王禹迪，李越川，楊 述，王榮魯

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京 10038；2.水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100038)

1 概述

我國(guó)南方地區(qū)某水電站是以發(fā)電為主的引水式電站，總庫(kù)容2638萬(wàn)m3，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)，1000年一遇校核。壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高60.7m；水庫(kù)為中型水庫(kù)，屬I(mǎi)II等工程，電站為小(2)型電站，主要建筑物包括碾壓混凝土重力壩，發(fā)電隧洞，引水隧洞，引水陂壩及發(fā)電廠房等。大壩共分為7個(gè)壩段，右岸非溢流壩段長(zhǎng)72m，左岸非溢流壩段長(zhǎng)44.5m，中間溢流壩段長(zhǎng)49.5m。該水電站于2008年11月開(kāi)始建設(shè)，2011年基本建成。工程建成后，大壩和其他碾壓混凝土大壩一樣，存在碾壓層間縫滲水、基礎(chǔ)廊道內(nèi)積水及其他混凝土剝蝕、裂縫等現(xiàn)象，為了保障水電站的安全運(yùn)行及耐久性，對(duì)該大壩的混凝土質(zhì)量進(jìn)行了全面的檢測(cè)評(píng)估，并在檢測(cè)評(píng)估的基礎(chǔ)上對(duì)提出了修補(bǔ)加固建議。

2 檢測(cè)內(nèi)容及分析

本次主要對(duì)大壩重要部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)，內(nèi)容包括普查和專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)，具體內(nèi)容：①大壩質(zhì)量狀況的普查及分析整理；②強(qiáng)度檢測(cè)(回彈、鉆芯取樣檢測(cè))；③裂縫長(zhǎng)度、寬度及深度檢測(cè)；④結(jié)構(gòu)混凝土鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)；⑤混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度檢測(cè)及其他檢測(cè)。

2.1 外觀質(zhì)量狀況檢查

檢查主要由經(jīng)驗(yàn)豐富工程師進(jìn)行，主要對(duì)存在的混凝土病害缺陷進(jìn)行全面仔細(xì)檢查，記錄缺陷的部位、性狀、數(shù)量等，并對(duì)典型外觀缺陷進(jìn)行拍照，分析老化病害原因、程度及對(duì)結(jié)構(gòu)的影響[1-3]。

大壩混凝土總體外觀質(zhì)量較好，大壩局部壩段碾壓層間縫存在分層現(xiàn)象；大壩未見(jiàn)集中滲漏現(xiàn)象；下游壩腳未見(jiàn)明顯的沖刷、淘刷。壩頂未見(jiàn)明顯裂縫、錯(cuò)動(dòng)等現(xiàn)象，壩頂路面質(zhì)量較好，防浪墻外觀質(zhì)量較好，部分存在裂縫，照明設(shè)施完備。大壩上游面未見(jiàn)明顯裂縫，部分壩體混凝土存在滲漏剝蝕現(xiàn)象，大壩下游面有剝蝕現(xiàn)象，廊道內(nèi)部存有排水不暢現(xiàn)象。左岸非溢流壩段上游面有3處水跡，兩處淅白，1處伸縮縫存在滲水現(xiàn)象；中間溢流壩段溢流面混凝土無(wú)裂縫，質(zhì)量較好，上游面多處水跡，溢流面有雜物，中墩及邊墩混凝土外觀質(zhì)量較好；右側(cè)非溢流壩上游面有4處水跡，壩頂有13條表層裂縫。下游挑流底坎立面混凝土存在2處滲水析白現(xiàn)象。

2.2 回彈法

混凝土強(qiáng)度是衡量混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，通過(guò)對(duì)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)，可為正確評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)物的安全提供可靠依據(jù)[4-6]。混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)可分為無(wú)損和有損兩類(lèi)：回彈法是目前使用最普遍的混凝土強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)方法，通過(guò)與混凝土抗壓強(qiáng)度具有一定相關(guān)關(guān)系的回彈值和碳化深度來(lái)推定混凝土的強(qiáng)度，適用于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行大面積的檢測(cè)。在回彈法檢測(cè)的基礎(chǔ)上，采用芯樣強(qiáng)度法實(shí)測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度，用以復(fù)核回彈法強(qiáng)度檢測(cè)值。

根據(jù)混凝土回彈推定強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果：左側(cè)非溢流壩段平均推定強(qiáng)度為20.2MPa，標(biāo)準(zhǔn)差3.0MPa，當(dāng)前推定強(qiáng)度滿足原混凝土設(shè)計(jì)C15的強(qiáng)度要求；溢流壩段交通橋總體推定強(qiáng)度為47.5MPa，標(biāo)準(zhǔn)差2.5MPa，當(dāng)前強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)C25的強(qiáng)度要求；溢流壩段左、右中墩總體推定強(qiáng)度分別為20.7、22.4MPa，滿足原設(shè)計(jì)C20的強(qiáng)度要求；上游防浪墻混凝土推定強(qiáng)度為8.6MPa，不滿足原混凝土設(shè)計(jì)C20的強(qiáng)度要求；下游擋墻混凝土推定強(qiáng)度為27.2MPa，目前強(qiáng)度滿足原混凝土設(shè)計(jì)C20的強(qiáng)度要求，見(jiàn)表1。

表1 混凝土回彈強(qiáng)度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

2.3 鉆芯法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

根據(jù)JGJ/T384—2016《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在中墩、左側(cè)非溢流壩段分別鉆取芯樣，并按照SL 352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，將其加工成長(zhǎng)徑比為1∶1的標(biāo)準(zhǔn)抗壓芯樣試件，然后進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。所有芯樣外觀表面完整，內(nèi)部均比較密實(shí)，未見(jiàn)明顯缺陷[7]，見(jiàn)表2。

由表2看出，左非溢流壩段(靠近下游)混凝土取芯抗壓強(qiáng)度為9.6MPa，不滿足原設(shè)計(jì)C15的強(qiáng)度要求；溢流壩段混凝土取芯抗壓強(qiáng)度為29.8MPa，滿足原設(shè)計(jì)C20的強(qiáng)度要求；溢流壩段中1墩取芯抗壓強(qiáng)度為24.9MPa，滿足原設(shè)計(jì)C20的強(qiáng)度要求；溢流壩段中1墩取芯抗壓強(qiáng)度為19.6MPa，不滿足原設(shè)計(jì)C20的強(qiáng)度要求。

表2 混凝土鉆孔取芯強(qiáng)度檢測(cè)

2.4 鋼筋混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)

鋼筋的混凝土保護(hù)層的厚度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性影響較大[8-9]，本次檢測(cè)使用瑞士進(jìn)口的PROMETER 5型鋼筋定位儀，它是一種采用感應(yīng)電磁場(chǎng)的方法來(lái)測(cè)量鋼筋位置及鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度的儀器。采用儀器的“定位鋼筋”及“測(cè)量保護(hù)層厚度”的功能可方便測(cè)出鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。對(duì)每一測(cè)量部位，根據(jù)檢測(cè)的混凝土保護(hù)層厚度評(píng)定其對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響。在壩頂溢流壩段交通橋及防浪墻等部位選取若干測(cè)點(diǎn)，用鋼筋位置測(cè)定儀測(cè)定鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，見(jiàn)表3。

表3 鋼筋混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè) 單位：mm

由表3看出，溢流壩段交通橋、上游防浪墻鋼筋保護(hù)層厚度滿足原設(shè)計(jì)要求，下游擋墻鋼筋保護(hù)層厚度不滿足原設(shè)計(jì)要求，但是非常接近設(shè)計(jì)的保護(hù)層厚度。

2.5 混凝土碳化深度檢測(cè)

混凝土碳化深度的檢測(cè)對(duì)推定混凝土抗壓強(qiáng)度、評(píng)估鋼筋的銹蝕程度有著重要的意義，是混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一。在回彈法測(cè)定強(qiáng)度的測(cè)區(qū)，用沖擊鉆在被測(cè)試構(gòu)件表面打孔，清除鉆孔中粉末，在孔內(nèi)噴涂乙醇酚酞溶液，用游標(biāo)卡尺測(cè)得的表層不變色混凝土的厚度即為混凝土碳化深度，見(jiàn)表4。

表4 混凝土碳化深度檢測(cè)

由表4可以看出，左側(cè)非溢流壩段、溢流壩段交通橋頂部、溢流壩段左中墩、右中墩及及下游擋墻碳化深度較小，上游防浪墻碳化深度較大，但是均小于鋼筋保護(hù)層厚度。

2.6 混凝土裂縫深度檢測(cè)

水工混凝土結(jié)構(gòu)在施工期和運(yùn)行期常出現(xiàn)裂縫，裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性、防滲性、耐久性以及承載能力影響很大，是評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)安全性的重要因素之一[10-14]。本次檢測(cè)用超聲波法對(duì)壩頂裂縫進(jìn)行了深度檢測(cè)，裂縫寬度和深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 混凝土裂縫深度和寬度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

由表5可知，本次檢測(cè)共對(duì)右側(cè)擋水壩段壩頂混凝土13條裂縫進(jìn)行了檢測(cè)，裂縫長(zhǎng)度不等，裂縫寬度分別在0.6～1.5mm之間，裂縫深度為70～286mm，為表層裂縫，內(nèi)部已經(jīng)閉合為死縫。

2.7 檢測(cè)評(píng)估結(jié)論

(1)大壩混凝土總體外觀質(zhì)量較好，碾壓層間縫也存在分層現(xiàn)象。大壩未見(jiàn)集中滲漏現(xiàn)象。壩頂未見(jiàn)明顯裂縫、錯(cuò)動(dòng)等現(xiàn)象，路面質(zhì)量較好，防浪墻外觀質(zhì)量較好，部分存在裂縫；大壩上游面未見(jiàn)明顯裂縫，部分混凝土存在剝蝕現(xiàn)象；大壩下游面存在剝蝕現(xiàn)象，因壩基排水未能有效排出造成基礎(chǔ)廊道被淹。

(2)根據(jù)混凝土回彈推定強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果：上游防浪墻總體推定強(qiáng)度不滿足原設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度要求；溢流壩段左、右中墩、左側(cè)非溢流壩段、溢流壩段交通橋、下游擋墻總體推定強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度要求。

(3)芯樣抗壓強(qiáng)度結(jié)果可以看出，左非溢流壩段、溢流壩段中1墩取芯抗壓強(qiáng)度不滿足原設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求；溢流壩段、溢流壩段中1墩混凝土取芯抗壓強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度要求。

(4)溢流壩段交通橋鋼筋保護(hù)層厚度滿足原設(shè)計(jì)要求，上、下游擋墻鋼筋保護(hù)層厚度基本滿足原設(shè)計(jì)要求。

(5)溢流壩段左中墩、右中墩、左側(cè)非溢流壩段、溢流壩段交通橋頂部及下游擋墻碳化深度較小，上游防浪墻碳化深度較大。

(6)本次檢測(cè)共對(duì)右側(cè)壩頂混凝土13條裂縫進(jìn)行了檢測(cè)，裂縫長(zhǎng)度不等，裂縫寬度0.6～1.5mm不等，裂縫深度為70～286mm，為表層裂縫，內(nèi)部已經(jīng)閉合為死縫。

3 建議

根據(jù)本次安全檢測(cè)評(píng)估的結(jié)論，提出以下修補(bǔ)加固的建議[15]：

(1)大壩非溢洪壩段局部混凝土強(qiáng)度不滿足原設(shè)計(jì)要求，應(yīng)分析其對(duì)大壩結(jié)構(gòu)安全的影響，必要時(shí)對(duì)不滿足原設(shè)計(jì)要求的混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

(2)由于灌漿廊道內(nèi)排水不暢，廊道底部被淹，導(dǎo)致壩基揚(yáng)壓力偏大，應(yīng)及時(shí)排除積水，恢復(fù)壩基滲水排水的有效性。

(3)對(duì)大壩上游面滲漏的伸縮縫及大壩碾壓層間縫進(jìn)行防滲修補(bǔ)處理，如具備條件，在上游面涂刷聚脲等防滲材料進(jìn)行防滲。

(4)針對(duì)部分混凝土碳化深度較深，為避免碳化進(jìn)一步發(fā)展，建議對(duì)上游防浪墻、下游擋墻、閘墩等部位進(jìn)行表面防碳化處理，以增強(qiáng)混凝土的耐久性。