渠道衬砌工程质量检测工作分析

邢 贵

(山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002)

农业灌溉和安全饮水工程，是新时代打好脱贫攻坚战、实施乡村振兴战略的重要保障。水是农业之基，渠道衬砌工程可有效提高灌溉用水效率，保障两岸农田和人畜供水安全。渠道衬砌工程主要采用衬砌板的形式，厚度相对较薄，受混凝土抗拉强度较低、易裂缝以及不均匀沉降等的影响，裂缝容易贯通且难愈合，应对渠道衬砌工程进行有效实体检测。灌溉水流的季节性调节，使渠道极易受到侵蚀和冻胀等损害，出现过早劣化，极大地影响渠道防渗效果和结构耐久性。为此应合理选择质量检测方案，对渠道进行健康诊断和质量风险管理。

1 质量检测概况

在施工期、竣工验收前以及后期运行中，渠道混凝土衬砌项目法人等相关委托人，均会委托具有相应资质等级的质量检测单位进行抽样检测[3，5]。多数委托人的关注点在于是否进行过检测；自检、抽检以及第三方检测的检测机构，多采用回弹法或者取芯法只进行强度测定；国内外学者对渠道衬砌检测的研究，集中在具体检测技术存在的问题和影响因素上[6-8]，对渠道特征系统检测的研究较少。

目前我国大多数混凝土实体检测，只是依据经验检测某一参数，缺乏对检测项目的具体分析，检测项目选择不合理、检测流程不规范均会造成检测数据不完善。检测精度差也会影响工程质量评定，造成项目带隐患运行。因渠道混凝土影响因素复杂多变，对灌区混凝土衬砌渠道进行合理、准确的实体检测，应规范检测流程，解析检测方法，供委托方决策。便于及时发现、及早修复，保证渠道用水，确保灌溉效率，保障农业生产。

2 渠道衬砌工程分类

《水利工程质量检测技术规程》（SL734-2016）6.9.1，规范了渠道衬砌检测项目的选择范围，包括抗压强度、衬砌厚度、裂缝、钢筋数量、间距和保护层厚度、内部缺陷、抗冻性能、抗渗性能[1]。综合考虑不同渠道特点和现有质量检测技术，结合渠道衬砌工程质量检测的经验，按照渠道形式、工程地质及地下水、挖填情况等因素，将渠道大体分为四类，针对性地选择主要检测项目，制定质量检测方案。

2.1 填方和地下水位低的半挖半填渠道

这类渠道衬砌多采用弧形坡脚的梯形断面，钢筋配置用于抵抗温度应力，混凝土板主要以防渗为主。检测方案要特别重视混凝土板厚度、抗渗性和裂缝检测。检测裂缝时，可借助钢尺、油漆、放大镜、塞尺、超声脉冲波等，重点检查裂缝的类型、长度、宽度、深度、走向、分布等。钢筋的检测可结合坡面取芯进行，既避免取芯样时遇到钢筋，又可进行局部的钢筋间距检测。考虑到混凝土压顶与混凝土板多为一体化浇筑，可在压顶面上进行混凝土取芯，用于抗压强度检测，还可适当多取一组芯样，加工后进行混凝土抗渗性试验。

2.2 挖方和地下水位较高的半挖半填渠道

这类渠道多采用矩形断面或梯形断面，且多为钢筋混凝土结构，以防渗、防冻、稳定边坡为主。检测方案要注重抗压强度、钢筋数量和底板裂缝的检测。建议大面积采用冲击弹性波法、雷达法进行无损检测，结合取芯法掌握混凝土结构的质量状态，如抗压强度、钢筋缺失、内部缺陷离析和孔洞和裂缝深度等。裂缝检测在常规检测基础上，结合超声波法具体分析。混凝土成型过程中，要定期进行抗压、抗冻、抗渗试块留样。芯样可避开钢筋在侧墙取样，深度以不破坏土工膜为宜。

2.3 灌溉渠道（支、斗、农渠）

灌区支、斗、农渠一般为土渠，部分衬砌结构采用预制U型槽和弧形板拼装。预制板安装的寿命主要取决于混凝土压顶的质量，检测方案既要兼顾预制构件的检测，还要重点针对混凝土压顶和填缝的质量进行分析。预制混凝土构件和混凝土压顶常采用钻芯法、回弹法、冲击弹性法等进行力学性能检测，填缝多采用钢尺、油漆、放大镜、塞尺进行裂缝走向和分布观测。

2.4 特殊地质建设的渠道

如渠道地基位于流沙段、湿陷性黄土基等特殊环境，应进行专题研究，多实时监测，确定检测方案。

3 检测工作流程

混凝土衬砌渠道检测，多以混凝土结构抽样检测结果，评价渠道整体质量。检测过程往往需要现场施工方的配合，大比例检测一定程度上会影响施工工期。渠道衬砌具有薄壁刚性结构的特点，检测过程中，某些细节要素如果不慎重处理，将会呈现多样化的检测结论，无法准确评价实际质量情况。因此设计合理的检测流程，对流程中影响检测结果的活动进行有效的监督和控制，以保证检测结果的准确性和可靠性。

3.1 接受委托、检测前准备

按照检测渠道分类、施工部署和长度等划分检测单元，选择合适检测项目。同时组织相关人员，分析检测项目，确定检测依据，编制切实可行的作业指导书。检测前做好仪器设备的检定校准工作，预备试验药剂及耗材。取样时要特别重视首批面板的验收检测，同时要委托方提供准确的成型日期，以确保检测的可追溯性。检验项目开展前进行技术交底，由项目试验检测工程师进行技术、安全交底。

3.2 现场检测过程

到达检测现场后，要及时收集渠道衬砌混凝土板的基础信息，并完善检测设备信息和检测统计信息。检测工作宜避免对混凝土结构造成损伤，如无法避免时，应采取相应措施不影响工程原有性能与指标。检测人员按检测标准或作业指导书进行试验，及时记录现场情况和环境条件，每份原始记录应包含足够的信息以保证其能够达到事后评估、分析、统计和追溯的目的。检测数据真实有效。混凝土底板裂缝在常规物理检测的基础上，可结合无人机和图像处理技术，辅助进行渠道大面积的外部缺陷和表面平整度检测。衬砌混凝土取芯检测要做好取样记录、注意取样数量、样品标记、包装、运输、保管。对检测中发现的重大质量缺陷、工程隐患及检测结果不合格的及时通知委托方。另外在施工期检测时尽量保证检测工作不影响正常施工。

3.3 出具检测报告

在检验检测工作结束后，检测人员及时计算分析，若发现检测结果出现较大偏离，应该重新审核实验过程，确保检测数据的有效性。针对现场无损检测和渠道底板裂缝观测的大量的检测数据，可结合人工智能AI技术进行批量化自动数据处理、通过特征学习和分类算法，及时显示结果，减少人工误判。并针对渠道的整体外部缺陷和质量检测结果统计、分析，协助委托方完成渠道整体质量评价。检测结束后，检测单位要及时提交初步检测报告（中间结果）及正式检测报告，检测报告包含明确的检测结论。正式检测报告的主要内容包括：前言、工程地质概况、渠道设计概况、施工概况、检测方法及原理、检测设备、测线布置平面图，检测结果（衬砌板厚度、裂缝分布情况、混凝土强度等）、质量评定、检测结论说明及建议等资料。

4 主要检测项目

混凝土衬砌渠道设计的基本要求是耐久性、安全性和适用性[4]，质量检测是通过检查、量测、试验等方法，对工程特征进行符合性评价。由于渠道混凝土比较薄、多斜坡，对混凝土抗压强度、抗渗性和抗冻性、钢筋数量和底板裂缝等的检测，应结合规范要求和实践经验。

4.1 混凝土抗压强度检测

采用回弹法检测渠道衬砌混凝土板抗压强度[2]，合理选择钻芯位置钻取混凝土芯样，进行强度和耐久性的研究。取样部位应由委托方、现场监理（建设）和施工方等协商一致，随机抽取，并使所选构件具有一定的代表性。回弹法简单直观，可以很好地反应渠道衬砌施工质量情况。回弹法检测要注意，在工程检测前后，回弹仪应在钢砧上作率定试验。检测结构或构件混凝土强度的每一结构或构件，测区数不少于10个；检测面应为原状混凝土表面，并应清洁、平整；回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的混凝土检测面，缓慢施压，准确读数，快速复位。并在10个测区中选取3个来测试混凝土碳化深度，混凝土碳化深度采用酚酞试剂法进行测试。

采用钻芯法检测混凝土强度，取样位置需提前用雷达法进行钢筋扫描，避开主筋、预埋件和管线的位置，结合回弹法的检测数据，选择便于钻芯机安放与操作的部位取样[6]。钻芯机就位并安放平稳后，应将钻芯机固定。钻芯机必须通冷却水才能达到冷却钻头和排出混凝土碎屑的目的。钻取芯样时应控制进钻的速度。芯样应根据渠道具体位置信息进行标记。芯样应采取保护措施，避免在运输和贮存中损坏。锯切后的芯样应进行端面处理，宜采取在磨平机上磨平端面的处理方法，芯样试件的抗压试验应按现行现行标准SL 352-2006，对立方体试块抗压试验方法进行。

4.2 混凝土抗拉强度、抗渗性和抗冻性检测

混凝土抗拉强度、抗渗性和抗冻性检测，均需对混凝土芯样进行加工，切割或填补成标准试样。混凝土的抗拉强度检测，是对芯样试件施加劈裂力和轴向拉力，测定混凝土的抗拉强度。抗渗性和抗冻性检测，是依据《水利工程质量检测技术规程》（SL734—2016），对芯样加工处理，制作抗渗试件和抗冻试件芯样，测验混凝土结构的抗渗性和抗冻性。

4.3 钢筋数量、混凝土板厚度、内部缺陷的检测

渠道钢筋混凝土衬砌板检测中，需对其中的钢筋位置、保护层厚度、钢筋直径以及钢筋的排列等指标进行检测，以便确定结构混凝土能否达到设计要求。

检测位置应沿底板和两侧腰部进行，常用的无损检测方法是电磁感应法（钢筋探测仪）和地质雷达法。雷达可对检测对象作连续检测，能直观地将检测目标物以二维图像方式展现。对钢筋保护层厚度较薄或对钢筋检测存在疑问时，可采用电磁感应法进行辅助检测。渠道混凝土板厚度的检测，采用冲击回波法，测点间距宜为0.1m。还可以采用钻孔法检测，钻孔布点至少3个测点。

4.4 混凝土结构裂缝检测

渠道工程中，混凝土衬砌底板裂缝问题比较常见。当遇到冰冻灾害时，混凝土裂纹加宽，最终形成贯穿性裂缝，导致渗漏和混凝土结构的整体性下降，使衬砌的耐久性显著降低。

裂缝常规检测方法如下：裂缝长度测量，把油漆涂在裂纹的首尾，划线测量裂缝长度，一段时间后，若油漆区出现明显裂纹，则裂缝增大。裂缝宽度检测一般采用裂纹测宽仪，（安装时要保证千分表脚的牢固），还可以把画有V形槽的细条玻璃垂直黏贴于裂缝，只要裂缝有发展，玻璃就会断裂，可检测裂缝宽度是否逐渐增大。裂缝深度测量通过向裂缝注入红色酚酞溶液，并小心凿至无红色混凝土为止，测量的深度为裂缝深度。

在渠道衬砌板裂缝密集区域，可采用超声波钢筋检测仪，对混凝土结构裂缝进行检测，50cm以内的裂缝采用平测法，每条裂缝需均匀布置不少于3条测线。另外，可采用无人机和数字图像处理技术，对大面积衬砌渠道进行图像分析，评估表面缺陷情况。

裂缝检测完毕，需绘制裂缝分布图，标注裂缝详细情况，包括长度、宽度、深度、走向、分布等，以此判断裂缝的性质和成因。

5 结语

优秀的检测方案，可及时准确地发现混凝土衬砌渠道缺陷。要了解渠道衬砌的具体质量状况，在实体检测基础上，还可以结合工程实际，进行原材料检测，拌合水工混凝土，分析组成材料对衬砌性能的影响，研究混凝土破坏机理和内部裂缝扩展的变化趋势。

大型灌区的混凝土衬砌渠道，裂缝检测采用人工目测法效率太低。无人机采集结合数字图像处理技术，对衬砌混凝土板表面缺陷图像进行检测和评估，可大大提高工作效率。结合人工智能技术，采取全样本大数据检测，取代抽样检测，实现全程无人化，高效处理检测结果，保障工程质量。

水利工程检测的未来发展趋势是无损化、自动化和智能化。水利工程检测方案必须深入研究、与时俱进，在实践中总结创新。要准确综合评价水工建筑物，未来要依赖于标准化质量检测方案和基于人工智能的大数据检测云平台。