邢 貴

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

農(nóng)業(yè)灌溉和安全飲水工程，是新時代打好脫貧攻堅戰(zhàn)、實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要保障。水是農(nóng)業(yè)之基，渠道襯砌工程可有效提高灌溉用水效率，保障兩岸農(nóng)田和人畜供水安全。渠道襯砌工程主要采用襯砌板的形式，厚度相對較薄，受混凝土抗拉強度較低、易裂縫以及不均勻沉降等的影響，裂縫容易貫通且難愈合，應(yīng)對渠道襯砌工程進行有效實體檢測。灌溉水流的季節(jié)性調(diào)節(jié)，使渠道極易受到侵蝕和凍脹等損害，出現(xiàn)過早劣化，極大地影響渠道防滲效果和結(jié)構(gòu)耐久性。為此應(yīng)合理選擇質(zhì)量檢測方案，對渠道進行健康診斷和質(zhì)量風(fēng)險管理。

1 質(zhì)量檢測概況

在施工期、竣工驗收前以及后期運行中，渠道混凝土襯砌項目法人等相關(guān)委托人，均會委托具有相應(yīng)資質(zhì)等級的質(zhì)量檢測單位進行抽樣檢測[3，5]。多數(shù)委托人的關(guān)注點在于是否進行過檢測；自檢、抽檢以及第三方檢測的檢測機構(gòu)，多采用回彈法或者取芯法只進行強度測定；國內(nèi)外學(xué)者對渠道襯砌檢測的研究，集中在具體檢測技術(shù)存在的問題和影響因素上[6-8]，對渠道特征系統(tǒng)檢測的研究較少。

目前我國大多數(shù)混凝土實體檢測，只是依據(jù)經(jīng)驗檢測某一參數(shù)，缺乏對檢測項目的具體分析，檢測項目選擇不合理、檢測流程不規(guī)范均會造成檢測數(shù)據(jù)不完善。檢測精度差也會影響工程質(zhì)量評定，造成項目帶隱患運行。因渠道混凝土影響因素復(fù)雜多變，對灌區(qū)混凝土襯砌渠道進行合理、準(zhǔn)確的實體檢測，應(yīng)規(guī)范檢測流程，解析檢測方法，供委托方?jīng)Q策。便于及時發(fā)現(xiàn)、及早修復(fù)，保證渠道用水，確保灌溉效率，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2 渠道襯砌工程分類

《水利工程質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程》（SL734-2016）6.9.1，規(guī)范了渠道襯砌檢測項目的選擇范圍，包括抗壓強度、襯砌厚度、裂縫、鋼筋數(shù)量、間距和保護層厚度、內(nèi)部缺陷、抗凍性能、抗?jié)B性能[1]。綜合考慮不同渠道特點和現(xiàn)有質(zhì)量檢測技術(shù)，結(jié)合渠道襯砌工程質(zhì)量檢測的經(jīng)驗，按照渠道形式、工程地質(zhì)及地下水、挖填情況等因素，將渠道大體分為四類，針對性地選擇主要檢測項目，制定質(zhì)量檢測方案。

2.1 填方和地下水位低的半挖半填渠道

這類渠道襯砌多采用弧形坡腳的梯形斷面，鋼筋配置用于抵抗溫度應(yīng)力，混凝土板主要以防滲為主。檢測方案要特別重視混凝土板厚度、抗?jié)B性和裂縫檢測。檢測裂縫時，可借助鋼尺、油漆、放大鏡、塞尺、超聲脈沖波等，重點檢查裂縫的類型、長度、寬度、深度、走向、分布等。鋼筋的檢測可結(jié)合坡面取芯進行，既避免取芯樣時遇到鋼筋，又可進行局部的鋼筋間距檢測?？紤]到混凝土壓頂與混凝土板多為一體化澆筑，可在壓頂面上進行混凝土取芯，用于抗壓強度檢測，還可適當(dāng)多取一組芯樣，加工后進行混凝土抗?jié)B性試驗。

2.2 挖方和地下水位較高的半挖半填渠道

這類渠道多采用矩形斷面或梯形斷面，且多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以防滲、防凍、穩(wěn)定邊坡為主。檢測方案要注重抗壓強度、鋼筋數(shù)量和底板裂縫的檢測。建議大面積采用沖擊彈性波法、雷達法進行無損檢測，結(jié)合取芯法掌握混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀態(tài)，如抗壓強度、鋼筋缺失、內(nèi)部缺陷離析和孔洞和裂縫深度等。裂縫檢測在常規(guī)檢測基礎(chǔ)上，結(jié)合超聲波法具體分析。混凝土成型過程中，要定期進行抗壓、抗凍、抗?jié)B試塊留樣。芯樣可避開鋼筋在側(cè)墻取樣，深度以不破壞土工膜為宜。

2.3 灌溉渠道（支、斗、農(nóng)渠）

灌區(qū)支、斗、農(nóng)渠一般為土渠，部分襯砌結(jié)構(gòu)采用預(yù)制U型槽和弧形板拼裝。預(yù)制板安裝的壽命主要取決于混凝土壓頂?shù)馁|(zhì)量，檢測方案既要兼顧預(yù)制構(gòu)件的檢測，還要重點針對混凝土壓頂和填縫的質(zhì)量進行分析。預(yù)制混凝土構(gòu)件和混凝土壓頂常采用鉆芯法、回彈法、沖擊彈性法等進行力學(xué)性能檢測，填縫多采用鋼尺、油漆、放大鏡、塞尺進行裂縫走向和分布觀測。

2.4 特殊地質(zhì)建設(shè)的渠道

如渠道地基位于流沙段、濕陷性黃土基等特殊環(huán)境，應(yīng)進行專題研究，多實時監(jiān)測，確定檢測方案。

3 檢測工作流程

混凝土襯砌渠道檢測，多以混凝土結(jié)構(gòu)抽樣檢測結(jié)果，評價渠道整體質(zhì)量。檢測過程往往需要現(xiàn)場施工方的配合，大比例檢測一定程度上會影響施工工期。渠道襯砌具有薄壁剛性結(jié)構(gòu)的特點，檢測過程中，某些細節(jié)要素如果不慎重處理，將會呈現(xiàn)多樣化的檢測結(jié)論，無法準(zhǔn)確評價實際質(zhì)量情況。因此設(shè)計合理的檢測流程，對流程中影響檢測結(jié)果的活動進行有效的監(jiān)督和控制，以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.1 接受委托、檢測前準(zhǔn)備

按照檢測渠道分類、施工部署和長度等劃分檢測單元，選擇合適檢測項目。同時組織相關(guān)人員，分析檢測項目，確定檢測依據(jù)，編制切實可行的作業(yè)指導(dǎo)書。檢測前做好儀器設(shè)備的檢定校準(zhǔn)工作，預(yù)備試驗藥劑及耗材。取樣時要特別重視首批面板的驗收檢測，同時要委托方提供準(zhǔn)確的成型日期，以確保檢測的可追溯性。檢驗項目開展前進行技術(shù)交底，由項目試驗檢測工程師進行技術(shù)、安全交底。

3.2 現(xiàn)場檢測過程

到達檢測現(xiàn)場后，要及時收集渠道襯砌混凝土板的基礎(chǔ)信息，并完善檢測設(shè)備信息和檢測統(tǒng)計信息。檢測工作宜避免對混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，如無法避免時，應(yīng)采取相應(yīng)措施不影響工程原有性能與指標(biāo)。檢測人員按檢測標(biāo)準(zhǔn)或作業(yè)指導(dǎo)書進行試驗，及時記錄現(xiàn)場情況和環(huán)境條件，每份原始記錄應(yīng)包含足夠的信息以保證其能夠達到事后評估、分析、統(tǒng)計和追溯的目的。檢測數(shù)據(jù)真實有效?；炷恋装辶芽p在常規(guī)物理檢測的基礎(chǔ)上，可結(jié)合無人機和圖像處理技術(shù)，輔助進行渠道大面積的外部缺陷和表面平整度檢測。襯砌混凝土取芯檢測要做好取樣記錄、注意取樣數(shù)量、樣品標(biāo)記、包裝、運輸、保管。對檢測中發(fā)現(xiàn)的重大質(zhì)量缺陷、工程隱患及檢測結(jié)果不合格的及時通知委托方。另外在施工期檢測時盡量保證檢測工作不影響正常施工。

3.3 出具檢測報告

在檢驗檢測工作結(jié)束后，檢測人員及時計算分析，若發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果出現(xiàn)較大偏離，應(yīng)該重新審核實驗過程，確保檢測數(shù)據(jù)的有效性。針對現(xiàn)場無損檢測和渠道底板裂縫觀測的大量的檢測數(shù)據(jù)，可結(jié)合人工智能AI技術(shù)進行批量化自動數(shù)據(jù)處理、通過特征學(xué)習(xí)和分類算法，及時顯示結(jié)果，減少人工誤判。并針對渠道的整體外部缺陷和質(zhì)量檢測結(jié)果統(tǒng)計、分析，協(xié)助委托方完成渠道整體質(zhì)量評價。檢測結(jié)束后，檢測單位要及時提交初步檢測報告（中間結(jié)果）及正式檢測報告，檢測報告包含明確的檢測結(jié)論。正式檢測報告的主要內(nèi)容包括：前言、工程地質(zhì)概況、渠道設(shè)計概況、施工概況、檢測方法及原理、檢測設(shè)備、測線布置平面圖，檢測結(jié)果（襯砌板厚度、裂縫分布情況、混凝土強度等）、質(zhì)量評定、檢測結(jié)論說明及建議等資料。

4 主要檢測項目

混凝土襯砌渠道設(shè)計的基本要求是耐久性、安全性和適用性[4]，質(zhì)量檢測是通過檢查、量測、試驗等方法，對工程特征進行符合性評價。由于渠道混凝土比較薄、多斜坡，對混凝土抗壓強度、抗?jié)B性和抗凍性、鋼筋數(shù)量和底板裂縫等的檢測，應(yīng)結(jié)合規(guī)范要求和實踐經(jīng)驗。

4.1 混凝土抗壓強度檢測

采用回彈法檢測渠道襯砌混凝土板抗壓強度[2]，合理選擇鉆芯位置鉆取混凝土芯樣，進行強度和耐久性的研究。取樣部位應(yīng)由委托方、現(xiàn)場監(jiān)理（建設(shè)）和施工方等協(xié)商一致，隨機抽取，并使所選構(gòu)件具有一定的代表性?；貜椃ê唵沃庇^，可以很好地反應(yīng)渠道襯砌施工質(zhì)量情況?；貜椃z測要注意，在工程檢測前后，回彈儀應(yīng)在鋼砧上作率定試驗。檢測結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土強度的每一結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，測區(qū)數(shù)不少于10個；檢測面應(yīng)為原狀混凝土表面，并應(yīng)清潔、平整；回彈儀的軸線應(yīng)始終垂直于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土檢測面，緩慢施壓，準(zhǔn)確讀數(shù)，快速復(fù)位。并在10個測區(qū)中選取3個來測試混凝土碳化深度，混凝土碳化深度采用酚酞試劑法進行測試。

采用鉆芯法檢測混凝土強度，取樣位置需提前用雷達法進行鋼筋掃描，避開主筋、預(yù)埋件和管線的位置，結(jié)合回彈法的檢測數(shù)據(jù)，選擇便于鉆芯機安放與操作的部位取樣[6]。鉆芯機就位并安放平穩(wěn)后，應(yīng)將鉆芯機固定。鉆芯機必須通冷卻水才能達到冷卻鉆頭和排出混凝土碎屑的目的。鉆取芯樣時應(yīng)控制進鉆的速度。芯樣應(yīng)根據(jù)渠道具體位置信息進行標(biāo)記。芯樣應(yīng)采取保護措施，避免在運輸和貯存中損壞。鋸切后的芯樣應(yīng)進行端面處理，宜采取在磨平機上磨平端面的處理方法，芯樣試件的抗壓試驗應(yīng)按現(xiàn)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)SL 352-2006，對立方體試塊抗壓試驗方法進行。

4.2 混凝土抗拉強度、抗?jié)B性和抗凍性檢測

混凝土抗拉強度、抗?jié)B性和抗凍性檢測，均需對混凝土芯樣進行加工，切割或填補成標(biāo)準(zhǔn)試樣?；炷恋目估瓘姸葯z測，是對芯樣試件施加劈裂力和軸向拉力，測定混凝土的抗拉強度。抗?jié)B性和抗凍性檢測，是依據(jù)《水利工程質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程》（SL734—2016），對芯樣加工處理，制作抗?jié)B試件和抗凍試件芯樣，測驗混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和抗凍性。

4.3 鋼筋數(shù)量、混凝土板厚度、內(nèi)部缺陷的檢測

渠道鋼筋混凝土襯砌板檢測中，需對其中的鋼筋位置、保護層厚度、鋼筋直徑以及鋼筋的排列等指標(biāo)進行檢測，以便確定結(jié)構(gòu)混凝土能否達到設(shè)計要求。

檢測位置應(yīng)沿底板和兩側(cè)腰部進行，常用的無損檢測方法是電磁感應(yīng)法（鋼筋探測儀）和地質(zhì)雷達法。雷達可對檢測對象作連續(xù)檢測，能直觀地將檢測目標(biāo)物以二維圖像方式展現(xiàn)。對鋼筋保護層厚度較薄或?qū)︿摻顧z測存在疑問時，可采用電磁感應(yīng)法進行輔助檢測。渠道混凝土板厚度的檢測，采用沖擊回波法，測點間距宜為0.1m。還可以采用鉆孔法檢測，鉆孔布點至少3個測點。

4.4 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測

渠道工程中，混凝土襯砌底板裂縫問題比較常見。當(dāng)遇到冰凍災(zāi)害時，混凝土裂紋加寬，最終形成貫穿性裂縫，導(dǎo)致滲漏和混凝土結(jié)構(gòu)的整體性下降，使襯砌的耐久性顯著降低。

裂縫常規(guī)檢測方法如下：裂縫長度測量，把油漆涂在裂紋的首尾，劃線測量裂縫長度，一段時間后，若油漆區(qū)出現(xiàn)明顯裂紋，則裂縫增大。裂縫寬度檢測一般采用裂紋測寬儀，（安裝時要保證千分表腳的牢固），還可以把畫有V形槽的細條玻璃垂直黏貼于裂縫，只要裂縫有發(fā)展，玻璃就會斷裂，可檢測裂縫寬度是否逐漸增大。裂縫深度測量通過向裂縫注入紅色酚酞溶液，并小心鑿至無紅色混凝土為止，測量的深度為裂縫深度。

在渠道襯砌板裂縫密集區(qū)域，可采用超聲波鋼筋檢測儀，對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進行檢測，50cm以內(nèi)的裂縫采用平測法，每條裂縫需均勻布置不少于3條測線。另外，可采用無人機和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對大面積襯砌渠道進行圖像分析，評估表面缺陷情況。

裂縫檢測完畢，需繪制裂縫分布圖，標(biāo)注裂縫詳細情況，包括長度、寬度、深度、走向、分布等，以此判斷裂縫的性質(zhì)和成因。

5 結(jié)語

優(yōu)秀的檢測方案，可及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌渠道缺陷。要了解渠道襯砌的具體質(zhì)量狀況，在實體檢測基礎(chǔ)上，還可以結(jié)合工程實際，進行原材料檢測，拌合水工混凝土，分析組成材料對襯砌性能的影響，研究混凝土破壞機理和內(nèi)部裂縫擴展的變化趨勢。

大型灌區(qū)的混凝土襯砌渠道，裂縫檢測采用人工目測法效率太低。無人機采集結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，對襯砌混凝土板表面缺陷圖像進行檢測和評估，可大大提高工作效率。結(jié)合人工智能技術(shù)，采取全樣本大數(shù)據(jù)檢測，取代抽樣檢測，實現(xiàn)全程無人化，高效處理檢測結(jié)果，保障工程質(zhì)量。

水利工程檢測的未來發(fā)展趨勢是無損化、自動化和智能化。水利工程檢測方案必須深入研究、與時俱進，在實踐中總結(jié)創(chuàng)新。要準(zhǔn)確綜合評價水工建筑物，未來要依賴于標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量檢測方案和基于人工智能的大數(shù)據(jù)檢測云平臺。