微創(chuàng)可視探查法在混凝土結構缺陷檢測中的試驗研究

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)檢測探查混凝土結構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、檢測結果直觀，但存在對原結構破壞大、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、結構層、土層等多種因素影響，檢（探）測結果往往可靠性較低。因小孔徑鉆芯具有清晰、直觀，對結構損害小等特點[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，一些混凝土結構也采用芯樣采取率指標進行相關質(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砌石材料的密實度。

2.4 鉆芯及觀測結果

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規(guī)程》相關要求。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)探查結果見圖1。

圖1 代表性芯樣及孔內(nèi)探查結果圖

根據(jù)現(xiàn)場鉆芯測量計算可知，相關砂漿及混凝土芯樣采取率計算結果見表2。

表2 混凝土芯樣采取率計算結果表

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合，能夠清晰直觀地反映出膠結材料內(nèi)部結構，能夠反映膠結材料內(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材料檢測，能夠直觀地反應結構的密實度、內(nèi)部裂縫、脫空等特征，且具備設備輕巧，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構的隱患探查，而且還適用于相關水利工程的水下隱患探查。

5 結 語

針對目前已有的混凝土膠結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構損傷微小，能夠清晰、直觀地反映出膠結材料內(nèi)部結構、膠結材料內(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構的混凝土密實度；同時，該方法具有設備輕巧、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構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。