22．52m，最高與最低處高差為90mm，平均高程為▽22．46m，比原設(shè)計▽22．50m 的高程略低?，F(xiàn)場水下探查可知，進一步探查未發(fā)現(xiàn)鋪蓋有較明顯的塌陷、沖刷坑等破壞現(xiàn)象，鋪蓋與閘室底板分縫未發(fā)現(xiàn)較明顯的拉開、錯位現(xiàn)象。

3．4．2 上游翼墻

左、右岸翼墻為園弧形漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部為不規(guī)則塊石，外層為料石鑲面，勾縫及砌筑砂漿在墻體下半部分存在開裂、脫落現(xiàn)象，但在翼墻上半部分基本未見勾縫及砌筑砂漿存在開裂、脫落現(xiàn)象。

左、右岸翼墻內(nèi)部砂漿密實性采用鉆芯法各抽檢3 處，結(jié)果表明，砂漿與塊石膠結(jié)較差，塊石與砂漿呈脫開狀，砌縫普遍存在蜂窩、孔洞現(xiàn)象。

左、右岸翼墻頂部均無護欄，翼墻后被老百姓種植莊稼。

左、右岸翼墻在靠近岸坡附近有豎向裂縫，裂縫順砌縫從墻頂開展至底部，裂縫主要是由于翼墻長度較長（17．0m）中間未設(shè)分縫，和翼墻地基基礎(chǔ)產(chǎn)生差異沉降造成的。

對左、右岸漿砌石翼墻墻面垂直度進行檢測，結(jié)果表明，左、右岸漿砌石翼墻墻面垂直度測點值均滿足相應(yīng)規(guī)范所要求的墻面垂直度允許偏差為測量高度的5/1000的規(guī)定要求。

3．4．3 下游翼墻

左、右岸翼墻為“八”字型漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部為不規(guī)則塊石，外層為料石鑲面，勾縫及砌筑砂漿外觀基本完好，未見較明顯的塊石松動脫落現(xiàn)象。

左、右岸翼墻內(nèi)部砂漿密實性采用鉆芯法各抽檢3 處，結(jié)果表明，砂漿與塊石膠結(jié)較差，塊石與砂漿呈脫開狀，砌縫普遍存在蜂窩、孔洞現(xiàn)象。

左、右岸翼墻頂部均無護欄，翼墻后被老百姓種植莊稼。

左、右岸翼墻在靠近岸坡附近有豎向裂縫，裂縫順砌縫從墻頂開展至底部，裂縫主要是由于翼墻長度較長中間未設(shè)分縫，和翼墻地基基礎(chǔ)產(chǎn)生差異沉降造成的。

對下游左、右岸漿砌石翼墻墻面垂直度進行檢測，結(jié)果表明各測點墻面垂直度均滿足相應(yīng)規(guī)范所要求的墻面垂直度允許偏差為測量高度的5/1000 的規(guī)定，合格率為100%。

3．4．4 閘底板、消力池及海漫

閘室底板為混凝土整體底板結(jié)構(gòu)，經(jīng)高程測量，閘室底板實測高程為▽22．47～▽22．51m，最高與最低處高差為40mm，平均高程為▽22．50m，與原設(shè)計▽22．50m 的高程相吻合；現(xiàn)場水下探查可知，底板與上下游分縫未發(fā)現(xiàn)較明顯的拉開、錯位現(xiàn)象，底板表面平整，未發(fā)現(xiàn)有較明顯的塌陷、沖刷坑等破壞現(xiàn)象，這與高程測量結(jié)果相一致。

消力池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)高程測量，消力池實測高程為▽21．88～▽21．93m，最高與最低處高差為50mm，平均高程為▽21．90m，與原設(shè)計▽21．90m 的高程相吻合；進一步水下探查未發(fā)現(xiàn)消力池有較明顯的塌陷、沖刷坑等破壞現(xiàn)象，消力池與閘室底板分縫未發(fā)現(xiàn)較明顯的拉開、錯位現(xiàn)象。

消力坎為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)高程測量，消力坎實測高程為▽22．63～▽22．66m，最高與最低處高差為30mm，平均高程為▽22．65m，與原設(shè)計▽22．65m 的高程相吻合；現(xiàn)場水下探查可知，消力坎未發(fā)現(xiàn)有較明顯的塌陷、沖刷缺損等破壞現(xiàn)象。

下游海漫為漿砌塊石結(jié)構(gòu)，經(jīng)高程測量，消力坎實測高程為▽22．41～▽22．51m，最高與最低處高差為100mm，平均高程為▽22．46m，比原設(shè)計▽22．50m 的高程略低；現(xiàn)場水下探查可知，砌石海漫未發(fā)現(xiàn)有較明顯的塌陷、沖刷缺損等破壞現(xiàn)象。

3．4．5 交通橋

交通橋位于閘下游側(cè)閘墩上，每跨由6 根預(yù)制梁（梁高450mm，梁寬250mm）和20 塊垂直水流向的預(yù)制橋板（板寬1000mm，板厚120mm）組成，現(xiàn)場檢查可見預(yù)制梁梁底和側(cè)面普遍存在缺棱掉角、鋼筋銹脹縫以及鋼筋外露銹蝕現(xiàn)象，約1/3 的預(yù)制橋板順行車道方向已斷裂。

現(xiàn)交通橋路面為混凝土結(jié)構(gòu)，路面平整密實，交通橋橋面與兩岸公路連接平順。

交通橋橋面護欄為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，護欄質(zhì)量較差，部分已破損缺失，護欄結(jié)構(gòu)安全性能較差。

3．4．6 閘墩

各孔漿砌石閘墩經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)較明顯的不適應(yīng)承載的結(jié)構(gòu)裂縫，未發(fā)現(xiàn)較明顯的勾縫砂漿開裂脫落、砌筑的塊石風(fēng)化開裂、松動脫落等質(zhì)量缺陷。

3．4．7 排架柱

各漿砌石排架柱經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)較明顯的不適應(yīng)承載的結(jié)構(gòu)裂縫，未發(fā)現(xiàn)較明顯的勾縫砂漿開裂脫落、砌筑的塊石風(fēng)化開裂、松動脫落等質(zhì)量缺陷。

3．4．8 啟閉機梁

啟閉機梁為鋼筋混凝土“T 形斷面（底寬200mm，梁高350mm，單側(cè)板寬600mm），經(jīng)檢查梁底及側(cè)面未發(fā)現(xiàn)較明顯的缺棱掉角、露筋、裂縫等外觀質(zhì)量缺陷，但板底面不同程度存在因鋼筋混凝土保護層過薄產(chǎn)生的鋼筋外露銹蝕現(xiàn)象。

3．4．9 混凝土薄殼門

3 扇工作閘門由鋼筋混凝土邊框及弧型面板組成，左右兩側(cè)為橡皮止水，門底為木塊止水，閘門開閉靠安裝在兩側(cè)邊框上的木質(zhì)滑塊減小閘門與門槽的摩阻力。

現(xiàn)場檢查可見閘門邊框上的木質(zhì)滑塊大部分已脫落；兩側(cè)的橡皮止水大部分已損壞無法止水，只有少量殘留在邊框上，邊框的止水橡皮壓板已嚴(yán)重銹蝕成層狀脫落。門底止水木塊大部分已損壞殆盡。

閘門邊框大部分缺棱掉角及鋼筋外露銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，面板普遍存在鋼筋因保護層過薄產(chǎn)生的外露銹蝕現(xiàn)象。

3．4．10 變形縫及其它

從外觀檢查并結(jié)合水下探查可知，上下游的左右岸翼墻與岸墻（邊墩）連接處分縫、閘室與消力池及上游鋪蓋連接處分縫未見較明顯的拉開、錯位、等現(xiàn)象。分縫寬20～40mm，分縫內(nèi)填充料為水泥砂漿夾油氈瀝青。

從垂直分縫處所取芯樣和分縫有滲漏水痕跡可判斷，本閘垂直分縫內(nèi)無止水結(jié)構(gòu)。

本工程無水平位移、垂直位移、滲透壓力及側(cè)向繞滲觀測裝置。

依照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2014）規(guī)定，本閘主要建筑物級別為3 級，并依照《水利水電工程安全監(jiān)測設(shè)計規(guī)范》（SL 725-2016）規(guī)定，必設(shè)的監(jiān)測項目包括水平位移、垂直位移、滲透壓力和側(cè)向繞滲等。

4 結(jié)果分析

混凝土暴露在空氣中和水中強度損失比不一樣，造成同一構(gòu)件不同區(qū)域強度有差別，從而導(dǎo)致交通橋梁、薄殼混凝土閘門邊框、啟閉機平臺梁超值比不同，因此水閘工程應(yīng)該都接觸水中部分混凝土采取保護措施。

交通橋梁、薄殼混凝土閘門測點混凝土碳化深度均大于鋼筋混凝土保護層厚度，鋼筋已失去混凝土的堿性保護，處于銹蝕狀態(tài)，啟閉機平臺梁還存于堿性保護狀態(tài)。主要可能是啟閉器梁在室內(nèi)環(huán)境中少有接觸雨水，從而對混凝土碳化影響較小，因此對水利工程長期存于水中結(jié)構(gòu)需要時常進行有效保護措施。

雖然翼墻、閘墩、排架柱現(xiàn)齡期砂漿抗壓強度推定值均滿足設(shè)計強度的要求，但表面出現(xiàn)部分掉落現(xiàn)象，因此需要及時對粉化或者掉落面進行處理。