節制閘結構安全檢測及耐久性分析

程子碩

(福建省永正工程質量檢測有限公司，福建 福州 350012)

1 工程概況

某節制閘工程位于廈門市同安區，于2009年12月建成。該節制閘為雙孔閘，閘門型式為平面升臥鋼閘門，閘門寬5m、高4.6m。水閘設計洪水標準為50年一遇，設計流量為50m3/s。泄洪閘閘室段長13.0m，閘墩頂高程上游7.8m、下游6.0m，底板頂面高程為0.7m。節制閘上游鋪蓋長35.5m，底板由3.5m長拋石防沖槽、10.0m長干砌塊石、10.0m長漿砌塊石、12.0m長鋼筋混凝土組成，兩側墻采用漿砌塊石擋墻、生態護坡和扶壁式鋼筋混凝土直線扭曲面；下游采用鋼筋混凝土結構下挖式消力池，消力池長15m，池深0.7m，消力池下游接長15m的漿砌石海漫和長20m干砌石海漫，海漫末端設5m的拋石防沖槽和8.4m長的拋石墊層。該節制閘自投入使用以來未開展系統的安全檢測及評價，且在服役期間水閘經歷了超強臺風“莫蘭蒂”，為評估工程的運行狀態、消除安全隱患，對節制閘進行結構安全檢測及耐久性評價。

2 檢測依據及方法

根據SL 214—2015《水閘安全評價導則》，結合現場實際情況，對閘室、上下游護坡、翼墻等外觀缺陷進行檢測；對節制閘的閘墩、翼墻等結構混凝土強度、碳化深度和鋼筋保護層厚度、鋼筋間距進行檢測；對閘門涂料涂層厚度、焊縫無損檢測及鋼板材料硬度進行檢測。

(1)混凝土外觀缺陷。依據SL 713—2015《水工混凝土結構缺陷檢測技術規程》，通過目測并借助必要的量測、錄像等工具對混凝土結構建筑物的裂縫、空洞、露筋、滲漏、伸縮縫變形、不均勻沉降等缺陷進行詳細調查和分析，評價混凝土外觀質量和對結構使用功能的影響。

(2)混凝土強度及碳化深度。混凝土強度常規檢測方法分為破損法和非破損法，具體包括鉆芯法、回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法等[1- 4]。回彈法是通過檢測混凝土表面硬度，利用回彈值與混凝土強度曲線的對應關系推算混凝土強度的一種無損檢測方法。針對該節制閘建成十余年，水閘關鍵部位如閘墩、翼墻等不宜采用破損方法檢測的情況，根據JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》采用回彈法對混凝土結構進行強度及碳化深度檢測。

(3)鋼筋保護層厚度及鋼筋間距。SL 654—2014《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》中鋼筋混凝土保護層厚度是混凝土耐久性設計的關鍵因素之一，滿足要求的混凝土保護層厚度能夠避免碳化環境、氯化環境下的鋼筋銹蝕。一般采用電磁感應法檢測混凝土保護層厚度及間距[3]。

(4)焊縫缺陷。水閘焊縫中常見的缺陷有未焊透、未融合、裂紋等，其中裂紋缺陷可在服役期間產生，如應力腐蝕裂紋、疲勞裂紋、蠕變裂紋等，若不能及時發現將會產生較大的安全隱患。焊縫缺陷較為成熟的檢測方法有UT、MT、RT、PT、TOFD、超聲相控陣等[5- 7]，依據GB/T 11345—2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》及現場實際作業條件，采用UT技術檢測焊縫缺陷。

(5)涂層厚度及鋼板硬度。涂層厚度應在1dm2基準面上測量3次，測點間距25～75mm，取3次測量的算數平均值為基準面的局部厚度[8]。主要針對鋼閘門的主梁、面板等部位進行抽檢，評價閘門在役條件下的腐蝕情況。鋼板硬度在一定程度上反映了材料的結構強度，根據GB/T 1172—1999《黑色金屬硬度及強度換算值》可換算成鋼板的抗拉強度，進而評判閘門的材料性能。

3 結果分析及評價

3.1 結構外觀質量

節制閘上下游內河漿砌石擋墻結構基本完整，砌縫處砂漿飽滿，未發現塌方、滑坡等缺陷，但部分結構被雜草遮擋，墻體排水管道局部損壞。閘墩為鋼筋混凝土結構，涉水面存在蜂窩、麻面現象，少量位置鋼筋裸露；胸墻局部混凝土老化、破損；閘室未發現混凝土裂縫、不均勻沉降。閘門槽上部未發現混凝土損傷，右側門槽下部沖蝕較重，右側邊墩與右側工作閘門槽存在開裂情況。下游左側翼墻圓弧段與直線段結合處墻體出現滲漏；消力池上部預制混凝土欄桿結構完整，左側消力池伸縮縫部分變形，止水設施老化、脫落，混凝土壓頂局部開裂，裂縫開度約為1.5cm。

3.2 混凝土強度及碳化

采用回彈法檢測1～3號閘墩、上游左右岸翼墻等5處混凝土構件的抗壓強度，根據設計資料，混凝土施工方式為泵送混凝土，測區強度按全國統一泵送混凝土測強曲線進行強度換算。5處構件現齡期混凝土抗壓強度推定值范圍為36.3～42.2MPa(表1)，滿足設計強度C30的要求。所檢部位處于二類侵蝕環境類別，檢測結果同時滿足SL 191—2008《水工混凝土結構設計規范》對混凝土強度C25的最低要求。

表1 構件混凝土強度(回彈法)檢測結果

采用指示劑法檢測混凝土構件碳化深度，檢測部位為1～3號閘墩、上游左右岸翼墻。本次檢測測區碳化深度均大于6.0mm，表明空氣中CO2等氣體與混凝土中堿性物質產生了化學反應且深度較深，鋼筋易銹蝕。

3.3 鋼筋保護層厚度及間距

采用電磁感應法對節制閘中的混凝土構件鋼筋保護層厚度及鋼筋間距進行檢測。結果表明，右側邊墩主筋鋼筋保護層厚度共測11點，其中1點為合格，合格率為9.1%，不符合SL 632—2012《水利水電工程單元工程施工質量驗收評定標準——混凝土工程》的要求；鋼筋間距共測10點，其中3點為合格，合格率為30%，不符合標準要求。左側邊墩主筋鋼筋保護層厚度共測11點，合格率為100%，符合標準要求；鋼筋間距共測10點，其中6點為合格，合格率為60%，不符合標準要求。中墩主筋鋼筋保護層厚度共測11點，其中7點為合格，合格率為64%，不符合標準要求；中墩主筋鋼筋間距共測10點，其中4點為合格，合格率為40%，不符合標準要求。

3.4 閘門及焊縫缺陷

工作閘門整體外觀形態較好，門體及主要構件無折斷、損傷和明顯變形，零部件齊全，聯接件固定牢靠，兩扇工作閘門除二層主梁以下存在銹蝕情況、部分涂層剝落外，其余部位涂層覆蓋較好，未發現銹蝕。兩扇工作閘門左右兩側門槽存在銹蝕以及涂層脫落，檢修閘門槽均有不同程度的銹蝕。兩扇工作閘門底部均有輕微漏水，右側較左側漏水更明顯。

兩扇鋼閘門主梁翼緣與邊梁翼緣、邊梁翼緣與邊梁翼緣的對接焊縫經超聲波檢測，按GB/T 29712—2013《焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級》驗收等級2標準評定，部分焊縫發現超標缺陷。抽檢左側工作閘門焊縫7處，其中1處焊縫發現未焊透，不符合GB/T 14173—2008《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗收規范》規定的一類焊縫質量等級要求；抽檢右側工作閘門焊縫7處，其中1處焊縫發現未焊透，不符合GB/T 14173—2008規定的一類焊縫質量等級要求，具體結果見表2。

表2 閘門焊縫檢測結果匯總

3.5 涂層厚度及鋼板硬度

為了解該工程鋼閘門表面涂料涂層厚度情況，對該工程鋼閘門表面涂料涂層厚度進行檢測。每扇工作閘門表面檢測3個測區，每個測區抽取3個局部厚度，每個局部厚度測3點，共檢測2個閘門，合計54點。節制閘左側工作閘門涂料涂層局部厚度值為139～267μm；右側工作閘門涂料涂層局部厚度值為130～249μm。根據委托方提供的數據，局部涂層厚度不滿足原設計要求。

采用THL160型里氏硬度計對工作閘門主要構件的材料硬度進行檢測，共獲得檢測數據90個。節制閘左側工作閘門里氏硬度實測平均值為234～366HLD，右側工作閘門里氏硬度實測平均值為294～384HLD，根據標準GB/T 1172—1999，工作閘門鋼板的拉伸強度小于424N/mm2。

圖1 閘門焊縫檢測位置示意圖

4 結語

(1)施工及制造過程的質量管控需引起重視。施工或制造階段沒有嚴格進行質量過程控制，會造成結構帶病運行，如本次檢測發現的鋼筋保護層厚度及間距、工作閘門焊縫未焊透缺陷等，不滿足規范設計要求，造成影響結構安全的風險，但缺陷均為施工或制造過程中產生的。

(2)混凝土外觀總體質量較好，主要混凝土結構抗壓強度滿足設計及規范要求；碳化深度較深，但仍小于混凝土保護層厚度；局部混凝土結構存在開裂、風化、蜂窩麻面等病害現象；消力池伸縮縫部分變形、老化，下游翼墻結合處出現滲漏。部分閘墩鋼筋保護層厚度及間距不滿足規范要求，其中保護層厚度最低合格率僅為9.1%，鋼筋間距最低合格率為30%。

(3)工作閘門整體外觀形態良好，主要構件無明顯損傷、變形；閘門密封設施局部老化，工作閘門底部均有輕微漏水；部分閘門焊縫發現超標缺陷，不符合規范質量等級要求；閘門涂料涂層厚度范圍為130～267μm，部分涂料厚度不滿足設計要求；閘門鋼板換算拉伸強度最大值小于424N/mm2。

(4)自該節制閘使用以來歷經13年，混凝土局部老化缺損，應進行維修加固；部分構件密封設施失效，建議進行更換維護；金屬閘門涂料涂層局部腐蝕變薄，應重新噴涂；焊縫缺陷選擇合適工藝處理消缺。本次安全檢測及分析可作為類似工程消除安全隱患、確保工程平穩運行的參考借鑒。