大型輸水渡槽工程檢測評估及缺陷處理技術(shù)簡介

劉志軍，張森林，徐明明

（1.漳衛(wèi)南運河管理局德州水利水電工程集團有限公司，山東 德州 253009；2.漳衛(wèi)南運河管理局防汛機動搶險隊，山東 德州 253009）

大型輸水渡槽工程檢測評估及缺陷處理技術(shù)簡介

劉志軍1，張森林2，徐明明1

（1.漳衛(wèi)南運河管理局德州水利水電工程集團有限公司，山東 德州 253009；2.漳衛(wèi)南運河管理局防汛機動搶險隊，山東 德州 253009）

山西禹門口黃河提水工程是大型綜合性水利工程。由于工程施工標準低以及長期在惡劣環(huán)境中運行等因素的影響，渡槽混凝土出現(xiàn)老化病害現(xiàn)象，成為工程的主要安全隱患。采用人工普查、鋼筋定位儀、鋼筋銹蝕儀、超聲波探測儀等多種設(shè)備，對10座渡槽進行了全面系統(tǒng)的檢測評估。針對禹門口工程的特點，提出大變形伸縮縫止水、渡槽內(nèi)防滲減糙、混凝土防碳化等處理措施。經(jīng)過運行檢驗，工程處理取得良好的效果，該技術(shù)對類似工程具有一定的借鑒價值。

大型輸水渡槽；檢測評估；防滲；SK單組份聚脲

山西禹門口黃河提水工程屬于綜合性大型水利工程，設(shè)計總灌溉面積33 213 hm2。禹門口灌區(qū)二級干渠段有14座渡槽，其中3#渡槽、4#渡槽、11#渡槽和13#渡槽屬于大跨度輸水建筑物。由于渡槽運行近20 a，輸水建筑物病害現(xiàn)象越來越嚴重，存在混凝土剝落、鋼筋銹蝕、碳化、裂縫等不良現(xiàn)象。這些病害直接或間接地影響輸水工程的安全使用和運行，對干渠的長期運行構(gòu)成安全隱患，阻礙了工程效益的發(fā)揮。2016年，對干渠沿線10座渡槽進行了全面的檢測評估，并對其中發(fā)現(xiàn)的各類缺陷制定了有效可行的處理方案。

1 工程檢測評估項目及結(jié)果

鑒于山西禹門口工程的重要性，本次檢測在干渠全線排空基礎(chǔ)上實施，采用了人工普查、超聲波探測儀、鋼筋銹蝕儀等多種先進儀器設(shè)備，開展了伸縮縫、裂縫深度、鋼筋銹蝕、保護層厚度、滲水點、混凝土剝蝕等常規(guī)項目和專項檢測項目的檢測工作。

1.1 檢測評估項目及分類

渡槽主體結(jié)構(gòu)常規(guī)檢測項目包括：①檢查滲水點的斷面位置、樁號、滲出狀態(tài)、滲水點尺寸等；②檢查鋼筋銹蝕的痕跡、斷面位置、樁號、銹蝕面積等；③檢查伸縮縫的表面外觀、止水有無老化破損、漏水等；④檢查混凝土表面疏松層和剝蝕樁號、剝蝕面積及深度、露筋等；⑤檢查裂縫斷面位置、樁號、長度及寬度、析出物和附著物等；⑥采用錘擊方式，檢查混凝土結(jié)構(gòu)有無內(nèi)部缺陷，有無脫空發(fā)生。專項檢測包括混凝土強度（取芯檢測及回彈法檢測）、鋼筋銹蝕、碳化深度、裂縫深度、鋼筋保護層深度等。

1.2 檢測評估方法及原理

1.2.1 混凝土強度

混凝土強度是混凝土性能的一個重要指標，通過檢測混凝土的強度，為正確評估混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性和安全提供真實可信的依據(jù)。回彈法是基于混凝土表面硬度和強度之間存在相關(guān)性而建立的一種檢測方法。采用一彈簧驅(qū)動的重錘，通過傳力桿，彈擊混凝土表面，并測出重錘被反彈回來的距離，以回彈值作為與強度相關(guān)的指標，來推定混凝土強度。采用取芯樣強度法實測混凝土的抗壓強度，用以復(fù)核回彈法強度檢測值。取芯法是目前最直觀、最準確的檢測水工建筑物混凝土強度的方法。混凝土芯樣抗壓強度測試按照《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL/352-2006）進行。

1.2.2 混凝土碳化深度

混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕。空氣中CO2滲透到混凝土內(nèi)，與堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對鋼筋有較好的保護作用，使鋼筋表層生成難溶的Fe2O3和Fe3O4。混凝土碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土保護層時，在水與空氣存在的條件下，會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹，產(chǎn)生體積膨脹，當膨脹應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土將產(chǎn)生順筋向裂縫。鋼筋銹蝕引起的裂縫和混凝土剝落對混凝土結(jié)構(gòu)的安全影響較大。

測量混凝土碳化深度的方法是用電動沖擊鉆在被檢測部位鉆1個7 cm×2 cm的孔洞，用1%酚酞乙醇溶液滴在孔洞內(nèi)壁處，使用游標卡尺測量已碳化與未碳化交界面到混凝土表面的垂直距離，測量5次取其平均值。該距離為混凝土的碳化深度值。

1.2.3 混凝土裂縫深度

利用超聲波繞過混凝土裂縫末端的傳播時間計算混凝土裂縫的深度。

1.2.4 混凝土鋼筋銹蝕

混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕是鋼筋化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。鋼筋銹蝕使鋼筋有效截面積和混凝土包裹力減小，其產(chǎn)生的膨脹會造成混凝土保護層脫落，影響建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。導(dǎo)致鋼筋產(chǎn)生銹蝕的原因有兩個：一是Cl—等酸性離子的侵蝕作用，二是混凝土的碳化深度超過鋼筋的保護層厚度。鋼筋銹蝕檢測按照《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006）第7.9節(jié)半電池電位方法進行。

1.2.5 混凝土鋼筋保護層厚度

鋼筋混凝土保護層的厚度是影響其耐久性的重要指標，《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（GB/T50476-2008）對鋼筋保護層的厚度有明確的規(guī)定。渡槽內(nèi)壁屬于三類環(huán)境，但考慮到抗沖磨的影響，需將其提高到四類環(huán)境，保護層厚度應(yīng)為45 mm；槽身外壁的保護層應(yīng)為25 mm；排架工作環(huán)境屬于二類環(huán)境，參照對柱的要求，其保護層厚度應(yīng)為35 mm。

鋼筋掃描儀是一種高技術(shù)的鋼筋定位儀，可以測量埋深3 m以內(nèi)的保護層厚度和鋼筋間距，還能估算埋深2 m以內(nèi)的鋼筋直徑。這里，利用其直徑測試功能來檢測鋼筋直徑和保護層厚度。

1.3 檢測評估結(jié)果

1.3.1 外觀質(zhì)量

渡槽槽身主要缺陷有混凝土剝蝕、鋼筋外露銹蝕、伸縮縫止水破壞、拉桿順筋裂縫、原有修補砂漿空鼓開裂等。排架混凝土結(jié)構(gòu)銹脹現(xiàn)象普遍，立柱和梁有順筋裂縫，部分順筋裂縫較長，部分梁混凝土剝蝕嚴重，且鋼筋已經(jīng)銹蝕。

1.3.2 混凝土強度

結(jié)合鉆芯取樣和回彈法檢測了渡槽混凝土的強度，檢測結(jié)果表明渡槽槽身及排架混凝土的強度均滿足設(shè)計要求。

1.3.3 裂縫

槽身裂縫大多是出現(xiàn)在槽身內(nèi)壁的環(huán)向裂縫和外壁支座的裂縫。檢測結(jié)果表明槽身內(nèi)壁環(huán)向裂縫深度較深，部分已貫穿槽身，但由于泥土充填，未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏通道；外壁支座的裂縫因沒有接觸到水，所以目前沒有形成嚴重滲漏通道。排架裂縫常見的表現(xiàn)形式為鋼筋銹蝕引起的順筋開裂，部分順筋開裂與排架通長，局部混凝土剝落。

1.3.4 鋼筋保護層厚度

在槽身結(jié)構(gòu)鋼筋部位選取若干測點，使用鋼筋位置測定儀測量鋼筋混凝土保護層厚度。檢測結(jié)果表明，渡槽槽身及排架鋼筋保護層平均厚度基本滿足設(shè)計要求，測點的分布比較廣且分布零散，部分點測值小于設(shè)計值；槽身內(nèi)壁和排架碳化深度均已接近或超過鋼筋保護層厚度設(shè)計值。

1.3.5 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕檢測發(fā)現(xiàn)，混凝土表層較好的部位內(nèi)部鋼筋沒有銹蝕，但表面修補過或表面有銹脹、順筋裂縫等缺陷的部位內(nèi)部鋼筋已經(jīng)發(fā)生銹蝕。由于原施工工藝的條件限制，渡槽槽身腰線部位及底板部位鋼筋保護層厚度偏薄，鋼筋的外露及銹蝕較普遍，鋼筋銹蝕后有效截面減小，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力降低，極大影響結(jié)構(gòu)的承載能力。現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，槽身內(nèi)壁單個鋼筋銹蝕后截面損失率基本上在10%～60%。槽身拉桿順筋裂紋中鋼筋銹蝕嚴重，受力鋼筋截面損失率約為30%，對結(jié)構(gòu)承載力影響較大。

1.3.6 伸縮縫滲漏

渡槽伸縮縫寬30 mm，在伸縮縫處留寬150 mm、深40 mm的槽，槽內(nèi)填充膠泥麻絲，槽底鋪設(shè)聚氯乙烯膠泥粘貼3層玻璃絲布，槽內(nèi)上部使用未膨脹水泥砂漿填平。水泥砂漿膨脹變形時，因其屬于剛性材料，故不能適應(yīng)伸縮縫的變形，導(dǎo)致縫內(nèi)止水被破壞，造成伸縮縫產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。隨著渡槽長時間的運行，其止水失效、鋼筋銹蝕等不利因素的作用更加劇了滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。

伸縮縫漏水造成支座及排架混凝土凍融破壞。現(xiàn)場測量的最嚴重滲水凍融剝蝕區(qū)域槽身支座的箍筋有效截面損失為27%，受力鋼筋有效截面損失約為47.4%；排架支座的箍筋有效截面損失為83%，受力鋼筋截面損失為51%。結(jié)果表明滲水凍融剝蝕對結(jié)構(gòu)影響較大，不僅導(dǎo)致鋼筋有效截面減少，而且造成表層混凝土大面積脫落，嚴重危害渡槽結(jié)構(gòu)安全。

2 主要缺陷處理措施

2.1 混凝土剝蝕和破損部位處理

渡槽槽身內(nèi)壁及排架存在的混凝土剝蝕缺陷和局部沖蝕破壞的區(qū)域，采用聚合物水泥砂漿對表面進行修復(fù)處理，聚合物水泥砂漿使用高分子丙烯酸乳液改性水泥砂漿，厚度以達到鋼筋保護層為止。為了保證界面有較高的粘結(jié)性能和良好的接觸，在混凝土結(jié)合面涂刷界面劑。其工藝流程如下：①鑿除破損和松動的混凝土，并用高壓水清洗；②出露的鋼筋如發(fā)生銹蝕，首先進行除銹處理，如鋼筋銹蝕后截面有損失的進行補筋處理；③涂刷聚合物砂漿界面劑，做到薄而均勻；④涂刷后攤鋪聚合物水泥砂漿；⑤施工完成后聚合物砂漿表面要保濕養(yǎng)護。

2.2 混凝土裂縫處理

渡槽內(nèi)有縱向裂縫和環(huán)向裂縫，裂縫對結(jié)構(gòu)承載能力有較大的影響，易造成混凝土結(jié)構(gòu)的滲漏，降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，對縫寬小于0.2 mm的裂縫表面直接進行防滲封閉處理，對于縫寬大于0.2 mm的裂縫先進行化學(xué)灌漿處理再進行防滲封閉處理，以恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的防滲性和整體性。由于渡槽槽身混凝土厚度較薄，所以采用騎縫貼嘴灌漿的方式進行處理。其施工流程如下：施工準備→查縫定位→基礎(chǔ)處理→布孔、安裝灌漿嘴→封縫→準備注漿設(shè)備和材料→灌漿→拆除注漿嘴→涂刷單組份聚脲材料封閉。

2.3 伸縮縫止水修復(fù)處理

由于渡槽伸縮縫最大縫寬50 mm，最大變形位移超過20 mm，為了保障渡槽伸縮縫修復(fù)后的止水效果，采用能夠適應(yīng)較大變形的柔性止水結(jié)構(gòu)形式進行處理。針對禹門口工程的特點和要求，現(xiàn)場采用嵌填U形橡膠止水帶結(jié)合SK單組份手刮聚脲表面防滲封閉的結(jié)構(gòu)形式。伸縮縫止水修復(fù)方案設(shè)計，如圖1所示。

圖1 渡槽伸縮縫止水修復(fù)方案設(shè)計

該U形橡膠止水結(jié)構(gòu)的特點有：①底部安裝的U形橡膠止水帶根據(jù)接縫的變形量逐步隨其位移而變化，可以避免橡膠止水帶產(chǎn)生較大的應(yīng)力發(fā)生撕裂而影響止水效果；②U形橡膠止水帶與聚合物纖維水泥砂漿相結(jié)合，增加了其耐久性；③表面涂刷SK單組份手刮聚脲在保護底部止水帶時也能起到止水作用，同時SK單組份手刮聚脲的伸長率也能夠滿足伸縮縫的防滲要求。

2.4 槽身內(nèi)部防滲減糙處理

SK單組份手刮聚脲涂層可較大程度地提高渡槽的耐久性和防滲性，減小渡槽糙率，提高渡槽過流能力。采用SK單組份手刮聚脲涂層對槽身內(nèi)進行全斷面防滲減糙處理。其工藝流程如下：①進行混凝土基面打磨，并用高壓水槍沖洗，混凝土表面局部孔洞用高強找平膩子找平；②底面處理后，在混凝土表面涂刷界面劑；③待界面劑表面干后涂刷一遍SK單組份手刮聚脲，涂刷厚度不超過1 mm，后續(xù)涂刷在前一遍涂刷表面干后進行，直至厚度達到設(shè)計要求，涂層厚度不小于2 mm；④進行常溫養(yǎng)護。

2.5 槽殼外壁及排架防碳化處理

混凝土缺陷修復(fù)處理完成后，為了增加混凝土的耐久性，對渡槽槽殼外壁及排架混凝土表面采用柔性VAE防碳化涂料進行涂刷。其工藝流程如下：①將混凝土表面的破損、脫落部分剔除至結(jié)構(gòu)密實部位，對經(jīng)過清理、剔鑿和露筋的混凝土部分進行修補復(fù)原后再全面打磨清洗；②在打磨清洗后的混凝土表面輥涂VAE防碳化涂料3—4遍，厚度大于1 mm。

3 處理效果評價

處理后的渡槽經(jīng)過過水等試驗，未出現(xiàn)滲水、漏水的現(xiàn)象，達到了預(yù)期效果。停水期間，對渡槽進行了全面檢查，結(jié)果表明處理后的區(qū)域質(zhì)量良好，聚脲防滲涂層及防碳化涂層外觀未現(xiàn)異常。由此可見，修復(fù)處理方案可行有效，工程的安全性和輸水能力得到有效的提升。

在渡槽放空人工檢查的基礎(chǔ)上，采用TJ-10型粘接強度檢測儀對渡槽內(nèi)SK單組份聚脲材料與混凝土的粘接強度進行檢測，檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 SK單組份聚脲材料與混凝土的粘接強度平均值

4 結(jié)論與建議

本項目是在對山西禹門口提水工程輸水渡槽全面檢測評估基礎(chǔ)上，針對該工程混凝土缺陷問題，使用了多種先進儀器設(shè)備進行檢測，除常規(guī)項目外還進行了專項檢測，檢測技術(shù)規(guī)范、方法合理。同時，對檢查中發(fā)現(xiàn)的主要缺陷，結(jié)合工程現(xiàn)場實際情況，提出了切實可行的修復(fù)處理方案。從通水運行的情況來看，實施處理后渡槽滲漏問題得到了徹底解決，混凝土耐久性大幅度提高，保證了禹門口黃河提水工程的正常運行，為今后類似工程檢測評估和缺陷處理提供了借鑒和參考。

[1]孫志恒.水工混凝土建筑物的檢測、評估與缺陷修補工程應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[2]DL/T5251-2010，水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL/T 5317-2014，水工混凝土建筑物修補加固技術(shù)規(guī)程[S].

[4]中國水利水電科學(xué)研究院.山西禹門口灌區(qū)二級干渠工程渡槽檢測評估報告[R].北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2013.

[5]趙成先，阮新民，李紅鑫，等.SK單組份聚脲在北疆某水利工程表孔溢洪道混凝土表面的防護修補應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2014，45（6）：76-78.

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1004-7328（2017）05-0050-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.05.017

2017—05—22

劉志軍（1973—），男，高級工程師，主要從事水利工程建設(shè)工作。