微创可视钻芯法在西江闸水下隐患探查中的应用

臧振涛，陈振华，吴晓翔，衡 阳，吴阳锋

（1.杭州水利水电勘测设计院有限公司，浙江 杭州 31000；2.浙江省水利水电工程质量与安全管理中心，浙江 杭州 310012）

在长期运行过程中，堤塘、护岸、泵闸等涉水建筑物往往存在不同程度的隐患，其中包括水下结构的隐患[1-2]。考虑到潜水员水下探摸、水下机器人探测仅对结构表面隐患进行探查，无法查明结构内部及底部[3-4]。文章结合微创可视钻芯技术的探查特点[5]，在水深4.6 m的条件下，探测西江闸闸底板内部及底部隐患。

1 工程概况

西江闸位于台州市黄岩区西城街道的西江与永宁江交汇口，建成于民国二十二年（1933年）。水闸共设8孔，结构形式为胸墙式平底闸，闸孔总净宽20 m，原设计最大流量141 m3/s，排涝标准为5 a一遇，是一座集排涝、灌溉、挡潮（建闸时永宁江属外海）等功能于一体的中型水闸，时为永宁江水系西江支流主要排涝出口。自永宁江大闸建成后，永宁江由外海变为内河，西江闸不再具有挡潮功能，成为一座内河节制闸。

根据2016年西江闸工程安全评价工程现状调查分析成果，西江闸在长期运行过程中，闸室出现不均匀沉降，工作桥面、启闭机房墙体出现不同程度破裂，局部胸墙与边墩连接处开裂等问题。为进一步探查西江闸闸底板内部及底部隐患情况，拟采用微创可视钻芯技术开展闸底板水下隐患探查。

2 实施过程

通过分析西江闸闸墩不均匀沉降、胸墙开裂等问题，本次对1#、4#、8#闸室闸底板内部及底部情况进行钻孔抽查，另抽查5#闸室闸底板设计变形缝情况。钻孔共设10个，钻孔探查范围包括闸底板混凝土、碎石垫层、上部地基土。钻孔分布示意见图1。探测过程包括水上平台搭建、水下定位、微创钻芯、孔内探查。

图1 闸底板钻孔分布示意图 单位：cm

3 探查成果及分析

3.1 微创可视钻芯探查成果

在水深4.6 m的条件下，采用微创可视钻芯法对西江闸闸底板内部及底部隐患情况进行探查，并对芯样完整性、孔壁光滑度进行定性判定，相关成果见表1，典型微创钻孔芯样见图2~4，典型孔内探查成果见图5。

表1 闸底板内部缺陷微创可视探查成果汇总表

续表1

图2 闸底板隐患微创可视钻芯孔X-2芯样图

图3 闸底板变形缝缺陷微创可视钻芯孔FS-1芯样图

图4 闸底板变形缝缺陷微创可视钻芯孔FX-2芯样图

图5 闸底板微创可视钻芯孔典型摄像截图

3.2 成果分析

根据微创可视钻芯探查显示，西江闸闸底板由上至下分别为混凝土底板、碎石垫层、原状地基土。

由表1可知：①混凝土底板厚度差异较小，最大厚度为125 cm，最小厚度为120 cm，闸底板内部存在孔洞、裂隙等缺陷，钻取的芯样外壁及摄像显示的孔壁表面较为粗糙、局部粗糙。根据芯样完整性、孔壁光滑程度等可以定性判断闸底板混凝土抗压强度基本在20~25 MPa，局部部位的芯样呈碎块状且孔壁粗糙、孔洞裂隙较多，抗压强度较低，约在10~15 MPa。②碎石垫层厚度差异较大，厚度为6~17 cm；部分碎石已与上部闸底板混凝土胶结，但胶结强度不高，钻取的芯样裂隙与孔洞较多。③碎石垫层的下部土体差异较大，部分钻孔揭示为流变性大、无法钻取的淤泥及浮泥，水下摄像期间，孔底易变形，甚至影响清晰摄像；部分钻孔揭示为淤泥质黏土，钻取时基本成型或勉强成型，在水下摄像期间，孔底基本不变形。其中揭示为淤泥的孔占比20%，存在浮泥层的孔占比20%，淤泥质黏土的孔占比60%。

钻孔探查发现在1#闸室下游一侧靠近右闸墩的钻孔X-2处，闸底板与碎石垫层间存在明显脱空现象，脱空量7 cm（见图2、图5（b））。其他钻孔未见明显脱空，但除部分钻孔碎石垫层较为密实外，其他钻孔碎石垫层内部无密实性好的填充物，碎石垫层与原状土未形成像“泥结石”那样的密实度高、渗透性低的混合层。

1955年凿修重浇的混凝土，浇筑质量不高、空隙较多，钻取的芯样呈碎块状（见图3）。通过芯样完整性、外壁光滑程度，定性判断FS-1钻孔上部混凝土抗压强度10~15 MPa，FX-1钻孔混凝土抗压强度10~25 MPa，整体反映出当时凿除重浇质量不均匀，且新旧混凝土基本上已经脱开。

5#闸室闸底板变形缝离右墩25 cm，缝宽2~3 mm（见图4、图5（c）），缝内只有少量的油毛毡或沥青填缝料残留，其止水功能已基本失效。

4 结 语

微创可视钻芯法应用于西江闸闸底板隐患探测中，相关结论为：西江闸闸底板自上至下分别为混凝土底板、碎石垫层、地基土，其中底板内部存在孔洞、裂隙等缺陷，部分闸底板下存在脱开隐患；垫层部分碎石与上部底板胶结；地基土包含浮泥、淤泥及淤泥质土，整体密实情况较差。5#闸室闸底板变形缝表面凿修后，发生脱开，原变形缝缝内仅有少量的油毛毡或沥青填缝料残留，变形缝的原有伸缩变形和止水功能已失效。

微创可视钻芯法能够有效用于水下圬工结构的结构分层检查及隐患探查。通过对芯样及孔内摄像成果分析，综合判定混凝土结构内部与底部的孔洞、裂隙、脱空等隐患情况，定性判定混凝土的抗压强度及相邻结构层之间的胶结情况。探测成果可为水闸的安全评价或除险加固提供依据。