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.浙江水利水電學院勘測設(shè)計研究有限公司，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方法，工藝原始、檢測結(jié)果直觀，但存在對原結(jié)構(gòu)破壞大、擾動大、檢測深度淺、不適合普查、不適合水下作業(yè)的缺點。常規(guī)的“鉆芯法”屬于半破壞檢測方法[1]，該方法鉆芯直徑一般為100 ～ 150 mm，主要用于混凝土強度檢測[2]，以及工程地質(zhì)鉆芯檢測。物探法屬于無損探測方法，如探地雷達法[3]，該方法操作方便，常應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）測結(jié)果往往可靠性較低。因小孔徑鉆芯具有清晰、直觀，對結(jié)構(gòu)損害小等特點[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]，并進行相關(guān)室內(nèi)及實際工程應用試驗研究，以確定該方法的特點及其應用范圍。

2 室內(nèi)試驗方案

2.1 試驗設(shè)備

（1）鉆芯機具采用特制的混凝土鉆孔機鉆芯機（型號：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：采用細度模數(shù)為2.8，平均粒徑為0.41 mm的中砂。

2.3 試驗方法

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

試驗時，試塊尺寸為500 mm×500 mm×500 mm，采用室內(nèi)人工澆筑、機械振搗密實并采用室內(nèi)空氣中養(yǎng)護。試塊主要考慮混凝土試塊，并根據(jù)其強度不同又劃分為：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，試驗概要見表1。

表1 混凝土試驗概要表

對于取芯質(zhì)量好壞的評判，DZT 0227 — 2010《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》提出巖芯采取率指標，并提出相應的計算方法[6]。目前，一些混凝土結(jié)構(gòu)也采用芯樣采取率指標進行相關(guān)質(zhì)量分析[7-8]。本文對鉆芯孔深以及芯樣長度進行測量，通過計算芯樣采取率指標用于反映膠結(jié)砌石材料的密實度。

2.4 鉆芯及觀測結(jié)果

采用微創(chuàng)鉆芯機鉆芯，利用特制基座以減少機身顫動對芯樣采取率的影響。鉆芯過程中，保證水量供應，起潤滑和冷卻的作用。同時，鉆芯過程中滿足JGJ/T 384 — 2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術(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)，放置時注意交界面相對應，利用卷尺測量芯樣（每組芯樣3次，每個芯樣測量3次，取均值，精確到mm），利用微孔攝像儀進行孔內(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，利用特制的探鉤進行孔內(nèi)探查、測量脫空深度，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)場鉆芯測量計算可知，相關(guān)砂漿及混凝土芯樣采取率計算結(jié)果見表2。

表2 混凝土芯樣采取率計算結(jié)果表

3 實際工程應用

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）的閘底板進行水上作業(yè)、水下鉆芯探查試驗研究。

試驗在水深5.2 m，上下游水位差小于0.5 m的條件下進行。針對水質(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行短時間澄清水質(zhì)，同時在微孔探查時，利用小流量導管進行孔內(nèi)清水置換，以改善可視度。試驗時，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)和實際工程試驗，通過對芯樣外觀觀察、微孔內(nèi)部探查以及芯樣采取率計算，可知微創(chuàng)可視探查法的特點：

（1）微孔可視探查與芯樣表觀觀測相結(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)鉆芯法進行芯樣采取率測定時，除了不適用由粗砂及低強度較大直徑骨料的混凝土外，其他砂漿、混凝土膠結(jié)材料均可應用；

（3）在需要測量芯樣采取率的應用中，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，需要進行一定的折算，其他強度的膠結(jié)材料芯樣采取率都達到95.0%以上，可以忽略微創(chuàng)鉆芯法對芯樣的損傷，直接應用于檢測探查。

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

（5）微創(chuàng)可視探查法不僅適用于新建、改建、擴建的擋墻、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

針對目前已有的混凝土膠結(jié)材料缺陷檢測方法的不足，本文利用微創(chuàng)可視探查法，進行不同骨料、不同強度的室內(nèi)試驗及實際工程的試驗研究。通過對芯樣觀察、孔內(nèi)攝像探查以及芯樣采取率計算可知：微孔可視探查法對結(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能夠反映檢測結(jié)構(gòu)的混凝土密實度；同時，該方法具有設(shè)備輕巧、操作簡單、可以任意方向鉆取芯樣、能夠適應于干地及水下鉆芯探查等優(yōu)點。

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