微創(chuàng)可視鉆芯法在西江閘水下隱患探查中的應用

臧振濤，陳振華，吳曉翔，衡 陽，吳陽鋒

（1.杭州水利水電勘測設計院有限公司，浙江 杭州 31000；2.浙江省水利水電工程質量與安全管理中心，浙江 杭州 310012）

在長期運行過程中，堤塘、護岸、泵閘等涉水建筑物往往存在不同程度的隱患，其中包括水下結構的隱患[1-2]。考慮到潛水員水下探摸、水下機器人探測僅對結構表面隱患進行探查，無法查明結構內部及底部[3-4]。文章結合微創(chuàng)可視鉆芯技術的探查特點[5]，在水深4.6 m的條件下，探測西江閘閘底板內部及底部隱患。

1 工程概況

西江閘位于臺州市黃巖區(qū)西城街道的西江與永寧江交匯口，建成于民國二十二年（1933年）。水閘共設8孔，結構形式為胸墻式平底閘，閘孔總凈寬20 m，原設計最大流量141 m3/s，排澇標準為5 a一遇，是一座集排澇、灌溉、擋潮（建閘時永寧江屬外海）等功能于一體的中型水閘，時為永寧江水系西江支流主要排澇出口。自永寧江大閘建成后，永寧江由外海變?yōu)閮群樱鹘l不再具有擋潮功能，成為一座內河節(jié)制閘。

根據2016年西江閘工程安全評價工程現(xiàn)狀調查分析成果，西江閘在長期運行過程中，閘室出現(xiàn)不均勻沉降，工作橋面、啟閉機房墻體出現(xiàn)不同程度破裂，局部胸墻與邊墩連接處開裂等問題。為進一步探查西江閘閘底板內部及底部隱患情況，擬采用微創(chuàng)可視鉆芯技術開展閘底板水下隱患探查。

2 實施過程

通過分析西江閘閘墩不均勻沉降、胸墻開裂等問題，本次對1#、4#、8#閘室閘底板內部及底部情況進行鉆孔抽查，另抽查5#閘室閘底板設計變形縫情況。鉆孔共設10個，鉆孔探查范圍包括閘底板混凝土、碎石墊層、上部地基土。鉆孔分布示意見圖1。探測過程包括水上平臺搭建、水下定位、微創(chuàng)鉆芯、孔內探查。

圖1 閘底板鉆孔分布示意圖 單位：cm

3 探查成果及分析

3.1 微創(chuàng)可視鉆芯探查成果

在水深4.6 m的條件下，采用微創(chuàng)可視鉆芯法對西江閘閘底板內部及底部隱患情況進行探查，并對芯樣完整性、孔壁光滑度進行定性判定，相關成果見表1，典型微創(chuàng)鉆孔芯樣見圖2~4，典型孔內探查成果見圖5。

表1 閘底板內部缺陷微創(chuàng)可視探查成果匯總表

續(xù)表1

圖2 閘底板隱患微創(chuàng)可視鉆芯孔X-2芯樣圖

圖3 閘底板變形縫缺陷微創(chuàng)可視鉆芯孔FS-1芯樣圖

圖4 閘底板變形縫缺陷微創(chuàng)可視鉆芯孔FX-2芯樣圖

圖5 閘底板微創(chuàng)可視鉆芯孔典型攝像截圖

3.2 成果分析

根據微創(chuàng)可視鉆芯探查顯示，西江閘閘底板由上至下分別為混凝土底板、碎石墊層、原狀地基土。

由表1可知：①混凝土底板厚度差異較小，最大厚度為125 cm，最小厚度為120 cm，閘底板內部存在孔洞、裂隙等缺陷，鉆取的芯樣外壁及攝像顯示的孔壁表面較為粗糙、局部粗糙。根據芯樣完整性、孔壁光滑程度等可以定性判斷閘底板混凝土抗壓強度基本在20~25 MPa，局部部位的芯樣呈碎塊狀且孔壁粗糙、孔洞裂隙較多，抗壓強度較低，約在10~15 MPa。②碎石墊層厚度差異較大，厚度為6~17 cm；部分碎石已與上部閘底板混凝土膠結，但膠結強度不高，鉆取的芯樣裂隙與孔洞較多。③碎石墊層的下部土體差異較大，部分鉆孔揭示為流變性大、無法鉆取的淤泥及浮泥，水下攝像期間，孔底易變形，甚至影響清晰攝像；部分鉆孔揭示為淤泥質黏土，鉆取時基本成型或勉強成型，在水下攝像期間，孔底基本不變形。其中揭示為淤泥的孔占比20%，存在浮泥層的孔占比20%，淤泥質黏土的孔占比60%。

鉆孔探查發(fā)現(xiàn)在1#閘室下游一側靠近右閘墩的鉆孔X-2處，閘底板與碎石墊層間存在明顯脫空現(xiàn)象，脫空量7 cm（見圖2、圖5（b））。其他鉆孔未見明顯脫空，但除部分鉆孔碎石墊層較為密實外，其他鉆孔碎石墊層內部無密實性好的填充物，碎石墊層與原狀土未形成像“泥結石”那樣的密實度高、滲透性低的混合層。

1955年鑿修重澆的混凝土，澆筑質量不高、空隙較多，鉆取的芯樣呈碎塊狀（見圖3）。通過芯樣完整性、外壁光滑程度，定性判斷FS-1鉆孔上部混凝土抗壓強度10~15 MPa，F(xiàn)X-1鉆孔混凝土抗壓強度10~25 MPa，整體反映出當時鑿除重澆質量不均勻，且新舊混凝土基本上已經脫開。

5#閘室閘底板變形縫離右墩25 cm，縫寬2~3 mm（見圖4、圖5（c）），縫內只有少量的油毛氈或瀝青填縫料殘留，其止水功能已基本失效。

4 結 語

微創(chuàng)可視鉆芯法應用于西江閘閘底板隱患探測中，相關結論為：西江閘閘底板自上至下分別為混凝土底板、碎石墊層、地基土，其中底板內部存在孔洞、裂隙等缺陷，部分閘底板下存在脫開隱患；墊層部分碎石與上部底板膠結；地基土包含浮泥、淤泥及淤泥質土，整體密實情況較差。5#閘室閘底板變形縫表面鑿修后，發(fā)生脫開，原變形縫縫內僅有少量的油毛氈或瀝青填縫料殘留，變形縫的原有伸縮變形和止水功能已失效。

微創(chuàng)可視鉆芯法能夠有效用于水下圬工結構的結構分層檢查及隱患探查。通過對芯樣及孔內攝像成果分析，綜合判定混凝土結構內部與底部的孔洞、裂隙、脫空等隱患情況，定性判定混凝土的抗壓強度及相鄰結構層之間的膠結情況。探測成果可為水閘的安全評價或除險加固提供依據。