許 沿，臧振濤，陳振華，江四海

（1.杭州海澤水利工程有限公司，浙江 杭州 311202；2.浙江水利水電學(xué)院勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，浙江 杭州 310018；3.杭州河口水利科技有限公司，浙江 杭州 310000）

1 問題的提出

目前，國內(nèi)水利建筑行業(yè)檢測(cè)探查混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的方法主要有坑探法、鉆芯法及物探法等。其中坑探法屬有損探測(cè)方法，工藝原始、檢測(cè)結(jié)果直觀，但存在對(duì)原結(jié)構(gòu)破壞大、擾動(dòng)大、檢測(cè)深度淺、不適合普查、不適合水下作業(yè)的缺點(diǎn)。常規(guī)的“鉆芯法”屬于半破壞檢測(cè)方法[1]，該方法鉆芯直徑一般為100 ～ 150 mm，主要用于混凝土強(qiáng)度檢測(cè)[2]，以及工程地質(zhì)鉆芯檢測(cè)。物探法屬于無損探測(cè)方法，如探地雷達(dá)法[3]，該方法操作方便，常應(yīng)用于水上工程的隱患普查，但也由于受地下水、結(jié)構(gòu)層、土層等多種因素影響，檢（探）測(cè)結(jié)果往往可靠性較低。因小孔徑鉆芯具有清晰、直觀，對(duì)結(jié)構(gòu)損害小等特點(diǎn)[4]，提出利用陳振華等人的發(fā)明專利“微創(chuàng)可視探查法”[5]，并進(jìn)行相關(guān)室內(nèi)及實(shí)際工程應(yīng)用試驗(yàn)研究，以確定該方法的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。

2 室內(nèi)試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

（1）鉆芯機(jī)具采用特制的混凝土鉆孔機(jī)鉆芯機(jī)（型號(hào)：SG — 300F）；

（2）鉆頭壁厚2 mm，外徑32 mm；

（3）微孔攝像采用鉆孔視頻成像儀（TFT color monitor）；

（4）其他設(shè)備：卷尺等。

2.2 試塊材料組成

（1）水泥：杭州聯(lián)化水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥：P.O32.5、P.O42.5；

（2）碎石：最大粒徑為10，20，40，80 mm；

（3）砂：采用細(xì)度模數(shù)為2.8，平均粒徑為0.41 mm的中砂。

2.3 試驗(yàn)方法

混凝土是一種復(fù)合性膠凝材料，在攪拌、澆筑過程中會(huì)受到各種因素影響，粗細(xì)骨料不可能完全混合均勻。在小孔徑鉆芯時(shí)，不均勻的試塊在受到鉆頭擾動(dòng)時(shí)，芯樣中漿體與骨料之間的膠結(jié)會(huì)受到破壞而影響芯樣長(zhǎng)度，同時(shí)，試塊強(qiáng)度的不同、澆筑振搗密實(shí)的不同也會(huì)影響芯樣長(zhǎng)度。

試驗(yàn)時(shí)，試塊尺寸為500 mm×500 mm×500 mm，采用室內(nèi)人工澆筑、機(jī)械振搗密實(shí)并采用室內(nèi)空氣中養(yǎng)護(hù)。試塊主要考慮混凝土試塊，并根據(jù)其強(qiáng)度不同又劃分為：C10，C15，C20，C25，C30，C40試塊，并考慮水灰比（W/C）、骨料最大粒徑（小于a）等因素，試驗(yàn)概要見表1。

表1 混凝土試驗(yàn)概要表

對(duì)于取芯質(zhì)量好壞的評(píng)判，DZT 0227 — 2010《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》提出巖芯采取率指標(biāo)，并提出相應(yīng)的計(jì)算方法[6]。目前，一些混凝土結(jié)構(gòu)也采用芯樣采取率指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)質(zhì)量分析[7-8]。本文對(duì)鉆芯孔深以及芯樣長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，通過計(jì)算芯樣采取率指標(biāo)用于反映膠結(jié)砌石材料的密實(shí)度。

2.4 鉆芯及觀測(cè)結(jié)果

采用微創(chuàng)鉆芯機(jī)鉆芯，利用特制基座以減少機(jī)身顫動(dòng)對(duì)芯樣采取率的影響。鉆芯過程中，保證水量供應(yīng)，起潤滑和冷卻的作用。同時(shí)，鉆芯過程中滿足JGJ/T 384 — 2016《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》相關(guān)要求。將取出的芯樣按先后順序放置在特制的芯樣盒內(nèi)，放置時(shí)注意交界面相對(duì)應(yīng)，利用卷尺測(cè)量芯樣（每組芯樣3次，每個(gè)芯樣測(cè)量3次，取均值，精確到mm），利用微孔攝像儀進(jìn)行孔內(nèi)攝像，查看孔壁的光滑程度是否有脫空、裂縫等，若出現(xiàn)脫空，利用特制的探鉤進(jìn)行孔內(nèi)探查、測(cè)量脫空深度，代表性芯樣及孔內(nèi)探查結(jié)果見圖1。

圖1 代表性芯樣及孔內(nèi)探查結(jié)果圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆芯測(cè)量計(jì)算可知，相關(guān)砂漿及混凝土芯樣采取率計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 混凝土芯樣采取率計(jì)算結(jié)果表

3 實(shí)際工程應(yīng)用

為了研究微創(chuàng)可視探查法是否適用于水下鉆芯探查，本次在溫嶺市新金清閘工程（始建于1932年10月，1934年8月竣工）的閘底板進(jìn)行水上作業(yè)、水下鉆芯探查試驗(yàn)研究。

試驗(yàn)在水深5.2 m，上下游水位差小于0.5 m的條件下進(jìn)行。針對(duì)水質(zhì)渾濁，能見度不高的問題，采用投放明礬或聚合氯化鋁的方式進(jìn)行短時(shí)間澄清水質(zhì)，同時(shí)在微孔探查時(shí)，利用小流量導(dǎo)管進(jìn)行孔內(nèi)清水置換，以改善可視度。試驗(yàn)時(shí)，選擇鉆頭外徑為44 mm，相關(guān)典型閘孔的芯樣、底板內(nèi)部及底部脫空情況見圖2 ～ 4。

圖2 3#上游閘底板微孔取芯芯樣圖

圖3 4#下游閘底板微孔取芯芯樣圖

圖4 孔內(nèi)、孔底典型攝像截圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆出的芯樣及孔內(nèi)探查情況可知：新金清閘閘底板整體澆筑質(zhì)量較高、變形縫（油毛氈部分）除表面發(fā)生老化外，內(nèi)部完好，仍能發(fā)揮相應(yīng)功能，但部分閘底板存在裂縫，底部存在脫空等隱患，例如3#閘孔上游側(cè)的S3 - 3號(hào)孔（位于靠近上游斜向裂縫的位置），鉆孔深度為110 cm，獲取的芯樣總長(zhǎng)為104 cm，芯樣采取率為94.5%，芯樣上部3 cm為灰黃色纖維狀不明物（疑是爛木板），8 ～ 20 cm 和 30 ～ 40 cm 處出現(xiàn)寬 0.1 ～ 0.2 cm 的不規(guī)則裂縫，閘底板下部脫空約5 cm。

4 結(jié)果分析

采用室內(nèi)和實(shí)際工程試驗(yàn)，通過對(duì)芯樣外觀觀察、微孔內(nèi)部探查以及芯樣采取率計(jì)算，可知微創(chuàng)可視探查法的特點(diǎn)：

（1）微孔可視探查與芯樣表觀觀測(cè)相結(jié)合，能夠清晰直觀地反映出膠結(jié)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠反映膠結(jié)材料內(nèi)部是否存在蜂窩、麻面、疏松區(qū)等質(zhì)量缺陷[9]以及裂縫、脫空等隱患；

（2）采用微創(chuàng)鉆芯法進(jìn)行芯樣采取率測(cè)定時(shí)，除了不適用由粗砂及低強(qiáng)度較大直徑骨料的混凝土外，其他砂漿、混凝土膠結(jié)材料均可應(yīng)用；

（3）在需要測(cè)量芯樣采取率的應(yīng)用中，除M2.5砂漿及骨料直徑為5 ～ 80 mm的C10膠結(jié)材料受微創(chuàng)鉆芯法的影響，需要進(jìn)行一定的折算，其他強(qiáng)度的膠結(jié)材料芯樣采取率都達(dá)到95.0%以上，可以忽略微創(chuàng)鉆芯法對(duì)芯樣的損傷，直接應(yīng)用于檢測(cè)探查。

（4）采用微創(chuàng)可視探查法進(jìn)行膠結(jié)材料檢測(cè)，能夠直觀地反應(yīng)結(jié)構(gòu)的密實(shí)度、內(nèi)部裂縫、脫空等特征，且具備設(shè)備輕巧，操作簡(jiǎn)單，可以任意方向鉆取芯樣等優(yōu)點(diǎn)。

（5）微創(chuàng)可視探查法不僅適用于新建、改建、擴(kuò)建的擋墻、海堤防浪墻水閘等混凝土結(jié)構(gòu)的隱患探查，而且還適用于相關(guān)水利工程的水下隱患探查。

5 結(jié) 語

針對(duì)目前已有的混凝土膠結(jié)材料缺陷檢測(cè)方法的不足，本文利用微創(chuàng)可視探查法，進(jìn)行不同骨料、不同強(qiáng)度的室內(nèi)試驗(yàn)及實(shí)際工程的試驗(yàn)研究。通過對(duì)芯樣觀察、孔內(nèi)攝像探查以及芯樣采取率計(jì)算可知：微孔可視探查法對(duì)結(jié)構(gòu)損傷微小，能夠清晰、直觀地反映出膠結(jié)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、膠結(jié)材料內(nèi)部是否存在蜂窩、麻面、疏松區(qū)等質(zhì)量缺陷以及裂縫、脫空等隱患；該方法中的芯樣采取率指標(biāo)能夠反映檢測(cè)結(jié)構(gòu)的混凝土密實(shí)度；同時(shí)，該方法具有設(shè)備輕巧、操作簡(jiǎn)單、可以任意方向鉆取芯樣、能夠適應(yīng)于干地及水下鉆芯探查等優(yōu)點(diǎn)。

微創(chuàng)可視探查法為新建、改建、擴(kuò)建的擋墻、海堤防浪墻水閘等混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷檢測(cè)及已建水利工程的隱患探查提供一種可靠的檢測(cè)手段。