上虞市海涂二号闸混凝土结构安全检测与分析

2014-10-16高海峰

浙江水利科技 2014年1期

付磊,高海峰

(浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020)

1 问题的提出

根据水利部《水闸安全鉴定管理办法》 (水建管(2008)214号)文件要求,水闸首次安全鉴定应在竣工验收后5年内进行,以后每10年进行一次全面安全鉴定[1]。安全鉴定是水闸结构安全检查并进行安全类别评价,是水闸工程进行维修、加固、改建或重建的决策依据。水闸工程的主体结构常见为混凝土结构,在实际工程中,常见大坝、水闸、桥梁等混凝土结构老化,致使结构承载力下降甚至危及水工建筑物安全[2],因此混凝土结构安全检测是进行水闸安全鉴定的一项重要工作,现场检测结果是评价水闸的重要依据,也是复核计算的基础。

上虞市海涂二号闸位于上虞市海涂九四丘北堤,曹娥江出口处东侧,主要承担海涂 91、94、96三丘计60 km2及梁湖镇南任片约40 km2排涝任务,对上虞市经济社会发展起到十分重要作用。水闸闸室采用胸墙式闸室结构,分为3孔,每孔净宽6.0 m,混凝土闸门布置在胸墙内侧,上部设置启闭机房,闸门采用卷扬式启闭机启闭,设检修平台、检修门槽边设置工作便桥,公路桥布置在下游侧净宽7.0 m。上游翼墙结构为灌砌块石重力墙,墙体外面设混凝土防渗面板。下游翼墙第1级墙体采用钢筋混凝土扶壁式,第2、3、4级翼墙均为混凝土灌砌块石重力式挡墙,墙体外面设混凝土防渗面板。闸底板下游连接混凝土消力池。

上虞市海涂二号闸建成后经过8 a运行,混凝土结构局部开裂、变形、破损严重,依据相关规范要求,对该闸混凝土结构进行安全检测与分析,为工程复核计算与后期维修加固提供技术依据。

2 检测内容及依据

2.1 检测内容

(1)外观质量:对水闸闸室段与上下游连接段混凝土结构外观质量进行全面普查,检查项目包括混凝土表面破损、裂缝、变形等。

(2)混凝土强度与耐久性:对主要结构部位进行抽检,检测内容包括混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度、钢筋锈蚀状况等。

2.2 检测依据

检测所依据的标准和规范为:①SL 214—98《水闸安全鉴定规定》;②SL 75—94《水闸技术管理规程》;③SL 265—2001《水闸设计规范》;④SL 191—2008《水工混凝土结构设计规范》 ⑤SL 352—2006《水工混凝土试验规程》 ;⑥JGJ/T 23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》;⑦CECS 03:2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》;⑧上虞市海涂2#闸设计、施工、验收与运行管理等资料。

3 检测成果

3.1 外观质量检测成果

使用工程检测尺、数显卡尺、裂缝宽度测量仪、照相机等设备,采用直观量测、外观质量描述、拍照及局部打开方法检测混凝土结构施工缺陷、破损、裂缝等老化病害情况[3]。

3.1.1 闸墩

各孔闸墩混凝土结构基本完好,水面线附近混凝土局部砂浆剥落、石子裸露。左边墩下游侧顶面局部混凝土开裂,破损严重。两侧边墩与下游翼墙连接处分缝明显拉开,拉开量达2.5～3.0 cm。

3.1.2 闸底板

各孔闸底板混凝土结构基本完好,混凝土局部砂浆剥落、石子裸露。

3.1.3 胸墙

各孔胸墙混凝土结构局部砂浆剥落、石子裸露。右孔胸墙下游面有2条斜向裂缝,裂缝长1.10～1.20 m,宽0.30～0.35mm,有1条垂直裂缝,裂缝长0.70 m,宽0.25 mm。中孔胸墙下游面有1条垂直裂缝,裂缝长3.30 m,宽0.35mm。左孔胸墙上游面有3条斜向裂缝,裂缝长1.35～3.50m,宽0.20～0.25mm。各孔胸墙下游面裂缝分布见图1。

图1 胸墙下游面裂缝分布图

3.1.4 闸门

各孔闸门门体顶止水部位存在局部混凝土破损,石子裸露。各孔闸门止水橡皮老化,右孔闸门左、右两侧漏水严重,中孔闸门右侧漏水严重。

3.1.5 启闭机房

启闭机房明亮、整洁,立柱、楼板混凝土结构基本完好,左侧墙体局部渗水,粉刷层剥落。左侧楼梯台阶处有1条斜向裂缝,裂缝长0.30 m,宽1.00 mm。各孔启闭机大梁混凝土结构基本完好,局部砂浆剥落、石子裸露。

3.1.6 公路桥

公路桥桥面平整,无坑洼现象,护栏结构完好;各孔桥板与排架柱混凝土结构基本完好,局部砂浆剥落、石子裸露;左、右岸桥台浆砌块石挡墙结构基本完好,局部勾缝砂浆剥落,右岸桥台底部挡墙渗水明显;由于基础沉降,右岸桥台底部相连的地面混凝土结构明显脱开,脱开宽度达5 cm。

3.1.7 闸室两岸连接段

闸室与左岸堤身连接处拉开约4.0 cm,左岸连接段堤顶塌陷约8.0 cm,堤顶混凝土护面有1条纵向裂缝,裂缝长2.15 m,宽10.0 mm,台阶顶部开裂、破损严重,有1条纵向裂缝,裂缝长2.20 m,宽20.0 mm,台阶中部墙体有1条斜向裂缝,裂缝长1.80 m,宽10.0 mm。闸室与右岸堤身连接处拉开约3.0 cm,右岸连接段堤身上游挡墙下部混凝土砂浆剥落、石子裸露,钢筋裸露并严重锈蚀,裸露长度2.10m,钢筋锈蚀率约为10%。

3.1.8 翼墙

翼墙水面线附近局部混凝土砂浆剥落、石子裸露严重。上游左翼墙靠近闸墩处有1条水平向裂缝,裂缝长1.25 m,宽0.30 mm。上游右翼墙有1条横向贯穿垂直裂缝,裂缝长1.20m,宽0.25 mm。上游两侧翼墙与闸墩连接部位附近地面混凝土塌陷、开裂、破损严重,各有1条斜向裂缝,其中右侧地面裂缝长2.15 m,宽10.0 mm,左侧地面裂缝长2.00 m,宽8.0 mm。下游左翼墙靠近闸墩处有1条斜向裂缝,裂缝长1.50 m,宽0.40 mm,翼墙顶面有2条纵向裂缝,裂缝长1.10～1.60 m,宽 10.0～30.0 mm。下游右翼墙与闸墩连接部位顶面开裂、破损、错位严重,错位量达11.0 cm,与护坡连接处分缝拉开、破损、错位严重,拉开约8.0 cm,错位约3.0 cm。

3.1.9 护坡

上游两岸护坡混凝土结构基本完好,局部砂浆剥落、石子裸露。下游左岸护坡有12块混凝土面板塌陷、开裂、破损严重,混凝土面板分缝拉开约8.0 cm,下游右岸护坡有8块混凝土面板塌陷、开裂、破损严重。

3.2 混凝土强度与耐久性检测成果

3.2.1 混凝土强度

对上虞市海涂二号闸闸墩与翼墙采用钻孔取芯法检测混凝土抗压强度,抽检闸墩与翼墙混凝土芯样各1组[4],检测成果见表1。对胸墙、启闭机大梁、闸门、公路桥排架柱与桥板等部位采用回弹法检测混凝土抗压强度,检测成果见表2。

表1 钻芯法检测混凝土抗压强度检测成果表

表2 回弹法检测混凝土抗压强度检测成果表

从表1～2可见,抽检的现状闸墩、翼墙、胸墙等部位混凝土抗压强度均大于设计强度等级值且离散性较小,混凝土强度符合设计要求。

3.2.2 钢筋保护层厚度

对上虞市海涂二号闸闸墩、胸墙、启闭机大梁等主要部位,采用钢筋保护层厚度测定仪测定保护层厚度,部分测点用冲击钻除去表面混凝土量测钢筋保护层厚度作为校核[5]。钢筋保护层厚度检测成果见表3。

表3 钢筋保护层厚度检测成果表 mm

从表3可见,抽检的现状闸墩、胸墙、公路桥排架柱、公路桥桥板、启闭机大梁等部位钢筋保护层厚度测量值满足现行规范SL 191—2008规定的耐久性要求。

3.2.3 混凝土碳化深度

对上虞市海涂二号闸闸墩、翼墙、胸墙、启闭机大梁等主要部位混凝土碳化深度进行检测,用电锤在抽检部位打孔,清除孔内碎屑与粉末,将浓度为1%的酚酞酒精溶液酒滴孔壁内,然后用卡尺测量表面至深度变色的距离即为碳化深度。混凝土碳化深度检测成果见表4。

表4 混凝土碳化深度检测成果表 mm

从表4成果可见,抽检的现状各部位混凝土均产生碳化现象,其中闸墩、胸墙与公路桥排架柱混凝土碳化深度相对略大,其余结构部位混凝土轻微碳化,结合表3可见,各部位混凝土碳化深度均小于实际钢筋保护层厚度,被检部位混凝土耐久性良好。

3.2.4 钢筋锈蚀

对上虞市海涂二号闸闸墩、胸墙、启闭机大梁、公路桥排架等主要部位,采用半电池电位法测检测混凝土中钢筋锈蚀状态。根据混凝土中钢筋因锈蚀产生的化学反应引起全电池的变化,即电位值的变化评估钢筋锈蚀状态。钢筋锈蚀电位测量与分析使用KON-XSY钢筋锈蚀测定仪,钢筋锈蚀检测成果见表5。

表5 混凝土中钢筋锈蚀检测成果表

由表5可见,抽检的闸墩、胸墙、公路桥排架柱与桥板等部位钢筋状态基本完好,局部处于微蚀状态,结合表3～4可见,被检部位混凝土耐久性良好。

4 检测成果分析

从上虞市海涂二号闸混凝土结构外观质量检测成果可见:闸墩、闸底板、闸门、启闭机房、公路桥排架柱与桥板等主体结构混凝土外观基本完好、水面线附近局部受水流冲刷砂浆剥落、石子裸露。闸室段未见明显沉降、位移与变形;闸门存在严重漏水现象;公路桥右岸桥台基础存在明显沉降、底部挡墙渗水明显,右岸桥台底部与相连混凝土地面明显脱开;各孔胸墙下游面均存在裂缝;闸室两岸连接段堤身存在沉降塌陷现象、与闸室脱开明显、连接段堤顶局部开裂、堤身台阶开裂破损严重;翼墙水面线附近混凝土砂浆剥落、石子裸露,墙体存在开裂现象,上游两侧翼墙与闸墩连接部位附近地面混凝土塌陷、开裂、破损严重,下游两岸翼墙与边墩、护坡连接部位明显脱。上游两岸护坡混凝土结构基本完好,下游两岸护坡混凝土面板大面积塌陷、开裂、破损严重。

以上破损部位主要为水闸两岸连接段与下游侧,分析原因,由于水闸地基以及两侧堤防土质以粉土为主,上部结构不可避免会产生沉降,同时在水流作用下极易被淘刷、流失,水闸运行以来,闸室与上下游、左右岸堤防连接段均产生了不均匀沉降,下游侧破坏现象逐年严重,尤其是2012年8月8日,受台风“海葵”影响,水闸下游潮位增水明显,伴随大风大浪,导致闸门止水损坏,工作桥上的混凝土盖板被风浪卷走,胸墙产生裂缝,下游护坡大面积坍塌,护坡后的土体流失掏空。

从上虞市海涂二号闸主体结构混凝土强度与耐久性检测成果可见,主体结构混凝土开始产生老化现象,总体上看,现状混凝土强度大于设计强度值符合设计要求,混凝土强度离散性较小,表明混凝土施工质量控制较好;现状混凝土钢筋保护层厚度符合规范要求,混凝土碳化深度小于实际钢筋保护层厚度,钢筋状态基本完好,局部处于微蚀状态,水闸混凝土结构除受客观原因破损外,总体上耐久性良好。