某水闸主体结构现状安全性研究分析

马 飞 （安徽省建筑工程质量监督检测站皖北分站，安徽 蚌埠 233000）

1 工程概况

该水闸主要作用是防洪、除涝、灌溉。半楼闸控制流域面积54．9km2，设计流量59．8m3/s，共3 孔，每孔净宽4．0m，闸墩厚1．0m，闸底板高程▽22．50m，闸顶高程▽27．48m，闸墩、翼墙、排架柱均采用浆砌石结构。闸室上游布置浆砌石铺盖及浆砌石护坡，下游布置钢筋混凝土消力池、浆砌石海漫以及浆砌石护坡。闸室上部布置交通桥、钢筋混凝土检修便桥和启闭机平台。工作闸门为混凝土薄壳门，配3 台5t 螺杆式启闭机。

2 研究方法

水闸在河道中起着至关重要的作用，因此水闸结构的安全稳定性对于防洪减灾很重要。为了全面了解某水闸工程现状及存在的问题，根据《水闸技术管理规程》（SL 75-2014）[1]、《水闸安全评价导则》（SL 214-2015）[2]、《水闸安全鉴定管理办法》（水建管〔2008〕214 号）等要求，现对该水闸主体结构安全研究分析，为管理运行单位提高可靠的数据，主要对水闸主体结构混凝土强度、钢筋保护层及锈蚀程度、砌筑砂浆抗压强度等进行检测研究分析，将检测数据与现行规范进行对比得出可靠性结论。

3 研究结果

3.1 混凝土抗压强度

根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23-2011）[3]，采用回弹法检测混凝土交通桥梁、闸门边框和启闭机平台梁的现龄期混凝土抗压强度。

现场试验通过在抽测的构件上均匀布置10 个面积约200mm×200mm 的回弹测区，用砂纸打磨并清洁后，测试其回弹值和碳化深度。根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23-2011）计算构件各测区混凝土强度换算值（fcu,i），构件混凝土抗压强度平均值（mfccu）、测区最小值（fccu,min）和标准差（Sfccu）以及推定强度（fcu,e），具体见表1。

表1 混凝土抗压强度结果汇总表

根据表格可知抽检的相应回弹强度推定值均满足设计要求，其中交通桥梁相应超值比在2．33～11．00 之间，薄壳混凝土闸门边框超值比在2．00～8．00 之间，启闭机平台梁超值比在2．00～6．67之间。主要因为标准差影响，即相应混凝土暴露在空气中和水中强度损失比不一样，造成同一构件不同区域强度有差别，因此水闸工程应该都接触水中部分混凝土采取保护措施。

3.2 钢筋保护层厚度、混凝土碳化深度

由于混凝土是一种多孔结构，长期暴露在大气中，只要湿度适宜便可与已水化的水泥矿物发生反应，混凝土在碳化过程中逐渐由碱性转化成中性。当混凝土碳化后，混凝土中PH 值降至9 以下时，保护钢筋的钝化膜就处于活化状态，在氧和水的作用下，钢筋产生化学腐蚀。钢筋一旦锈蚀，由于铁锈体积比原铁体积大2～3 倍，膨胀将使混凝土保护层开裂、剥落。

根据酚酞试剂在强碱中呈现紫红色，弱碱中为无色的特性，用浓度为1%～2%的酚酞溶液喷在所打小孔洞内壁，然后用游标卡尺测量表面到内部变色的深度，即为混凝土的碳化深度。利用小型钢筋保护层测定仪测量钢筋保护层厚度。具体见表2。

表2 混凝土碳化深度和保护层厚度汇总表

根据实验结果可知，交通桥梁、薄壳混凝土闸门、启闭机平台梁对应10 点钢筋混凝土保护层厚度平均值分别为22mm、23．5mm、29．6mm；相应部位检测的混凝土碳化深度平均值为25．8mm、24．6mm、22．7mm。结果表明交通桥梁、薄壳混凝土闸门测点混凝土碳化深度均大于钢筋混凝土保护层厚度，钢筋已失去混凝土的碱性保护，处于锈蚀状态，启闭机平台梁还存于碱性保护状态。主要可能是启闭器梁在室内环境中少有接触雨水，从而对混凝土碳化影响较小。

3.3 砂浆强度

根据《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程》(JGJ/T 136-2017)[4]规定，现场对翼墙、闸墩、排架柱砌缝进行钻取芯样，芯样直径22mm，室内制成高径比为1：1 的试件，将试件在饱水2d 浸泡后进行砌筑砂浆抗压强度试验，具体见表3。

表3 砌缝砂浆抗压强度汇总表

根据表3 可知，翼墙、闸墩、排架柱现龄期砂浆抗压强度推定值均满足设计强度的要求，但表面出现部分掉落现象，因此需要及时对粉化或者掉落面进行处理。

3.4 外观质量

3．4．1 上游铺盖

①与闸室相连的铺盖为浆砌块石结构，长14．0m，经水下探查现铺盖表面无较明显的冲刷破坏现象。

②经高程测量，上游铺盖实测高程为▽22．43～▽22．52m，最高与最低处高差为90mm，平均高程为▽22．46m，比原设计▽22．50m 的高程略低。现场水下探查可知，进一步探查未发现铺盖有较明显的塌陷、冲刷坑等破坏现象，铺盖与闸室底板分缝未发现较明显的拉开、错位现象。

3．4．2 上游翼墙

左、右岸翼墙为园弧形浆砌石重力式结构，其内部为不规则块石，外层为料石镶面，勾缝及砌筑砂浆在墙体下半部分存在开裂、脱落现象，但在翼墙上半部分基本未见勾缝及砌筑砂浆存在开裂、脱落现象。

左、右岸翼墙内部砂浆密实性采用钻芯法各抽检3 处，结果表明，砂浆与块石胶结较差，块石与砂浆呈脱开状，砌缝普遍存在蜂窝、孔洞现象。

左、右岸翼墙顶部均无护栏，翼墙后被老百姓种植庄稼。

左、右岸翼墙在靠近岸坡附近有竖向裂缝，裂缝顺砌缝从墙顶开展至底部，裂缝主要是由于翼墙长度较长（17．0m）中间未设分缝，和翼墙地基基础产生差异沉降造成的。

对左、右岸浆砌石翼墙墙面垂直度进行检测，结果表明，左、右岸浆砌石翼墙墙面垂直度测点值均满足相应规范所要求的墙面垂直度允许偏差为测量高度的5/1000的规定要求。

3．4．3 下游翼墙

左、右岸翼墙为“八”字型浆砌石重力式结构，其内部为不规则块石，外层为料石镶面，勾缝及砌筑砂浆外观基本完好，未见较明显的块石松动脱落现象。

左、右岸翼墙内部砂浆密实性采用钻芯法各抽检3 处，结果表明，砂浆与块石胶结较差，块石与砂浆呈脱开状，砌缝普遍存在蜂窝、孔洞现象。

左、右岸翼墙顶部均无护栏，翼墙后被老百姓种植庄稼。

左、右岸翼墙在靠近岸坡附近有竖向裂缝，裂缝顺砌缝从墙顶开展至底部，裂缝主要是由于翼墙长度较长中间未设分缝，和翼墙地基基础产生差异沉降造成的。

对下游左、右岸浆砌石翼墙墙面垂直度进行检测，结果表明各测点墙面垂直度均满足相应规范所要求的墙面垂直度允许偏差为测量高度的5/1000 的规定，合格率为100%。

3．4．4 闸底板、消力池及海漫

闸室底板为混凝土整体底板结构，经高程测量，闸室底板实测高程为▽22．47～▽22．51m，最高与最低处高差为40mm，平均高程为▽22．50m，与原设计▽22．50m 的高程相吻合；现场水下探查可知，底板与上下游分缝未发现较明显的拉开、错位现象，底板表面平整，未发现有较明显的塌陷、冲刷坑等破坏现象，这与高程测量结果相一致。

消力池为钢筋混凝土结构，经高程测量，消力池实测高程为▽21．88～▽21．93m，最高与最低处高差为50mm，平均高程为▽21．90m，与原设计▽21．90m 的高程相吻合；进一步水下探查未发现消力池有较明显的塌陷、冲刷坑等破坏现象，消力池与闸室底板分缝未发现较明显的拉开、错位现象。

消力坎为钢筋混凝土结构，经高程测量，消力坎实测高程为▽22．63～▽22．66m，最高与最低处高差为30mm，平均高程为▽22．65m，与原设计▽22．65m 的高程相吻合；现场水下探查可知，消力坎未发现有较明显的塌陷、冲刷缺损等破坏现象。

下游海漫为浆砌块石结构，经高程测量，消力坎实测高程为▽22．41～▽22．51m，最高与最低处高差为100mm，平均高程为▽22．46m，比原设计▽22．50m 的高程略低；现场水下探查可知，砌石海漫未发现有较明显的塌陷、冲刷缺损等破坏现象。

3．4．5 交通桥

交通桥位于闸下游侧闸墩上，每跨由6 根预制梁（梁高450mm，梁宽250mm）和20 块垂直水流向的预制桥板（板宽1000mm，板厚120mm）组成，现场检查可见预制梁梁底和侧面普遍存在缺棱掉角、钢筋锈胀缝以及钢筋外露锈蚀现象，约1/3 的预制桥板顺行车道方向已断裂。

现交通桥路面为混凝土结构，路面平整密实，交通桥桥面与两岸公路连接平顺。

交通桥桥面护栏为钢筋混凝土结构，护栏质量较差，部分已破损缺失，护栏结构安全性能较差。

3．4．6 闸墩

各孔浆砌石闸墩经检查未发现较明显的不适应承载的结构裂缝，未发现较明显的勾缝砂浆开裂脱落、砌筑的块石风化开裂、松动脱落等质量缺陷。

3．4．7 排架柱

各浆砌石排架柱经检查未发现较明显的不适应承载的结构裂缝，未发现较明显的勾缝砂浆开裂脱落、砌筑的块石风化开裂、松动脱落等质量缺陷。

3．4．8 启闭机梁

启闭机梁为钢筋混凝土“T 形断面（底宽200mm，梁高350mm，单侧板宽600mm），经检查梁底及侧面未发现较明显的缺棱掉角、露筋、裂缝等外观质量缺陷，但板底面不同程度存在因钢筋混凝土保护层过薄产生的钢筋外露锈蚀现象。

3．4．9 混凝土薄壳门

3 扇工作闸门由钢筋混凝土边框及弧型面板组成，左右两侧为橡皮止水，门底为木块止水，闸门开闭靠安装在两侧边框上的木质滑块减小闸门与门槽的摩阻力。

现场检查可见闸门边框上的木质滑块大部分已脱落；两侧的橡皮止水大部分已损坏无法止水，只有少量残留在边框上，边框的止水橡皮压板已严重锈蚀成层状脱落。门底止水木块大部分已损坏殆尽。

闸门边框大部分缺棱掉角及钢筋外露锈蚀现象严重，面板普遍存在钢筋因保护层过薄产生的外露锈蚀现象。

3．4．10 变形缝及其它

从外观检查并结合水下探查可知，上下游的左右岸翼墙与岸墙（边墩）连接处分缝、闸室与消力池及上游铺盖连接处分缝未见较明显的拉开、错位、等现象。分缝宽20～40mm，分缝内填充料为水泥砂浆夹油毡沥青。

从垂直分缝处所取芯样和分缝有渗漏水痕迹可判断，本闸垂直分缝内无止水结构。

本工程无水平位移、垂直位移、渗透压力及侧向绕渗观测装置。

依照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2014）规定，本闸主要建筑物级别为3 级，并依照《水利水电工程安全监测设计规范》（SL 725-2016）规定，必设的监测项目包括水平位移、垂直位移、渗透压力和侧向绕渗等。

4 结果分析

混凝土暴露在空气中和水中强度损失比不一样，造成同一构件不同区域强度有差别，从而导致交通桥梁、薄壳混凝土闸门边框、启闭机平台梁超值比不同，因此水闸工程应该都接触水中部分混凝土采取保护措施。

交通桥梁、薄壳混凝土闸门测点混凝土碳化深度均大于钢筋混凝土保护层厚度，钢筋已失去混凝土的碱性保护，处于锈蚀状态，启闭机平台梁还存于碱性保护状态。主要可能是启闭器梁在室内环境中少有接触雨水，从而对混凝土碳化影响较小，因此对水利工程长期存于水中结构需要时常进行有效保护措施。

虽然翼墙、闸墩、排架柱现龄期砂浆抗压强度推定值均满足设计强度的要求，但表面出现部分掉落现象，因此需要及时对粉化或者掉落面进行处理。