以浆砌石为主体结构的中小型水闸病害及检测分析

张年成 陈雁翔 袁 静

（南京市江宁区水利局，江苏 南京 211112）

1 概况

截至1999年底统计发现，全国现有水闸5 万余座，其中，大中型水库为3 千多座，因受当时水闸设计和施工水平相对较低，管理和维护较差，运行条件改变等因素影响，在运行过程中逐渐产生老化病害，导致水闸安全性、适用性、耐久性严重下降。当前我国水闸存在的主要问题有：防洪标准偏低，不均匀沉降引起的结构损坏，渗漏导致的破坏，混凝土和砌石结构的老化破损，闸下游消能防冲设施冲刷破坏，淤积问题突出，闸门启闭机设备老损严重［1］。

建国初期为适应工农业发展的需要，我国兴建了一大批以浆砌石为主体结构的水闸，特别是在中小型水闸当中，砌石为主体结构的水闸所占比例更高。这些水闸在运行几十年后，通常都会存在不同程度的病害，严重影响工程安全。正确认识、了解和掌握这类以浆砌石结构为主体的水闸病害及其成因，对于水闸的维护、运行管理显得十分必要和紧迫。

南京市江宁区晨光闸、锁石连环闸等6 座水闸均建设于20 世纪70、80年代，均属拦河节制闸，主要功能是泄洪和蓄水灌溉，设计流量大于100 m3/s，属中型水闸，其主要建筑物为三级建筑物。水闸主体结构闸墩、排架、翼墙、挡墙、护坡、护坦等大部分为浆砌石结构或者砌砖结构。闸门主要为木板闸门和混凝土闸门，无启闭机房，启闭设施多数为手动控制。

2 砌石结构特点

江宁区晨光闸、锁石连环闸等6座中型水闸中的闸墩、翼墙等多数主要结构为浆砌石结构。与混凝土结构相比，浆砌石结构主要优点有：①就地取材，节省成本；②施工技术易于掌握，施工安排比较灵活；③由于水泥用量少，水化热温升低，因而不需要采取温控措施，也不需要设纵缝。浆砌石结构也有其明显的缺点，主要有：①由人工砌筑，砌体质量不宜均匀；②石料的修整和砌筑难以机械化，需要大量劳动力；③砌体本身防渗性能差，需要另作防渗设备；④工期较长［2］。

通过以上优缺点分析可知，浆砌石结构相对于混凝土结构更具适应性。由于砌石是主要材料，能够就地取材，特别是在改革开放之前，工业不发达，水泥和施工机械紧缺，同时成本也相对低廉，因而浆砌石结构非常适合当时的水闸建设需要。

3 存在的主要问题

对于以浆砌石结构为主体的水闸，不均匀沉降导致的开裂、勾缝砂浆开裂剥落、砂浆碳化、强度降低、浆砌石缝隙渗水、块石松动缺失等方面的病害尤为突出。笔者结合南京市江宁区晨光闸等6 座水闸的病害情况，对病害的程度及成因进行分析。

3.1 基础不均匀沉降导致的开裂

浆砌石结构水闸的边墩、翼墙、挡墙等由于基础不均匀沉降导致墙体开裂、错位，危害性较大。建国初期很多水闸建设时地质勘察不足，水闸结构的基础处理不到位，导致在运行时因所受荷载差异易产生基础不均匀沉降。突出表现在边墩与翼墙连接处，因为这两处所受荷载差异较大，易出现不均匀沉降，从而导致墙体开裂、错位，甚至倾斜。这类病害将严重影响水闸的正常运行，危及工程安全。

3.2 浆砌石体砂浆脱落、开裂

在浆砌石结构为主体的水闸病害调查中，最普遍的病害是浆砌石结构勾缝砂浆开裂、脱落。浆砌石体本身是由块石和作为胶凝材料的砂浆砌筑、凝结而成，经过长期的水流冲刷、风化作用等，浆砌石体的砂浆，特别是勾缝砂浆老化严重，易出现开裂、脱落现象。当砂浆脱落或开裂位置位于水位以上时，会影响结构性能，长此以往将加速结构劣化；若位于水位以下，将会导致水流进入浆砌石体内部，产生渗漏通道，影响结构体的运行，在上下游水位差较大时，会危及结构安全。

3.3 结构体渗水

浆砌石结构边墩与翼墙是产生渗水的主要结构部位。渗漏通道主要是浆砌块石之间因砂浆老化缺失或开裂形成的缝隙，在上下游水位差的作用下，水流从上游砌石之间的缝隙进入结构内部，从下游块石间缝隙流出，从而形成了渗透通道。在长期渗透水流作用下，渗透通道会越来越大，直至严重危及水闸结构安全。

3.4 浆砌石松动、缺失

在浆砌石结构水闸中，块石松动、缺失现象也是非常普遍的，这种现象主要发生在护坡、翼墙、护坦等部位。在水流冲刷的作用下，浆砌块石会出现松动甚至淘空现象。

4 浆砌石勾缝砂浆强度检测

浆砌石勾缝砂浆的作用，一方面是保证砌体的整体性，延长砌体的使用年限；另一方面是为了防止水流从砌体缝隙中渗透形成渗漏通道，起到防渗的作用。如果勾缝砂浆的强度达不到规范或者设计的要求，很可能会使砂浆起不到固定和防渗的作用［3］。所以，砌体砂浆强度是以浆砌石为主体的水闸的重要检测指标。在江宁区水闸安全检测项目中，采用了砂浆回弹法进行检测。

4.1 测试步骤

采用砂浆回弹法检测首先要求被测物体表面应该平整、整洁。根据规范要求，每个测区需要均匀布置12个测点，间距不小于20 mm，在每个测点，使用回弹仪连续弹击3 次，只记读第3 次回弹值，回弹仪轴线应垂直于砂浆表面，并使其处于水平状态，弹击时不得移位。在每个测区内选择3 处灰缝，用浓度1%～2%的酚酞酒精试剂测试砂浆的碳化值。

4.2 计算原理

对通过回弹仪采集的12 个测值进行数据处理，去掉其中的最大值和最小值，求出剩下的10 个回弹值的算数平均值，用R 表示。对每个测区的碳化深度值进行算术平均值计算，得出平均碳化深度d。这样，第x 个测区、第y 个测点的砂浆强度换算值可按照下列公式计算：

式中：

f2ij—第x 个测区第y 个测点的砂浆强度值；

d—第x 个测区第y 个测点的砂浆碳化值；

R—第x 个测区第y 个测点的平均回弹值。

则测区的砂浆抗压强度平均值可按下式计算：

4.3 水闸浆砌石结构勾缝砂浆强度检测

勾缝砂浆强度是以浆砌石为主体的水闸结构中一个重要的检测指标。如果砂浆强度不足，则会使砂浆粘结不牢，容易脱落，影响砌石结构的抗压强度和稳定性。砂浆强度的提高，有利于提高砌体结构的各项力学指标，并有利于抗震［3］。在江宁区水闸安全检测项目中，采用了无损检测方法——砂浆回弹法对勾缝砂浆强度进行检测。构件砂浆现有抗压强度检测结果见表1。

表1 构件砂浆现有抗压强度检测结果 （单位：MPa）

通过表1 的检测结果可以看出，该水闸浆砌石闸墩勾缝砂浆强度在7.43～31.19 MPa 之间，各闸墩砂浆强度差别较大，分布不均匀。中墩和右边墩符合规范要求的最低值，左边墩强度低于M7.5。从现场情况看，水闸经过多年的运行，左边墩勾缝砂浆脱落面积明显大于其他闸墩。可以认为，砂浆强度对于砂浆的牢固程度有较大的影响，并对砌体结构的稳定性产生影响。

5 浆砌石砂浆不密实及脱空检测

浆砌石结构是由砌石和砂浆砌筑而成，经过长期的运行，水闸结构体内部会产生砂浆流失、脱落，以及结构体表面砂浆层脱空等病害，对于这种隐匿病害的检测是一个难点。笔者现采用地质雷达法对此类病害的检测方法及要点进行阐述。

地质雷达法［4］作为一种无损检测技术得到迅速发展，其利用高频电磁波，以脉冲形式通过发射天线定向送入目标结构，雷达电磁波在介质中传播，当遇到存在电性差异的下介质或目标时，会发生反射，返回后的电磁波由接收天线接收。然后，对接收到的雷达波进行分析处理，依据波形、强度、几何形态等因素，来确定目标体的性质和状态。

通过向目标体发射尖锐脉冲式电磁波和接收其反射回波的方式，可以得到直观的地下物体图像。不同物体具有不同的性质，如导电率、介电常数和磁导率差异等，都对雷达或电磁波的传播起到重要作用。研究表明，采用雷达法进行检测最主要的先决条件是相对介电常数存在差异，介电常数差异越大，反射能量越强，接受的信号越明显，反射波幅越大，对于目标体状态的识别越有利。如两种介质的介电常数非常接近，则反射波幅会很弱，导致难以对雷达回波信号进行解释［5］。

水闸的浆砌石闸墩、翼墙等结构是由砌石和砂浆砌筑而成，在一定程度上，具有孔状结构的特性，砌石和砂浆的接触面，以及墙体与表层砂浆层的接触面都属于雷达波的反射界面，砂浆和砌石的物理性质差异较大，电磁波的反射会较明显。如果水闸闸墩或挡墙的砌筑砂浆饱满，那么墙体较为密实、无空洞，浆砌石和砂浆可看做一个整体，由于表层砂浆层、墙体以及墙后填充材料的物理差异性较大，雷达图像会形成较为清晰的分界面；如果砂浆不饱满或者脱落、脱空，则水闸结构体内部会存在很多空隙，使雷达波变得杂乱，产生不规则的反射波，介质分界面会变得不清晰。

6 结语

浆砌石结构的水闸，经过几十年的运行，如果缺少必要的维修养护，均会存在或轻或重的缺陷，如：浆砌石结构开裂、错位、渗水、块石被淘空等是最为常见的结构缺陷；砌体砂浆老化、强度降低、脱落、脱空均会影响砌体结构的稳定性。这些缺陷将影响水闸的正常运行，有的甚至危及工程安全，需要引起水闸管理单位的足够重视，认清缺陷的类型和程度，运用合理的技术方法对缺陷进行检测和识别，进而采取必要的维修加固措施，保证工程的安全运行。

［1］洪晓林，柯敏勇，金初阳，等.水闸安全检测与评估分析［M］.北京：中国水利水电出版社，2007.

［2］华东水利学院，四川省水利电力局.砌石坝设计［M］.北京：水利电力出版社，1984.

［3］魏智辉.勾缝加固砌体墙的受力性能研究［D］.南京：东南大学，2008.

［4］白冰，周健.探地雷达测试技术发展概况及其应用现状［J］.岩石力学与工程学报，2001（04）.

［5］汪贵春.挡墙质量无损检测技术应用研究［D］.重庆：重庆交通大学，2009.