我国南方地区某碾压混凝土坝混凝土质量检测与评估

王禹迪，李越川，杨 述，王荣鲁

(1.中国水利水电科学研究院，北京中水科海利工程技术有限公司，北京 10038；2.水利部建设管理与质量安全中心，北京 100038)

1 概述

我国南方地区某水电站是以发电为主的引水式电站，总库容2638万m3，水库防洪标准为100年一遇设计，1000年一遇校核。坝型为碾压混凝土重力坝，最大坝高60.7m；水库为中型水库，属III等工程，电站为小(2)型电站，主要建筑物包括碾压混凝土重力坝，发电隧洞，引水隧洞，引水陂坝及发电厂房等。大坝共分为7个坝段，右岸非溢流坝段长72m，左岸非溢流坝段长44.5m，中间溢流坝段长49.5m。该水电站于2008年11月开始建设，2011年基本建成。工程建成后，大坝和其他碾压混凝土大坝一样，存在碾压层间缝渗水、基础廊道内积水及其他混凝土剥蚀、裂缝等现象，为了保障水电站的安全运行及耐久性，对该大坝的混凝土质量进行了全面的检测评估，并在检测评估的基础上对提出了修补加固建议。

2 检测内容及分析

本次主要对大坝重要部位进行现场质量检测，内容包括普查和专项检测，具体内容：①大坝质量状况的普查及分析整理；②强度检测(回弹、钻芯取样检测)；③裂缝长度、宽度及深度检测；④结构混凝土钢筋保护层厚度检测；⑤混凝土结构的碳化深度检测及其他检测。

2.1 外观质量状况检查

检查主要由经验丰富工程师进行，主要对存在的混凝土病害缺陷进行全面仔细检查，记录缺陷的部位、性状、数量等，并对典型外观缺陷进行拍照，分析老化病害原因、程度及对结构的影响[1-3]。

大坝混凝土总体外观质量较好，大坝局部坝段碾压层间缝存在分层现象；大坝未见集中渗漏现象；下游坝脚未见明显的冲刷、淘刷。坝顶未见明显裂缝、错动等现象，坝顶路面质量较好，防浪墙外观质量较好，部分存在裂缝，照明设施完备。大坝上游面未见明显裂缝，部分坝体混凝土存在渗漏剥蚀现象，大坝下游面有剥蚀现象，廊道内部存有排水不畅现象。左岸非溢流坝段上游面有3处水迹，两处淅白，1处伸缩缝存在渗水现象；中间溢流坝段溢流面混凝土无裂缝，质量较好，上游面多处水迹，溢流面有杂物，中墩及边墩混凝土外观质量较好；右侧非溢流坝上游面有4处水迹，坝顶有13条表层裂缝。下游挑流底坎立面混凝土存在2处渗水析白现象。

2.2 回弹法

混凝土强度是衡量混凝土质量的一个重要参数，通过对混凝土强度的检测，可为正确评估混凝土结构物的安全提供可靠依据[4-6]。混凝土强度的检测可分为无损和有损两类：回弹法是目前使用最普遍的混凝土强度无损检测方法，通过与混凝土抗压强度具有一定相关关系的回弹值和碳化深度来推定混凝土的强度，适用于对混凝土结构进行大面积的检测。在回弹法检测的基础上，采用芯样强度法实测混凝土的抗压强度，用以复核回弹法强度检测值。

根据混凝土回弹推定强度检测结果：左侧非溢流坝段平均推定强度为20.2MPa，标准差3.0MPa，当前推定强度满足原混凝土设计C15的强度要求；溢流坝段交通桥总体推定强度为47.5MPa，标准差2.5MPa，当前强度满足原设计C25的强度要求；溢流坝段左、右中墩总体推定强度分别为20.7、22.4MPa，满足原设计C20的强度要求；上游防浪墙混凝土推定强度为8.6MPa，不满足原混凝土设计C20的强度要求；下游挡墙混凝土推定强度为27.2MPa，目前强度满足原混凝土设计C20的强度要求，见表1。

表1 混凝土回弹强度检测统计表

2.3 钻芯法检测混凝土抗压强度

根据JGJ/T384—2016《钻芯法检测混凝土强度技术规程》规定，在中墩、左侧非溢流坝段分别钻取芯样，并按照SL 352—2006《水工混凝土试验规程》中混凝土芯样抗压强度试验方法，将其加工成长径比为1∶1的标准抗压芯样试件，然后进行了抗压强度试验。所有芯样外观表面完整，内部均比较密实，未见明显缺陷[7]，见表2。

由表2看出，左非溢流坝段(靠近下游)混凝土取芯抗压强度为9.6MPa，不满足原设计C15的强度要求；溢流坝段混凝土取芯抗压强度为29.8MPa，满足原设计C20的强度要求；溢流坝段中1墩取芯抗压强度为24.9MPa，满足原设计C20的强度要求；溢流坝段中1墩取芯抗压强度为19.6MPa，不满足原设计C20的强度要求。

表2 混凝土钻孔取芯强度检测

2.4 钢筋混凝土保护层厚度检测

钢筋的混凝土保护层的厚度对混凝土结构的承载力和耐久性影响较大[8-9]，本次检测使用瑞士进口的PROMETER 5型钢筋定位仪，它是一种采用感应电磁场的方法来测量钢筋位置及钢筋的混凝土保护层厚度的仪器。采用仪器的“定位钢筋”及“测量保护层厚度”的功能可方便测出钢筋的混凝土保护层厚度。对每一测量部位，根据检测的混凝土保护层厚度评定其对钢筋混凝土结构耐久性的影响。在坝顶溢流坝段交通桥及防浪墙等部位选取若干测点，用钢筋位置测定仪测定钢筋的混凝土保护层厚度，见表3。

表3 钢筋混凝土保护层厚度检测 单位：mm

由表3看出，溢流坝段交通桥、上游防浪墙钢筋保护层厚度满足原设计要求，下游挡墙钢筋保护层厚度不满足原设计要求，但是非常接近设计的保护层厚度。

2.5 混凝土碳化深度检测

混凝土碳化深度的检测对推定混凝土抗压强度、评估钢筋的锈蚀程度有着重要的意义，是混凝土耐久性的重要指标之一。在回弹法测定强度的测区，用冲击钻在被测试构件表面打孔，清除钻孔中粉末，在孔内喷涂乙醇酚酞溶液，用游标卡尺测得的表层不变色混凝土的厚度即为混凝土碳化深度，见表4。

表4 混凝土碳化深度检测

由表4可以看出，左侧非溢流坝段、溢流坝段交通桥顶部、溢流坝段左中墩、右中墩及及下游挡墙碳化深度较小，上游防浪墙碳化深度较大，但是均小于钢筋保护层厚度。

2.6 混凝土裂缝深度检测

水工混凝土结构在施工期和运行期常出现裂缝，裂缝对混凝土结构的整体性、防渗性、耐久性以及承载能力影响很大，是评估混凝土结构安全性的重要因素之一[10-14]。本次检测用超声波法对坝顶裂缝进行了深度检测，裂缝宽度和深度统计结果见表5。

表5 混凝土裂缝深度和宽度检测统计表

由表5可知，本次检测共对右侧挡水坝段坝顶混凝土13条裂缝进行了检测，裂缝长度不等，裂缝宽度分别在0.6～1.5mm之间，裂缝深度为70～286mm，为表层裂缝，内部已经闭合为死缝。

2.7 检测评估结论

(1)大坝混凝土总体外观质量较好，碾压层间缝也存在分层现象。大坝未见集中渗漏现象。坝顶未见明显裂缝、错动等现象，路面质量较好，防浪墙外观质量较好，部分存在裂缝；大坝上游面未见明显裂缝，部分混凝土存在剥蚀现象；大坝下游面存在剥蚀现象，因坝基排水未能有效排出造成基础廊道被淹。

(2)根据混凝土回弹推定强度检测结果：上游防浪墙总体推定强度不满足原设计的混凝土强度要求；溢流坝段左、右中墩、左侧非溢流坝段、溢流坝段交通桥、下游挡墙总体推定强度满足原设计的混凝土强度要求。

(3)芯样抗压强度结果可以看出，左非溢流坝段、溢流坝段中1墩取芯抗压强度不满足原设计强度要求；溢流坝段、溢流坝段中1墩混凝土取芯抗压强度满足原设计混凝土强度要求。

(4)溢流坝段交通桥钢筋保护层厚度满足原设计要求，上、下游挡墙钢筋保护层厚度基本满足原设计要求。

(5)溢流坝段左中墩、右中墩、左侧非溢流坝段、溢流坝段交通桥顶部及下游挡墙碳化深度较小，上游防浪墙碳化深度较大。

(6)本次检测共对右侧坝顶混凝土13条裂缝进行了检测，裂缝长度不等，裂缝宽度0.6～1.5mm不等，裂缝深度为70～286mm，为表层裂缝，内部已经闭合为死缝。

3 建议

根据本次安全检测评估的结论，提出以下修补加固的建议[15]：

(1)大坝非溢洪坝段局部混凝土强度不满足原设计要求，应分析其对大坝结构安全的影响，必要时对不满足原设计要求的混凝土进行补强加固。

(2)由于灌浆廊道内排水不畅，廊道底部被淹，导致坝基扬压力偏大，应及时排除积水，恢复坝基渗水排水的有效性。

(3)对大坝上游面渗漏的伸缩缝及大坝碾压层间缝进行防渗修补处理，如具备条件，在上游面涂刷聚脲等防渗材料进行防渗。

(4)针对部分混凝土碳化深度较深，为避免碳化进一步发展，建议对上游防浪墙、下游挡墙、闸墩等部位进行表面防碳化处理，以增强混凝土的耐久性。