北京玉渡山水库大坝质量检测评价

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.北京中水科海利工程技术有限公司，北京 100038；3.黑龙江省第五地质勘查院，黑龙江 哈尔滨 150000；4.沂水县跋山水库管理处，山东 临沂 276400)

1 概 述

北京市玉渡山水库按20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核。水库设计洪水位855.89m，校核洪水位856.40m，正常蓄水位854.00m，大坝为砌石重力坝，最大坝高28m，坝长220.515m。水库总库容59.30万m3，防洪库容14.07万m3。根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(SL 252—2017)和《防洪标准》(GB 50201—2014)，水库工程等别为Ⅴ等，工程规模为小(2)型，主要水工建筑物和次要水工建筑物等级均为5级。水库工程于2000年11月开工，2001年10月基本完工。

2 检测内容及分析

本次主要对大坝主要部位进行现场质量检测，内容包括普查和专项检测，具体内容：大坝质量状况的普查及分析整理；强度检测(混凝土部位回弹、钻芯取样检测及浆砌石勾缝砂浆抗压强度检测)；混凝土中钢筋锈蚀检测；混凝土钢筋保护层厚度检测；混凝土碳化深度检测及其他检测等。

2.1 外观质量状况检查

外观质量状况检查主对存在的混凝土病害缺陷进行全面仔细检查，记录缺陷的部位、性状、数量等，并对典型外观缺陷进行拍照，分析老化病害原因、程度及对结构的影响[1-2]。

大坝目前高程统一，坝顶路面未见明显塌陷、隆起及裂缝等现象，防浪墙完好，坝顶排水和照明正常；下游挡水坝面未见明显渗流、变形等现象；溢流坝混凝土部分，未见明显的开裂、剥蚀和渗漏现象，下游挑坎处有存水，铅丝石笼护底部分破坏，两侧山体未采取防护措施，易发生零星崩塌、落石等现象；下游河道小流量时尚能保证安全，大流量时则需进行河道整修。周围库岸未见塌岸，基本稳定。浆砌石坝坝面平整，勾缝砂浆饱满，未见明显工程病害。溢流堰顶有4处裂缝；溢流面有20处裂缝；挡水墙存在8处裂缝；闸墩处质量较好，未见明显缺陷；交通桥存在多处钢筋锈蚀现象。

2.2 回弹法混凝土强度检测

采用回弹法对混凝土强度质量进行检测，通过对混凝土强度的检测，可为正确评价混凝土结构物的安全提供可靠依据[3-5]。

根据混凝土回弹推定强度检测结果：交通桥混凝土强度推定值为25.7～28.6MPa，闸墩混凝土强度推定值为25.5～26.4MPa，溢流堰顶混凝土强度推定值为31.0～32.5MPa，均超过原设计混凝土强度等级C20要求。挡墙混凝土强度推定值为27.3MPa，挑坎混凝土强度推定值为20.0～22.1MPa，均超过原设计混凝土强度等级C15要求。综上可知，检测部位的混凝土强度均满足原设计强度等级的要求，混凝土强度满足要求(见表1)。

表1 混凝土回弹强度检测统计

2.3 钻芯法检测混凝土抗压强度

根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03:2007)规定，在中墩、左侧非溢流坝段分别钻取芯样，并按照《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)中混凝土芯样抗压强度试验方法，将其加工成长径比为1∶1的标准抗压芯样试件，然后进行了抗压强度试验。结果表明：所有芯样外观表面完整，内部均比较密实，未见明显缺陷(见表2)。

表2 混凝土钻孔取芯强度检测

由表2可知，溢流坝顶左右两侧混凝土强度均高于原设计强度等级C20，且芯样抗压强度试验结果高于回弹强度结果。无论采用回弹法还是取芯抗压试验法，检测结果均表明混凝土当前强度满足设计要求。

2.4 钢筋混凝土保护层厚度检测

钢筋的混凝土保护层厚度对混凝土结构的承载力和耐久性影响较大[6-8]，本次检测使用PROMETER 5型钢筋定位仪，它是一种采用感应电磁场的方法来测量钢筋位置及钢筋的混凝土保护层厚度的仪器。采用仪器的“定位钢筋”及“测量保护层厚度”的功能可方便测出钢筋的混凝土保护层厚度。对每一测量部位，根据检测的混凝土保护层厚度评定其对钢筋混凝土结构耐久性的影响。在交通桥、闸墩、溢流堰顶、挡墙以及挑坎上选取若干测点，用钢筋位置测定仪测定钢筋的混凝土保护层厚度，结果见表3。

表3 钢筋混凝土保护层厚度检测统计

由表3可知，闸墩、溢流堰顶、挡墙钢筋保护层厚度满足原设计要求，交通桥、挑坎不满足原设计要求，但是非常接近设计的保护层厚度。

2.5 混凝土碳化深度检测

混凝土碳化深度的检测对推定混凝土抗压强度、评价钢筋的锈蚀程度有着重要的意义，是混凝土耐久性的重要指标之一。在回弹法测定强度的测区，用冲击钻在被测试构件表面打孔，清除钻孔中粉末，在孔内喷涂乙醇酚酞溶液，用游标卡尺测得的表层不变色混凝土的厚度即为混凝土碳化深度(见表4)。

表4 混凝土碳化深度检测统计

由表4可知，交通桥、闸墩、溢流堰顶和左挡墙当前混凝土碳化深度最大值为4.93mm，远小于混凝土保护层厚度，总体上混凝土碳化的可能性很小。

2.6 钢筋锈蚀检测

水工混凝土中的钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，钢筋锈蚀常常会引起混凝土膨胀开裂和混凝土保护层脱落，致使结构承载力下降甚至危及水工建筑物安全[9]。本次检测主要选取闸墩、交通桥、左侧挡水墙及挑坎进行钢筋锈蚀检测。检测结果表明：闸墩、挑坎及挡水墙所测部位钢筋半电池电位均正向大于-200mV，说明这些区域发生钢筋腐蚀的概率小于10%，结合碳化深度和钢筋保护层厚度检测结果综合判断，认为上述构件整体上均未出现钢筋锈蚀。

交通桥部分区域钢筋半电池电位负向大于-350mV，说明此区域发生钢筋腐蚀的概率大于90%；结合现场凿除结果综合判断，认为交通桥部位外露的钢筋均出现不同程度的锈蚀。

2.7 砌石砂浆抗压强度检测

贯入法是根据测钉贯入砂浆的深度和砂浆抗压强度成负相关的原理，采用压缩工作弹簧加荷，把一特制测钉贯入砂浆中，由测钉的贯入深度通过对应的测强曲线换算推定砌筑砂浆的抗压强度[10]。本次采用射钉法检测砂浆砌石处砂浆抗压强度(见表5)。

表5 砂浆抗压强度结果

由表5可知，各坝段砂浆砌石处强度均满足原设计M8和M10的要求。

3 检测评价结论

3.1 大坝检测评价

根据现场检查结果，大坝目前高程统一，坝顶路面未见明显塌陷、隆起及裂缝等现象，防浪墙完好，坝顶排水和照明正常；下游坝面未见明显渗流、变形等现象；溢流坝段外观良好，未见明显的混凝土开裂、剥蚀和渗漏现象；周围库岸未见塌岸，基本稳定。

3.2 混凝土结构及砂浆检测评价

混凝土结构外观主要病害包括：溢洪道交通桥上下游均存在多处钢筋锈蚀现象，溢流面两侧挡水墙存在横向贯穿裂缝，溢流面表面存在龟裂和多处裂缝；大坝结构混凝土抗压强度均满足原设计强度要求；交通桥、闸墩、溢流堰顶和左挡墙混凝土碳化较浅，均小于混凝土保护层厚度；浆砌石勾缝砂浆抗压强度均满足原设计强度要求。

现场检测混凝土和砂浆的强度满足原设计要求；混凝土碳化较浅，小于混凝土保护层厚度；钢筋保护层厚度和钢筋间距与原设计值基本一致，基本满足要求；闸墩、挑坎及挡水墙所测部位构件整体上均未出现钢筋锈蚀，交通桥外漏部位的钢筋出现了不同程度的锈蚀；排沙孔钢管存在锈蚀现象，但是运行基本正常。

3.3 钢筋及钢筋混凝土结构检测评价

钢筋保护层厚度和钢筋间距检测结果表明：闸墩、溢流坝顶、左挡墙、交通桥与挑坎构件测值与原设计值基本一致，满足原设计要求；溢洪道钢筋锈蚀检测结果显示：闸墩、挑坎及挡水墙所测部位构件整体上均未出现钢筋锈蚀，交通桥钢筋半电池电位负向大于-350mV，认为交通桥外露部位的钢筋出现了锈蚀。

4 结论及建议

根据本次安全检测评价的结论，提出以下修补加固的建议：本次检测评价发现，坝体溢流面存在多处裂缝及剥蚀等现象，应适时进行处理；对钢筋锈蚀部位进行除锈处理，采用聚合物砂浆恢复至原断面；为应对突发性大流量洪水对大坝和下游安全的影响，在挑坎下游侧增设一定长度的护坦，并对下游河道进行疏浚；下游两侧山体未采取防护措施，易发生零星崩塌、落石等现象，应及时清除表面松动石块，设置警示标志；河道两侧铅丝石笼护底部分遭到破坏，应及时进行维修加固；大坝变形监测处于停滞状态，需尽快恢复坝体表面变形监测工作，并做好监测资料的整编分析。