某水閘主體結構現狀安全性研究分析

馬 飛 （安徽省建筑工程質量監督檢測站皖北分站，安徽 蚌埠 233000）

1 工程概況

該水閘主要作用是防洪、除澇、灌溉。半樓閘控制流域面積54．9km2，設計流量59．8m3/s，共3 孔，每孔凈寬4．0m，閘墩厚1．0m，閘底板高程▽22．50m，閘頂高程▽27．48m，閘墩、翼墻、排架柱均采用漿砌石結構。閘室上游布置漿砌石鋪蓋及漿砌石護坡，下游布置鋼筋混凝土消力池、漿砌石海漫以及漿砌石護坡。閘室上部布置交通橋、鋼筋混凝土檢修便橋和啟閉機平臺。工作閘門為混凝土薄殼門，配3 臺5t 螺桿式啟閉機。

2 研究方法

水閘在河道中起著至關重要的作用，因此水閘結構的安全穩定性對于防洪減災很重要。為了全面了解某水閘工程現狀及存在的問題，根據《水閘技術管理規程》（SL 75-2014）[1]、《水閘安全評價導則》（SL 214-2015）[2]、《水閘安全鑒定管理辦法》（水建管〔2008〕214 號）等要求，現對該水閘主體結構安全研究分析，為管理運行單位提高可靠的數據，主要對水閘主體結構混凝土強度、鋼筋保護層及銹蝕程度、砌筑砂漿抗壓強度等進行檢測研究分析，將檢測數據與現行規范進行對比得出可靠性結論。

3 研究結果

3.1 混凝土抗壓強度

根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T 23-2011）[3]，采用回彈法檢測混凝土交通橋梁、閘門邊框和啟閉機平臺梁的現齡期混凝土抗壓強度。

現場試驗通過在抽測的構件上均勻布置10 個面積約200mm×200mm 的回彈測區，用砂紙打磨并清潔后，測試其回彈值和碳化深度。根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T 23-2011）計算構件各測區混凝土強度換算值（fcu,i），構件混凝土抗壓強度平均值（mfccu）、測區最小值（fccu,min）和標準差（Sfccu）以及推定強度（fcu,e），具體見表1。

表1 混凝土抗壓強度結果匯總表

根據表格可知抽檢的相應回彈強度推定值均滿足設計要求，其中交通橋梁相應超值比在2．33～11．00 之間，薄殼混凝土閘門邊框超值比在2．00～8．00 之間，啟閉機平臺梁超值比在2．00～6．67之間。主要因為標準差影響，即相應混凝土暴露在空氣中和水中強度損失比不一樣，造成同一構件不同區域強度有差別，因此水閘工程應該都接觸水中部分混凝土采取保護措施。

3.2 鋼筋保護層厚度、混凝土碳化深度

由于混凝土是一種多孔結構，長期暴露在大氣中，只要濕度適宜便可與已水化的水泥礦物發生反應，混凝土在碳化過程中逐漸由堿性轉化成中性。當混凝土碳化后，混凝土中PH 值降至9 以下時，保護鋼筋的鈍化膜就處于活化狀態，在氧和水的作用下，鋼筋產生化學腐蝕。鋼筋一旦銹蝕，由于鐵銹體積比原鐵體積大2～3 倍，膨脹將使混凝土保護層開裂、剝落。

根據酚酞試劑在強堿中呈現紫紅色，弱堿中為無色的特性，用濃度為1%～2%的酚酞溶液噴在所打小孔洞內壁，然后用游標卡尺測量表面到內部變色的深度，即為混凝土的碳化深度。利用小型鋼筋保護層測定儀測量鋼筋保護層厚度。具體見表2。

表2 混凝土碳化深度和保護層厚度匯總表

根據實驗結果可知，交通橋梁、薄殼混凝土閘門、啟閉機平臺梁對應10 點鋼筋混凝土保護層厚度平均值分別為22mm、23．5mm、29．6mm；相應部位檢測的混凝土碳化深度平均值為25．8mm、24．6mm、22．7mm。結果表明交通橋梁、薄殼混凝土閘門測點混凝土碳化深度均大于鋼筋混凝土保護層厚度，鋼筋已失去混凝土的堿性保護，處于銹蝕狀態，啟閉機平臺梁還存于堿性保護狀態。主要可能是啟閉器梁在室內環境中少有接觸雨水，從而對混凝土碳化影響較小。

3.3 砂漿強度

根據《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規程》(JGJ/T 136-2017)[4]規定，現場對翼墻、閘墩、排架柱砌縫進行鉆取芯樣，芯樣直徑22mm，室內制成高徑比為1：1 的試件，將試件在飽水2d 浸泡后進行砌筑砂漿抗壓強度試驗，具體見表3。

表3 砌縫砂漿抗壓強度匯總表

根據表3 可知，翼墻、閘墩、排架柱現齡期砂漿抗壓強度推定值均滿足設計強度的要求，但表面出現部分掉落現象，因此需要及時對粉化或者掉落面進行處理。

3.4 外觀質量

3．4．1 上游鋪蓋

①與閘室相連的鋪蓋為漿砌塊石結構，長14．0m，經水下探查現鋪蓋表面無較明顯的沖刷破壞現象。

②經高程測量，上游鋪蓋實測高程為▽22．43～▽22．52m，最高與最低處高差為90mm，平均高程為▽22．46m，比原設計▽22．50m 的高程略低。現場水下探查可知，進一步探查未發現鋪蓋有較明顯的塌陷、沖刷坑等破壞現象，鋪蓋與閘室底板分縫未發現較明顯的拉開、錯位現象。

3．4．2 上游翼墻

左、右岸翼墻為園弧形漿砌石重力式結構，其內部為不規則塊石，外層為料石鑲面，勾縫及砌筑砂漿在墻體下半部分存在開裂、脫落現象，但在翼墻上半部分基本未見勾縫及砌筑砂漿存在開裂、脫落現象。

左、右岸翼墻內部砂漿密實性采用鉆芯法各抽檢3 處，結果表明，砂漿與塊石膠結較差，塊石與砂漿呈脫開狀，砌縫普遍存在蜂窩、孔洞現象。

左、右岸翼墻頂部均無護欄，翼墻后被老百姓種植莊稼。

左、右岸翼墻在靠近岸坡附近有豎向裂縫，裂縫順砌縫從墻頂開展至底部，裂縫主要是由于翼墻長度較長（17．0m）中間未設分縫，和翼墻地基基礎產生差異沉降造成的。

對左、右岸漿砌石翼墻墻面垂直度進行檢測，結果表明，左、右岸漿砌石翼墻墻面垂直度測點值均滿足相應規范所要求的墻面垂直度允許偏差為測量高度的5/1000的規定要求。

3．4．3 下游翼墻

左、右岸翼墻為“八”字型漿砌石重力式結構，其內部為不規則塊石，外層為料石鑲面，勾縫及砌筑砂漿外觀基本完好，未見較明顯的塊石松動脫落現象。

左、右岸翼墻內部砂漿密實性采用鉆芯法各抽檢3 處，結果表明，砂漿與塊石膠結較差，塊石與砂漿呈脫開狀，砌縫普遍存在蜂窩、孔洞現象。

左、右岸翼墻頂部均無護欄，翼墻后被老百姓種植莊稼。

左、右岸翼墻在靠近岸坡附近有豎向裂縫，裂縫順砌縫從墻頂開展至底部，裂縫主要是由于翼墻長度較長中間未設分縫，和翼墻地基基礎產生差異沉降造成的。

對下游左、右岸漿砌石翼墻墻面垂直度進行檢測，結果表明各測點墻面垂直度均滿足相應規范所要求的墻面垂直度允許偏差為測量高度的5/1000 的規定，合格率為100%。

3．4．4 閘底板、消力池及海漫

閘室底板為混凝土整體底板結構，經高程測量，閘室底板實測高程為▽22．47～▽22．51m，最高與最低處高差為40mm，平均高程為▽22．50m，與原設計▽22．50m 的高程相吻合；現場水下探查可知，底板與上下游分縫未發現較明顯的拉開、錯位現象，底板表面平整，未發現有較明顯的塌陷、沖刷坑等破壞現象，這與高程測量結果相一致。

消力池為鋼筋混凝土結構，經高程測量，消力池實測高程為▽21．88～▽21．93m，最高與最低處高差為50mm，平均高程為▽21．90m，與原設計▽21．90m 的高程相吻合；進一步水下探查未發現消力池有較明顯的塌陷、沖刷坑等破壞現象，消力池與閘室底板分縫未發現較明顯的拉開、錯位現象。

消力坎為鋼筋混凝土結構，經高程測量，消力坎實測高程為▽22．63～▽22．66m，最高與最低處高差為30mm，平均高程為▽22．65m，與原設計▽22．65m 的高程相吻合；現場水下探查可知，消力坎未發現有較明顯的塌陷、沖刷缺損等破壞現象。

下游海漫為漿砌塊石結構，經高程測量，消力坎實測高程為▽22．41～▽22．51m，最高與最低處高差為100mm，平均高程為▽22．46m，比原設計▽22．50m 的高程略低；現場水下探查可知，砌石海漫未發現有較明顯的塌陷、沖刷缺損等破壞現象。

3．4．5 交通橋

交通橋位于閘下游側閘墩上，每跨由6 根預制梁（梁高450mm，梁寬250mm）和20 塊垂直水流向的預制橋板（板寬1000mm，板厚120mm）組成，現場檢查可見預制梁梁底和側面普遍存在缺棱掉角、鋼筋銹脹縫以及鋼筋外露銹蝕現象，約1/3 的預制橋板順行車道方向已斷裂。

現交通橋路面為混凝土結構，路面平整密實，交通橋橋面與兩岸公路連接平順。

交通橋橋面護欄為鋼筋混凝土結構，護欄質量較差，部分已破損缺失，護欄結構安全性能較差。

3．4．6 閘墩

各孔漿砌石閘墩經檢查未發現較明顯的不適應承載的結構裂縫，未發現較明顯的勾縫砂漿開裂脫落、砌筑的塊石風化開裂、松動脫落等質量缺陷。

3．4．7 排架柱

各漿砌石排架柱經檢查未發現較明顯的不適應承載的結構裂縫，未發現較明顯的勾縫砂漿開裂脫落、砌筑的塊石風化開裂、松動脫落等質量缺陷。

3．4．8 啟閉機梁

啟閉機梁為鋼筋混凝土“T 形斷面（底寬200mm，梁高350mm，單側板寬600mm），經檢查梁底及側面未發現較明顯的缺棱掉角、露筋、裂縫等外觀質量缺陷，但板底面不同程度存在因鋼筋混凝土保護層過薄產生的鋼筋外露銹蝕現象。

3．4．9 混凝土薄殼門

3 扇工作閘門由鋼筋混凝土邊框及弧型面板組成，左右兩側為橡皮止水，門底為木塊止水，閘門開閉靠安裝在兩側邊框上的木質滑塊減小閘門與門槽的摩阻力。

現場檢查可見閘門邊框上的木質滑塊大部分已脫落；兩側的橡皮止水大部分已損壞無法止水，只有少量殘留在邊框上，邊框的止水橡皮壓板已嚴重銹蝕成層狀脫落。門底止水木塊大部分已損壞殆盡。

閘門邊框大部分缺棱掉角及鋼筋外露銹蝕現象嚴重，面板普遍存在鋼筋因保護層過薄產生的外露銹蝕現象。

3．4．10 變形縫及其它

從外觀檢查并結合水下探查可知，上下游的左右岸翼墻與岸墻（邊墩）連接處分縫、閘室與消力池及上游鋪蓋連接處分縫未見較明顯的拉開、錯位、等現象。分縫寬20～40mm，分縫內填充料為水泥砂漿夾油氈瀝青。

從垂直分縫處所取芯樣和分縫有滲漏水痕跡可判斷，本閘垂直分縫內無止水結構。

本工程無水平位移、垂直位移、滲透壓力及側向繞滲觀測裝置。

依照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2014）規定，本閘主要建筑物級別為3 級，并依照《水利水電工程安全監測設計規范》（SL 725-2016）規定，必設的監測項目包括水平位移、垂直位移、滲透壓力和側向繞滲等。

4 結果分析

混凝土暴露在空氣中和水中強度損失比不一樣，造成同一構件不同區域強度有差別，從而導致交通橋梁、薄殼混凝土閘門邊框、啟閉機平臺梁超值比不同，因此水閘工程應該都接觸水中部分混凝土采取保護措施。

交通橋梁、薄殼混凝土閘門測點混凝土碳化深度均大于鋼筋混凝土保護層厚度，鋼筋已失去混凝土的堿性保護，處于銹蝕狀態，啟閉機平臺梁還存于堿性保護狀態。主要可能是啟閉器梁在室內環境中少有接觸雨水，從而對混凝土碳化影響較小，因此對水利工程長期存于水中結構需要時常進行有效保護措施。

雖然翼墻、閘墩、排架柱現齡期砂漿抗壓強度推定值均滿足設計強度的要求，但表面出現部分掉落現象，因此需要及時對粉化或者掉落面進行處理。