怀柔水库混凝土结构安全检测及评价

刘明杰 李 斌 李 骥

(北京市京密引水管理处，北京 101400)

怀柔水库位于首都东北部，在怀河上游怀九河与怀沙河交汇处。历经多次改扩建后，除正常的防洪、蓄水等功能外，已成为北京市重要的水源地和调蓄地，也是南水北调的节点工程。水库流域面积525km2，库容1.44亿m3，设计洪水位64.16m，校核洪水位67.73m，汛限水位58.00m，地震基本烈度8度。

怀柔水库建成多年，但水库混凝土结构从未进行过系统全面的安全检测和评价，目前混凝土构件中存在不同程度的裂缝、剥蚀和碳化等现象。为保证水库安全运行，排查和消除水库混凝土构件的安全隐患，深入开展混凝土结构的安全检测与评价有着重要的工程和现实意义。

1 检测内容

主要开展怀柔水库的东西溢洪道、水库进水闸、峰山口防洪闸和输水闸的混凝土安全检测工作。依据混凝土安全检测现行规范规定，开展现场和室内的检查、检测与试验工作，并对检测和检查结果进行评价和分析。本次检测重点为混凝土结构和构件的老化病害情况，主要检查和检测内容为外观缺陷、混凝土构件强度、钢筋保护层厚度、碳化深度、裂缝深度、钢筋锈蚀以及内部缺陷等。

2 检测方法

外观缺陷主要通过现场检查并结合米尺、裂缝宽度仪等设备来实施。混凝土强度的检测采用回弹法和取芯法相结合的方法，该方法利用钻芯结果修正回弹值，可以大大提高检测精度。钢筋保护层厚度主要通过感应电磁场的方法来检测。碳化深度通过电动冲击钻，测量碳化与未碳化的界面到构件表面的长度，平行取值后得到所测混凝土构件的碳化深度。裂缝深度主要通过超声波测缝深的方法进行，利用脉冲波在混凝土中的传播时间、速度以及接收波声学参数来检测和评价混凝土的内部缺陷。钢筋锈蚀检测采用半电池电位法，根据测定结果选出代表性电位值，剖开混凝土保护层后仔细查看钢筋锈蚀情况，对所测区域的钢筋锈蚀进行评价，钢筋的锈蚀将使混凝土握裹力和钢筋有效截面积下降。混凝土的内部缺陷检测主要采用瞬态表面波法，通过对弹性波速进行分析，对混凝土质量进行评定，面波法也是常用的混凝土质量无损检测方法。研究表明：混凝土裂缝虽然不改变结构的主要承载方式，但过多的裂缝将减低结构的整体性，从裂缝中渗出的有压水，将对大坝安全产生危害。

3 检测结果

3.1 东溢洪道

东溢洪道的检查和检测部位主要包括翼墙、铺盖、闸墩、底板，以及下游泄槽底板、边墙、消力池等。现场检查表明闸室和翼墙未发生明显沉降倾斜，但发现了不同程度外观缺陷，典型的外观缺陷(边墙混凝土剥蚀)见图1，典型的外观缺陷情况见表1，总体反映出无明显缺陷。对溢洪道中墩进行扫描成像，检测结果见图2。图2表明，混凝土波速基本在4250m/s以上，结合混凝土质量评定标准，可以认为混凝土状况良好。结合混凝土钻芯取样检测结果，推求混凝土强度在42MPa以上，详见表2。

图1 边墙混凝土剥蚀

表1 上游左边墙缺陷汇总

图2 中墩扫描成像检测

表2 混凝土钻芯强度统计

3.2 西溢洪道

西溢洪道的检查和检测部位包括引渠翼墙、底板、闸墩、底板、泄槽段边墙、溢流面。现场检查表明，闸室及边墙完整，外观状态良好，闸墩、底板以及泄槽段边墙均无明显缺陷，但在闸底板及泄槽段处存在多处明显的涂层损坏现象，典型的损坏情况见图3。混凝土回弹强度、保护层厚度及碳化深度的检测情况见表3～表5。

图3 溢流面涂层缺失

表3 回弹强度检测结果

表4 保护层厚度检测

表5 碳化深度检测结果

3.3 水库进水闸

水库进水闸防碳化处理及整体外观良好，闸室及翼墙无明显缺陷，现场检查中除了在中墩发现几条裂缝以外，上游方涵的边墩情况良好。进水闸的混凝土回弹检测结果见表6，结果表明混凝土回弹值较大，反映混凝土强度较高。

表6 回弹强度检测结果

方涵及闸墩选取若干测点，对混凝土保护层厚度进行检测，结果见表7。结果表明，混凝土保护层实测厚度略小于设计值，判断可能对钢筋锈蚀有轻度影响。

表7 混凝土保护层实测结果

对方涵和闸墩进行了碳化深度检测，结果表明闸墩基本无碳化，反映出水库进水闸闸墩混凝土防碳化处理具有良好效果，对钢筋锈蚀无影响。方涵中墩的裂缝检测结果见表8。

表8 裂缝检测结果

钢筋锈蚀检测主要针对闸门方涵边墩和闸墩。结果表明，方涵边墩、中墩、闸墩中钢筋半电池电位均大于-200mV，钢筋腐蚀发生概率低于10%。综合碳化深度、钢筋保护层厚度和氯离子含量实测结果，判断该构件钢筋未锈蚀。混凝土质量均匀性的检测表明，方涵中墩、闸墩部位不存在明显缺陷。

3.4 峰山口输水闸

峰山口输水闸外观普查部位包括闸墩、交通桥及下游翼墙。现场检查未见明显异常，交通桥也未发现明显缺陷。典型的现场检查情况见图4。混凝土回弹强度检测结果和碳化深度检测结果见表9、表10。

图4 胸墙混凝土回弹检测

表9 混凝土回弹强度结果

表10 碳化深度检测结果

4 安全评价与建议

4.1 安全评价结果

东溢洪道的闸墩、翼墙、边墙发现有不同程度的裂缝和剥蚀，在其闸墩和边墙有超过钢筋保护层厚度的较深裂缝，碳化程度较深。西溢洪道底板剥蚀较为普遍，翼墙裂缝明显，溢流面防护涂层龟裂和脱落。翼墙裂缝宽度较大，部分贯穿；闸墩和启闭机梁混凝土碳化较深。水库进水闸外观质量总体较好，仅在进口方涵中墩存在裂缝。峰山口输水闸闸墩有1条裂缝及下部防碳化涂层鼓包，下游翼墙混凝土剥蚀。

4.2 加固处理建议

东溢洪道存在的多处裂缝需补强加固，碳化深度较深的部分建议做防碳化处理，并进行封闭。西溢洪道底板及溢流面做抗冲耐磨涂层，并对上游翼墙进行修复，对闸墩和启闭机梁做防碳化处理。进水闸进口方涵中墩裂缝需补强加固。峰山口输水闸闸墩裂缝需加固处理，并对闸墩水下及水位变化区的混凝土进行防碳化和防渗处理。

5 结 语

本文针对怀柔水库工程特点，依据混凝土检测相关规范，采用多种检测手段对东溢洪道、西溢洪道、水库进水闸、峰山口防洪闸和输水闸混凝土结构的外观缺陷、构件强度、钢筋保护层厚度、碳化深度、裂缝深度、钢筋锈蚀情况以及内部缺陷进行现场检查和检测。基于检测结果并依据评价标准，对水库混凝土结构的安全状态进行综合评价，并针对检查发现的安全隐患提出了加固处理建议，可为水库工程的安全运行提供有力支撑，具有重要的实际意义。