我國南方地區某碾壓混凝土壩混凝土質量檢測與評估

王禹迪，李越川，楊 述，王榮魯

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

1 概述

我國南方地區某水電站是以發電為主的引水式電站，總庫容2638萬m3，水庫防洪標準為100年一遇設計，1000年一遇校核。壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高60.7m；水庫為中型水庫，屬III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，發電隧洞，引水隧洞，引水陂壩及發電廠房等。大壩共分為7個壩段，右岸非溢流壩段長72m，左岸非溢流壩段長44.5m，中間溢流壩段長49.5m。該水電站于2008年11月開始建設，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、基礎廊道內積水及其他混凝土剝蝕、裂縫等現象，為了保障水電站的安全運行及耐久性，對該大壩的混凝土質量進行了全面的檢測評估，并在檢測評估的基礎上對提出了修補加固建議。

2 檢測內容及分析

本次主要對大壩重要部位進行現場質量檢測，內容包括普查和專項檢測，具體內容：①大壩質量狀況的普查及分析整理；②強度檢測(回彈、鉆芯取樣檢測)；③裂縫長度、寬度及深度檢測；④結構混凝土鋼筋保護層厚度檢測；⑤混凝土結構的碳化深度檢測及其他檢測。

2.1 外觀質量狀況檢查

檢查主要由經驗豐富工程師進行，主要對存在的混凝土病害缺陷進行全面仔細檢查，記錄缺陷的部位、性狀、數量等，并對典型外觀缺陷進行拍照，分析老化病害原因、程度及對結構的影響[1-3]。

大壩混凝土總體外觀質量較好，大壩局部壩段碾壓層間縫存在分層現象；大壩未見集中滲漏現象；下游壩腳未見明顯的沖刷、淘刷。壩頂未見明顯裂縫、錯動等現象，壩頂路面質量較好，防浪墻外觀質量較好，部分存在裂縫，照明設施完備。大壩上游面未見明顯裂縫，部分壩體混凝土存在滲漏剝蝕現象，大壩下游面有剝蝕現象，廊道內部存有排水不暢現象。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象；中間溢流壩段溢流面混凝土無裂縫，質量較好，上游面多處水跡，溢流面有雜物，中墩及邊墩混凝土外觀質量較好；右側非溢流壩上游面有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處滲水析白現象。

2.2 回彈法

混凝土強度是衡量混凝土質量的一個重要參數，通過對混凝土強度的檢測，可為正確評估混凝土結構物的安全提供可靠依據[4-6]。混凝土強度的檢測可分為無損和有損兩類：回彈法是目前使用最普遍的混凝土強度無損檢測方法，通過與混凝土抗壓強度具有一定相關關系的回彈值和碳化深度來推定混凝土的強度，適用于對混凝土結構進行大面積的檢測。在回彈法檢測的基礎上，采用芯樣強度法實測混凝土的抗壓強度，用以復核回彈法強度檢測值。

根據混凝土回彈推定強度檢測結果：左側非溢流壩段平均推定強度為20.2MPa，標準差3.0MPa，當前推定強度滿足原混凝土設計C15的強度要求；溢流壩段交通橋總體推定強度為47.5MPa，標準差2.5MPa，當前強度滿足原設計C25的強度要求；溢流壩段左、右中墩總體推定強度分別為20.7、22.4MPa，滿足原設計C20的強度要求；上游防浪墻混凝土推定強度為8.6MPa，不滿足原混凝土設計C20的強度要求；下游擋墻混凝土推定強度為27.2MPa，目前強度滿足原混凝土設計C20的強度要求，見表1。

表1 混凝土回彈強度檢測統計表

2.3 鉆芯法檢測混凝土抗壓強度

根據JGJ/T384—2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》規定，在中墩、左側非溢流壩段分別鉆取芯樣，并按照SL 352—2006《水工混凝土試驗規程》中混凝土芯樣抗壓強度試驗方法，將其加工成長徑比為1∶1的標準抗壓芯樣試件，然后進行了抗壓強度試驗。所有芯樣外觀表面完整，內部均比較密實，未見明顯缺陷[7]，見表2。

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

表2 混凝土鉆孔取芯強度檢測

2.4 鋼筋混凝土保護層厚度檢測

鋼筋的混凝土保護層的厚度對混凝土結構的承載力和耐久性影響較大[8-9]，本次檢測使用瑞士進口的PROMETER 5型鋼筋定位儀，它是一種采用感應電磁場的方法來測量鋼筋位置及鋼筋的混凝土保護層厚度的儀器。采用儀器的“定位鋼筋”及“測量保護層厚度”的功能可方便測出鋼筋的混凝土保護層厚度。對每一測量部位，根據檢測的混凝土保護層厚度評定其對鋼筋混凝土結構耐久性的影響。在壩頂溢流壩段交通橋及防浪墻等部位選取若干測點，用鋼筋位置測定儀測定鋼筋的混凝土保護層厚度，見表3。

表3 鋼筋混凝土保護層厚度檢測 單位：mm

由表3看出，溢流壩段交通橋、上游防浪墻鋼筋保護層厚度滿足原設計要求，下游擋墻鋼筋保護層厚度不滿足原設計要求，但是非常接近設計的保護層厚度。

2.5 混凝土碳化深度檢測

混凝土碳化深度的檢測對推定混凝土抗壓強度、評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之一。在回彈法測定強度的測區，用沖擊鉆在被測試構件表面打孔，清除鉆孔中粉末，在孔內噴涂乙醇酚酞溶液，用游標卡尺測得的表層不變色混凝土的厚度即為混凝土碳化深度，見表4。

表4 混凝土碳化深度檢測

由表4可以看出，左側非溢流壩段、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層厚度。

2.6 混凝土裂縫深度檢測

水工混凝土結構在施工期和運行期常出現裂縫，裂縫對混凝土結構的整體性、防滲性、耐久性以及承載能力影響很大，是評估混凝土結構安全性的重要因素之一[10-14]。本次檢測用超聲波法對壩頂裂縫進行了深度檢測，裂縫寬度和深度統計結果見表5。

表5 混凝土裂縫深度和寬度檢測統計表

由表5可知，本次檢測共對右側擋水壩段壩頂混凝土13條裂縫進行了檢測，裂縫長度不等，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，內部已經閉合為死縫。

2.7 檢測評估結論

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

(2)根據混凝土回彈推定強度檢測結果：上游防浪墻總體推定強度不滿足原設計的混凝土強度要求；溢流壩段左、右中墩、左側非溢流壩段、溢流壩段交通橋、下游擋墻總體推定強度滿足原設計的混凝土強度要求。

(3)芯樣抗壓強度結果可以看出，左非溢流壩段、溢流壩段中1墩取芯抗壓強度不滿足原設計強度要求；溢流壩段、溢流壩段中1墩混凝土取芯抗壓強度滿足原設計混凝土強度要求。

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

(5)溢流壩段左中墩、右中墩、左側非溢流壩段、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)本次檢測共對右側壩頂混凝土13條裂縫進行了檢測，裂縫長度不等，裂縫寬度0.6～1.5mm不等，裂縫深度為70～286mm，為表層裂縫，內部已經閉合為死縫。

3 建議

根據本次安全檢測評估的結論，提出以下修補加固的建議[15]：

(1)大壩非溢洪壩段局部混凝土強度不滿足原設計要求，應分析其對大壩結構安全的影響，必要時對不滿足原設計要求的混凝土進行補強加固。

(2)由于灌漿廊道內排水不暢，廊道底部被淹，導致壩基揚壓力偏大，應及時排除積水，恢復壩基滲水排水的有效性。

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

(4)針對部分混凝土碳化深度較深，為避免碳化進一步發展，建議對上游防浪墻、下游擋墻、閘墩等部位進行表面防碳化處理，以增強混凝土的耐久性。