涵洞检测方法及病害特征研究

1、成果编号：材密 级：内 部水利部公益性行业科研专项经费项目项目编号：Gq410001 淮河流域涵洞病害特征与检测复核计算方法淮河流域涵闸工程安全评估关健技术研究专题报告之二南京水利科学研究院二一三年三月项目名称：淮河流域涵闸工程安全评估关健技术研究项目性质：水利部公益性行业科研专项经费项目任务书编号：201101013项目编号： S411004项目来源：水利部国际合作与科技司中水淮河规划设计研究有限公司项目负责人：陈灿明 黄卫兰项目参加人：黄卫兰 陈灿明 金初阳 李 弘 王 宏徐银凤 贾宁一 陈 健 邓 昌 李 建吴 乔 张 淼 李森林 陆道彪 赖艳燕报告编写人：黄卫兰 陈灿明 金初阳 李 弘

2、报告评审人：唐崇钊（教授级高工）、丁伟农（高级工程师）报告审查人：胡少伟（教授级高工、所长）报告审批人：胡少伟（教授级高工、所长）目 录1. 前言42涵闸的结构与病害特征分析42.1涵闸的结构特征42.2涵闸的主要病害与特征103 涵洞病害与特征参数检测方法153.1涵闸主体结构材料特征参数153.2涵闸主体主要施工缺陷173.3涵闸的老化病害183.4涵闸运行损伤243.5其它254 涵洞特征参数安全复核计算方法264.1防洪能力复核264.2过流能力复核264.3抗渗稳定复核294.4消能防冲复核304.5洞身结构强度复核344.5.1 洞顶垂直土压力计算344.5.2 侧向水平土压力计算

3、354.5.3 水压力计算364.5.4 汽车车辆荷载计算394.5.5 自重力计算404.5.6 涵洞的结构计算405 小型涵洞现场检查与核查方法466 结论与建议49涵洞检测方法及病害特征研究1. 前言淮河流域穿堤涵洞众多，也是历年防汛的重点。但由于工程规模小，管理较为薄弱，目前涵洞的安全鉴定并没有专门的规定，在进行除险加固时也往往仅做简单的检测，有的检测都没有，给堤防工程的安全运行造成很大的影响。因此，针对淮河流域水利工程中水闸和穿堤涵洞众多的特点，开展淮河流域涵闸工程安全评估关键技术研究，建立适合流域特点的涵闸工程安全评估体系，为主管部门提供决策依据、为已建工程管理和工程除险加固提供技

4、术支撑是十分必要的。为此，针对淮河流域水利工程中水闸和穿堤涵洞众多的特点，2011年度水利部设立公益性行业科研专项资金项目淮河流域涵闸工程安全评估关键技术研究，通过淮河流域涵闸工程安全评估关键技术研究，提出淮河流域涵闸工程的安全评估方法，建立淮河流域涵闸工程安全评估体系，对流域涵闸工程的安全状态做出符合实际的评价分级，为即将开展的淮河流域大中型病险水闸除险加固提供技术支持，加快流域涵闸工程除险加固的进程。另外该成果也可对流域内现有涵闸运行风险作出评估，为防洪减灾提供技术支撑，减少由于涵闸工程失事所造成的损失。根据项目分工，本课题主要承担淮河流域病险水闸的资料收集、补充检测、资料分析和病害特征的

5、研究工作。本报告主要分析研究了涵洞的结构与病害特征，对涵洞的检测方法和病害特征进行研究。2涵闸的结构与病害特征分析2.1涵闸的结构特征在水利工程各种建筑物中，涵洞工程的规模相对较小，结构型式也比较简单，但数量却是较多的。涵洞一般由进口建筑物（段）、洞身（段）、出口建筑物（段）三大部分组成。涵洞洞身结构型式主要有箱涵、盖板涵洞、拱涵及圆管涵等。进口、出口的建筑物常用的有八字式洞口、端墙（一字墙）式洞口、扭曲面式洞口及跌水式洞口等。（1）按涵洞功能分类 根据涵洞的功能可分为输水涵洞及排（引）水涵洞两大类。 1）输水涵洞输水涵洞一般位于输水渠道上，与上下游渠道相连，输送渠水。当输水渠道与公路、铁路、

6、河沟或另一渠道交叉时需要设置输水涵洞。2）排（引）水涵洞排水涵洞是取水输水工程中最多的一种涵洞类型，其作用是排泄洪水或涝水。平原地区河道两侧低洼地带在汛期常因降雨形成内涝积水，多修建排涝涵洞排水。在这种情况下，需在涵洞进口设闸门控制，在河水位较高时，关闭闸门以防河水倒灌，当河水位较低时再开闸排涝。排水渠系中的各级排水沟与道路或渠道相交时，需在道路或渠下设置排水涵洞，这类排水涵洞规模多较小，一般多为预制钢筋混凝土管。（2）按洞身结构布置型式分类涵洞按洞身结构布置型式主要分为箱涵、盖板涵洞、拱涵及圆管涵等。1）箱涵箱涵为矩形断面现浇整体式钢筋混凝土结构，其优点为结构承载能力高。流量及洞径较大或内水

7、压力较大的涵洞多采用箱涵，如南水北调中线总干渠上的排水涵洞及渠涵（暗渠）均采用箱涵，其排水涵洞的孔宽一般为3m左右，孔数为13孔；渠涵（暗渠）每孔的宽度为6m左右，2孔或3孔一联。 2）盖板涵洞盖板涵洞的盖板一般为预制钢筋混凝土结构，侧墙及底板根据洞径及荷载大小，可分别采用浆砌石、素混凝土或钢筋混凝土结构。盖板涵洞的优点是施工简单，但因盖板为简支结构，因此其承载能力相对较低，且防渗条件差，因此多用于中等规模及洞顶填土高度不大的无压涵洞。一般从居民区附近经过的输水暗渠多采用盖板涵洞的结构型式。3）拱涵拱涵多为浆砌石结构，也有采用预制素混凝土及钢筋混凝土拱圈的。拱涵的优点是拱圈承载能力较大，能就地

8、取材，当地基较好时，拱涵顶部的填土高度可超过20m。20世纪70年代前后修建的灌区工程，其渠系上的涵洞多采用拱涵。4）圆管涵圆管涵为管壁较薄的钢筋混凝土管，主要用于小流量的排水涵洞。由于圆形模板的施工难于平面模板，因此一般很少采用现场浇筑混凝土施工，而是采用水泥制品厂的预制混凝土管定型产品，同时受预制定型管孔径的限制，且涵洞如为无压流时，圆形管可利用的有效过水断面相对较小，因此孔径较大的涵洞，多采用其他断面型式。预制混凝土管圆管涵的优点是受力条件好，承载能力大，设计施工简单，一般不需要进行结构设计，可直接根据涵洞的设计荷载条件，参照预制混凝土管定型产品的性能指标，选用相应规格的涵管即可。（3）

9、按洞身建筑材料分类涵洞按洞身建筑材料可分为钢筋混凝土结构涵洞、浆砌石结构涵洞及混合材料涵洞等。箱涵及圆管涵为钢筋混凝土结构，盖板涵洞也有全部采用钢筋混凝土结构的；全部采用浆砌石结构的有拱涵在石料丰富及有砌石经验的地区多采用浆砌石拱涵。除箱涵及圆管涵外，盖板涵及拱涵的不同部位也常采用不同的建筑材料。（4）按水流流态分类涵洞中的水流流态，一般分为有压流、无压流和半有压流三种。（2）涵洞级别的划分根据GB 50288-99灌溉与排水工程设计规范的规定，水闸、渡槽、倒虹吸、涵洞、隧洞、跌水与陡坡等灌排建筑物的级别，根据过水流量大小，由表2-1确定。在防洪堤上修建的引水、提水工程及其它灌排建筑物，或在挡

10、潮堤上修建的排水工程，其级别不得低于防洪堤或挡潮堤的级别。当涵洞、倒虹吸等灌排建筑物穿公路及铁路时，其级别不得低于公路或铁路的级别。蓄水、引水和提水枢纽工程中位置特别重要、失事后将造成重大灾害，或采用新型结构、实践经验较少的25级主要建筑物；25级的高填方灌排渠沟、大跨度或高排架渡槽、高水头或大落差水闸、倒虹吸、涵洞等灌排建筑物，其级别经论证后可提高一级。表2-1 灌排建筑物分级指标工程级别12345过水流量( m3 /s)300300100100202055（3）涵洞检测与鉴定规范与涵洞检测与鉴定相关的规范主要有：水闸设计规范 SL 265-2001 水工建筑物荷载设计规范 DL 5077-

11、1997水工挡土墙设计规范 SL379-2007 水工混凝土结构设计规范 SL 191-2008水工建筑物抗震设计规范 SL203-97灌溉与排水工程设计规范 GB 50288-99 防洪标准 GB 50201-1994泵站设计规范 GB 50265-2010堤防工程设计规范GB 50286-1998水工隧洞设计规范 SL 279-2002水利水电工程钢闸门设计规范 SL 74-95公路工程技术标准 JTGB 01-2003公路桥涵设计通用规范 JTGD 60-2004公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024-85水工混凝土试验规程 SL 352-2006 水工金属结构防腐蚀规范 SL 105

12、-1995混凝土结构试验方法标淮 GB 50152-2012混凝土质量控制标准 GB 50164-2011钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级 GB/T 11345-1989普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002混凝土强度检验评定标准GB/T 50107-2010土工试验方法标准 GB/T 50123-1999 砌体工程现场检测技术标准 GB/T 50315-2011泵站现场测试与安全检测规程SL 0548-2012水利水电工程启闭机制造安装及验收规范SL 381-2007堤防隐患探测规程 SL 436-2008水工钢闸和启闭机安全检测技术规程 SL 101-1994水

13、工金属结构防腐蚀规范SL 105-2007 水闸安全鉴定规定SL 214-1998水利水电工程金属结构报废标淮 SL 226-1998 水利水电工程等级划分及洪水标准SL 252-2000水闸施工规范SL 27-1991水工混凝土试验规程 SL 352-2006 水工建筑物抗震设计规范 DL 5073-2000 水工建筑物荷载设计规范 DL 5077-1997 水电枢纽工程等级划分及设计安全标准DL 5180-2003水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程 DL/T 835-2003水工混凝土建筑物缺陷检测和评估技术规程DL/T 5251-2010水工混凝土施工规范DL/T 5144-2001超声

14、回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程 CECS 02-2005钻芯法检测混凝土强度技术规程CECS 03：2007超声法检测混凝土缺陷技术规程CECS 21：2000混凝土结构耐久性评定标准CECS 220:2007贯入法检测砌筑砂浆拉压强度技术规程JGJ/T 136-2001雷达法检测建设工程质量技术规程DGJ 32/TJ79-2009无损检测焊缝磁粉检测JB/T 6061-2007无损检测焊缝渗透检测JB/T 6062-2007（3）涵洞的受力特征作用于涵洞的主要荷载有：土压力、水压力、车辆荷载及洞身自重力等。土压力包括洞顶垂直土压力及侧向水平土压力，水压力包括内水压力及外水压力，车辆荷载

15、主要为汽车荷载。涵洞一般为规模较小的地下水工建筑物，其建筑物级别多小于3级。国内外震灾调查资料表明，地下结构的震害比地面结构小得多，埋深愈大，震害愈轻，因此根据水工建筑物抗震设计规范SL 203-97规定，只对设计烈度为9度的地下结构或设计烈度为8度的1级地下结构（主要为隧洞）验算抗震强度及稳定性。按此规定，涵洞一般可不进行抗震计算及考虑地震荷载。同样，由于涵洞的规模及孔径相对较小，且埋设于地下，温度变化及混凝土收缩对结构应力的影响也较小，一般在结构计算中也不考虑温度应力及混凝土收缩的作用。由于涵洞的洞顶均有一定厚度的填土，人群荷载传至洞顶时其值已很小，因此一般也可不予考虑。1）流态的影响涵洞

16、中的水流流态受涵洞高程及上、下游水位的影响，一般分为有压流、无压流和半有压流三种，其流态不仅影响涵洞的结构受力，也严重影响涵洞的过流量与下游的消能防冲。 无压流涵洞。能用闸门控制进口流量，而水流不充满整个涵洞的断面，在整个涵洞中有自由水面，这种流态的涵洞为无压流涵洞。无压流涵洞的断面常做成圆形，直墙拱顶形或矩形，为保持洞内为无压流状态，要保持水面与洞顶有一定的净空。一般洞内的水深应该不大于洞高的3/4。无压流涵洞的洞身，只承受洞外填土压力，不承受内水压力，结构比较简单，可以采用块石、砖、混凝土等一般材料来砌筑，便于就地取材，施工简便。进洞安全检查与加固也比较方便。 有压流涵洞。当水流充满整个涵

17、洞断面而无自由水面的情况为有压流涵洞。当闸门安装设在进口，但出口水位过高，洞内会呈有压流状态。当闸门装在出口，涵洞承受水库上游全水头的压力。另外有的涵洞由于闸门位置不同，使闸门的上游段为有压流，下游可能是有压流或无压流。有压流涵洞的洞身，除承受洞外坝身土压力外，还要考虑涵洞的内水压力作用，因而结构形式比无压流涵洞复杂，要有足够的抗裂性。但它有断面小、泄流量大的优点。 半有压流涵洞。洞内的进口部分充满水流，而出口部分却有自由水面，这种涵洞为半有压流涵洞。半有压流的流态一般有一个过渡的界限，即： 时为无压流，而大于1.15时为半有压流（涵与矩形涵）；时为无压流，而大于1.1时为半有压流，当大到1.

18、5时则为有压流（圆涵)。半有压流流态是一种不稳定流态，一般应尽量避免。因为当有压流与无压流交替过渡时，容易引起震动、气蚀等现象，易造成涵洞的破损。2）结构断面形状的影响 箱涵箱涵为矩形断面现浇整体式钢筋混凝土结构，其优点为结构承载能力高。流量及洞径较大或内水压力较大的涵洞多采用箱涵。 盖板涵洞盖板涵洞的盖板一般为预制钢筋混凝土结构，侧墙及底板根据洞径及荷载大小，可分别采用浆砌石、素混凝土或钢筋混凝土结构。盖板涵洞的优点是施工简单，但因盖板为简支结构，因此其承载能力相对较低，且防渗条件差，因此多用于中等规模及洞顶填土高度不大的无压涵洞。一般从居民区附近经过的输水暗渠多采用盖板涵洞的结构型式。 拱

19、涵拱涵多为浆砌石结构，也有采用预制素混凝土及钢筋混凝土拱圈的。拱涵的优点是拱圈承载能力较大，能就地取材，当地基较好时，拱涵顶部的填土高度可超过20m。20世纪70年代前后修建的灌区工程，其渠系上的涵洞多采用拱涵。 圆管涵圆管涵为管壁较薄的钢筋混凝土管，主要用于小流量的排水涵洞。由于圆形模板的施工难于平面模板，因此一般很少采用现场浇筑混凝土施工，而是采用水泥制品厂的预制混凝土管定型产品，同时受预制定型管孔径的限制，且涵洞如为无压流时，圆形管可利用的有效过水断面相对较小，因此孔径较大的涵洞，多采用其他断面型式。预制混凝土管圆管涵的优点是受力条件好，承载能力大，设计施工简单，一般不需要进行结构设计，

20、可直接根据涵洞的设计荷载条件，参照预制混凝土管定型产品的性能指标，选用相应规格的涵管即可。2.2涵闸的主要病害与特征（1）混凝土的施工缺陷由于所用原材料质量的波动、计量的误差，搅拌不充分而易使新拌混凝土出现离析、沁水、干涩、板结等和易性不良的特征；又由于施工过程中模板和钢筋制作的偏差，以及浇注、振捣、成型、养护等施工操作不当，都可以引起现浇结构的外观质量缺陷。例如露筋、蜂窝、麻面、孔洞、缝隙、夹层、缺棱掉角、表面不平整、强度不够、疏松、裂缝、连接部位缺陷。露筋：混凝土内部钢筋局部裸露在结构表面；蜂窝：混凝土结构局部出现酥松、砂浆少、石子多、石子之间形成空隙类似蜂窝状的窟窿；麻面：混凝土局部表面

21、出现砂浆和许多小凹点、麻点；孔洞：混凝土结构内部有尺寸较大的空隙，局部没有混凝土或蜂窝特别大，钢筋局部或者全部裸露；缝隙、夹层：混凝土内成层存在水平或垂直的松散混凝土；缺棱掉角：结构或构件边角处混凝土局部掉落不规则；表面不平整：混凝土表面凹凸不平，或板厚薄不一，表面不平；强度不够：混凝土试块的抗压强度平均值低于设计要求强度等级；疏松：前述的蜂窝麻面、孔洞、夹渣等质量缺陷都同时不同程度地存在疏松现象，而单独存在的疏松现象，混凝土外观颜色、光泽度、粘结性能甚至凝结时间等均与正常混凝土差异明显，混凝土结构内部不严实，强度很低，危害性极大；连接部位缺陷：竖向构件和水平构件的连接部位，容易出现外观质量缺

22、陷。竖向构件主要有墙、柱，水平构件主要有梁、板、台等。在它们的连接部位出现质量缺陷危害最大的是前述的夹渣、缝隙，除此之外，常见的还有“烂根”、“烂脖子”、“缩颈”等。（2）水流冲蚀冲蚀破坏作为大型水工建筑物的主要病害之一，逐渐引起人们的重视，作为重要水工材料的混凝土，设法保证其高的抗冲磨等耐久性能，往往比保证其强度具有更重要的意义。混凝土是一种多相、多层次的复合材料体系，其宏观行为所呈现的不确定性、不规则性、模糊性、非线性，是其微观结构复杂性的反映，其磨损特性与常规金属材料相比具有很大的差别，表现为大量缺陷的存在加剧了磨损进程，并表现出特有的磨损机制。通常水流中的介质分为悬移质和推移质，但水流

23、中的颗粒属于悬移质还是推移质取决于颗粒大小、形状和密度，并与水流流速和紊动有关。一般情况下，粒径较小的颗粒在水中悬浮富状态，但在高流速、紊动大的情况下，大卵石实际上成悬浮状态间歇地被水流携带运移。相反在缓坡、流速低的渠道中，粉砂颗粒可能呈推移质是交替而又相互促进的，破坏作用也很大。当水流挟带悬移质泥沙或推移质泥沙运动时，具有一定动能的硬质沙粒对涵闸的过流壁面避免反复冲击与切削，造成过流壁面的磨损，称为磨蚀。泥沙运动的速度，水流中的含沙量，泥沙与壁面的冲角以及材料的特性，是影响磨损的关键因素。研究成果表明，清水流过混凝土面对混凝土基本上没有破坏作用（除消能不良和空蚀破坏外）。大粒径的推移质砂石既

24、有摩擦作用对表面产生微切削，又有冲击作用；细粒径的悬移质泥沙在水流中以较小角度冲击流道表面，造成表面的磨损。总之，悬移质和推移质的磨损都可以概括为以不同角度作用于材料表面的流体力学磨粒磨损。研究表明，冲角对不同性能材料的磨损有很大影响。悬移质泥沙颗粒与过流面成微小角度发生冲磨作用。此时，如果过流表面以钢板、铝板等柔性材料衬砌，衬砌材料处于被磨损高峰，过流表面很快就会被磨损。因此，为抵抗这类硬度较大的材料，如铸石板、环氧砂浆、特种混凝土等材料。（3）混凝土的碳化混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中二氧化碳气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过

25、程称为混凝土碳化，又称作中性化。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的氧化物，称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。 影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中

26、所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；其次，影响混凝土碳化主要还与周围介质中二氧化碳的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响氢氧化钙溶解度的物质，如水中含有硫酸钠及少量镁离子时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有碳酸氢钙的碳酸氢镁对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。 （4）钢筋锈蚀文献资

27、料表明，钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构的过早破坏，已成为世界各国普遍关注的一大灾害。美国标准局1975年的调查表明，混凝土中钢筋的腐蚀占全美各种腐蚀的40%；日本新干线使用不到十年，就出现大面积因钢筋腐蚀引起的混凝土开裂、剥蚀；我国北京、天津的许多钢筋混凝土立交桥，使用时间不长，却已广泛显示钢筋腐蚀和混凝土开裂的破坏迹象；建于上世纪80年代初的北京西直门立交桥因钢筋腐蚀、混凝土开裂和不足的交通流量而不得不拆除重建。混凝土结构耐久性失效的主要表现之一为钢筋锈蚀。在多种因素作用下(如碳化、氯离子侵蚀等)，混凝土中的钢筋因原先在碱性介质中生成的钝化膜被破坏而渐渐失去保护作用，导致钢筋锈蚀,生成的铁锈体积

28、比被腐蚀掉的金属体积大34倍，使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂，而裂缝一旦产生，钢筋锈蚀速度大大加快，结构构件的承载力与可靠性劣化的速度大大加快，有的甚至发展到钢筋锈断。（5）氯离子侵蚀大量工程实践证明，钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素。引起钢筋锈蚀的主要原因有混凝土的碳化、氯离子引起的钢筋去钝化以及酸性介质引起的钢筋腐蚀，而氯离子引起的钢筋去钝化引起的钢筋腐蚀最为严重和普遍。沿海地区、海水、海风、海雾中的氯离子以及不合理地使用海砂造成钢筋混凝土结构破坏，耐久性下降，给社会带来巨大损失。氯离子对混凝土中钢筋具有腐蚀作用，对混凝土本身也有一定的破坏。水泥中的铝酸三钙在一定条件下，可与氯盐

29、作用生成不溶性“复盐”，降低混凝土中游离氯离子的量，铝酸三钙含量高的水泥品种有利于抵御氯离子的侵害，但是“复盐”只有在强碱性环境下才能生成和保持稳定。当混凝土的碱度降低时，“复盐”会发生分解，重新释放出氯离子，可见“复盐”存在潜在危险的一面。（6）裂缝混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命

30、，严重者将会威胁到人混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况解决问题。 塑性收缩裂缝：指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的表面收缩裂缝。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝上宽下窄，纵横交错，一般短而弯曲。 干缩裂缝：多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。主要和混凝土的水灰比、水泥

31、的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。 温度裂缝：大体积混凝土更易发生此类裂缝。水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大，在混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，此时，混凝土龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土的表面产生裂缝。这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。 自收缩裂缝：水泥发生化学反应后，体积有一定量的减小，处理不好（如未留置适当的施工缝、后浇带等）会产生如龟背样的细小弯曲的裂缝。自身收缩中发生于混凝土拌合后的初龄期，因为在这以后，由于体内的自干燥作用，相对湿度降低，水化就基本上终止了。 应力裂缝：由于设计上应力过于

32、集中或钢筋（温度筋、分布筋）分布不合理而使混凝土产生裂缝。裂缝深而宽，可出现贯通性。 载荷裂缝：混凝土未产生足够强度即拆除底模，或新浇注楼面承受过大的集中载荷，如钢管、模板、钢筋的集中堆放，使混凝土受到冲击、震动、扰动等破坏而产生的裂缝。裂缝深而宽，从受破坏部位向外延伸。 沉缩裂缝：地基（模板）下沉或垂直距离较大的部位与水平结构之间因为混凝土沉降而产生的裂缝。 冷缝裂缝：大面积混凝土分区分片浇注（未设施工缝）时，接茬部位老混凝土已凝结硬化，出现冷缝，极易产生裂缝。（7）沉降与不均匀沉降涵洞出口的翼墙及洞身的沉降缝处易开裂，裂缝开展严重时，甚至达到通透状态，则会导致涵洞涵身与进、出口节间的不均匀

33、沉降严重。裂缝开展后，涵洞内的水下渗，地基遇水变软，地基强度降低，会使地基的不均匀沉降加大。（8）水平错位闸体裂缝、基础面或深层基岩滑动、地基局部破坏、都可能造成水平位移异常。因此，从水平位移的大小和变化，可以分析水闸工程是否正常。大气温度变化、水压力、扬压力、筑闸材料和地基的力学性能等也会引起一定的水平位移。（9）渗漏涵闸渗漏大致有三种：1）闸基渗漏。由于闸基渗径不足，而产生渗漏。2）涵闸与堤坝连接处渗漏。涵闸的结构和建筑材料与堤坝不同，在结合处由于不均匀沉陷或止水设施失效等原因，易产生渗漏。3）涵闸(洞)身渗漏。因闸(洞)身基础的不均匀沉陷，预制管段安装时接头处处理不当，填土质量差等原因，

34、致使闸底板、洞身断裂漏水。（10）钢结构的施工缺陷水利工程中钢结构由于构件形状较复杂、外形尺寸较大、焊缝多、焊缝位置不对称、焊接时顺序不妥、人员布置欠佳及操作不当等因素的影响，在制作焊接中常出现各种焊接问题，影响钢结构组拼、安装的顺利进行，因而降低结构的承载力和使用寿命。焊接接头缺陷的存在会直接危及整个结构的质量，轻者不美观、降低焊缝强度等力学性能；重者，将因焊缝开裂而引起平台倒塌等重大事故。因而，掌握各类焊接缺陷的性质、形成机理、影响因素、消除对策，寻求正确的设计、施工方案，制造更为高质量的焊接结构，始终是焊接界和工程界十分关心的命题。（11）钢结构的锈蚀在海洋环境下，由于长期受各种因子的侵

35、蚀，一些钢材结构物体锈蚀严重。是大气环境下钢筋的碳化和海洋环境下氯离子侵入钢结构中，都会引起钢材锈蚀。钢筋锈蚀后，其锈蚀部分的体积将膨胀4.8倍。随着锈蚀程度的不同，在钢结构的表面将会产生严重的破坏。有报道指出，锈蚀不仅导致钢结构面积减少，而且导致钢结构强度下降，其下降程度是钢结构重量损失率的1.5倍左右，锈蚀后梁的承载能力下降程度是重量损失率的23.5倍。锈蚀不仅影响结构的美观，而且使结构的安全性和可靠性大大降低。3 涵洞病害与特征参数检测方法3.1涵闸主体结构材料特征参数（1）混凝土强度 回弹法，可直接在原状混凝土表面上测试， 仪器操作简便，测试结果直观，检测部位无破损。但不适用于表层与内

36、部质量有明显差异或内部存在缺陷的构件检测。根据混凝土硬度、碳化深度，推定其抗压强度。具有一定限制条件：适用温度范围：-440；适用龄期范围：281000d，长龄期应采用钻芯法修正。 超声回弹法，属综合性检测，测试精度较高；检测部位无破损。不适用于遭受冻害、化学侵蚀、火灾、高温损伤或厚度小于100mm的构件。根据混凝土硬度、密实性，推定抗压强度。适用温度范围：-460；适用龄期范围：28730d，否则应采用钻芯法修正。 钻芯法，适用范围广，测试结果直观、准确；检测部位局部破损；根据圆柱体芯样强度推定抗压强度。具有一定限制条件：被检测混凝土强度不小于10MPa；单个构件抽取芯样不宜超过3个，预应力

37、构件慎用；适用龄期范围：不小于28d。 后装拔出法，测试精度高，使用方便，适用范围广；检测部位微破损。根据埋件的抗拔力推定抗压强度。被检测混凝土强度应不小于10MPa；适用龄期范围：不小于28d。 超声法，属无损检测，使用方便，适用范围广；测试结果综合反映了施工质量；参数判读较直观。推定混凝土内部空洞、不密实区、裂缝深度、损伤层厚度、新老混凝土结合面质量及混凝土匀质性。测试面应修理平整，测试应尽量避开钢筋。（2）砂浆强度 轴压法，属原位检测，直接在墙体上测试，测试结果综合反应了材料质量和施工质量；直观性、可比性强；设备较重；检测部位局部破损。推定普通砖砌体的抗压强度。限制条件：槽间砌体每侧不应

38、小于的墙体宽度1.5m；同一墙体上的测点数量不宜多于一个；测点数量不宜太多：限用于240mm砖墙。 扁顶法，属原位检测，直接在墙体上测试，测试结果综合反应了材料质量和施工质量；直观性、可比性强；扁顶重复使用率较低，砌体强度较高或轴向变形较大时难以测出抗压强度；设备较轻；检测部位局部破损。推定普通砖砌体的抗压强度；推定具体工程的砌体弹性模量。槽间砌体每侧的墙体宽度不应小于1.5m；同一墙体上的测点数量不宜多于一个；测点数量不宜太多。 原位双剪法，属原位检测，直接在墙体上测试，测试结果综合反应了砂浆质量和施工质量；直观性较强；设备较轻便；检测部位局部破损。推定烧结普通砌体的抗剪强度，其它墙体应经试

39、验确定有关换算系数。当砂浆强度低于5MPa时，误差较大。 推出法，属原位检测，直接在墙体上测试，测试结果综合反应了砂浆质量和施工质量；设备较轻便；检测部位局部破损。推定普通砖砌体的砂浆强度。当水平灰缝的砂浆饱满强度65%时，不宜选用。 筒压法，属取样检测；仅需利用一般混凝土试验室的常用设备；取样部位局部损伤。推定烧结普通砖墙体中的砂浆强度。测点数量不宜太多。 砂浆片剪切法，属取样检测；专用的砂浆测强仪和其标定仪，较为轻便；试验工作较简便；取样部位局部损伤。推定烧结普通砖墙体中的砂浆强度。 回弹法，属原位无损检测，测区选择不受限制；回弹仪有定型产品性能较稳定操作简便；检测部位的装修面层仅局部损伤

40、。推定烧结普通砖墙体中的砂浆强度；适宜于砂浆强度均质性普查。砂浆强度不应小于2MPa。 点荷法，属取样检测；试验工作较简便；取样部位局部损伤。推定烧结普通砖墙体中的砂浆强度。砂浆强度不应小于2MPa。 射钉法，属原位无损检测，测区选择不受限制；射钉枪、子弹射钉有配套定型产品，设备比较轻便；墙体装修面层仅局部损伤。烧结普通砖和多空砖砌体中，砂浆强度均质性普查。定量推定砂浆强度，宜与其它检测方法配合使用；砂浆强度不应小于2MPa；检测前，需要用标准靶检校。3.2涵闸主体主要施工缺陷（1）混凝土强度内部不密实混凝土及钢筋混凝土结构物在建造施工过程中，有时因漏振、漏浆或因石子架空在钢筋骨架上，易导致混

41、凝土内部形成蜂窝状不密实区或空洞。这种缺陷的存在往往会使结构或构件的整体承载力严重下降，因此采用有效方法查明混凝土结构缺陷的性质、范围及尺寸，以便进行技术处理，是工程建设中一个重要课题。雷达技术和超声波技术已被运用于混凝土构件无损检测中，雷达系统根据电磁脉冲传播到目标物反射回来的时问来确定目标物的深度和位置，传播速度取决于物质的电磁特性；而超声波成像根据低频弹性波对空隙产生绕射现象使得首波时间变长，从而确定混凝土中的缺陷。目前，在检测混凝土构件的缺陷方面，超声无损检测的应用比较广泛。其主要方法是：首先测出超声波在混凝土构件各段的传播速度，再比较所测速度值的差异，找出有突变的地方，进行分析，从而

42、判断缺陷的形态、范围等。超声波检测仪器比较简单，便携，操作比较方便，所以被广泛应用于混凝土结构缺陷检测。（2）浆砌石砂浆不密实现象：已砌筑部位有缝隙，拆开检查可见砂浆不饱满。 原因：砂浆填筑不饱满；灰缝宽度不够；没有分层卧砌。 （3）填土压实度低工程施工中填土的压实方法一般有机械和人工夯实。机械一般使用压路机碾压、蛙式夯、振动夯、冲击夯等，人工主要使用木夯。影响填土压实度的因素有回填的含水量、碾压机械的匹配，回填土的虚铺厚度及工艺方法、机械设备数量、人员组织、压实遍数等。造成填土压实度低的主要原因有三类，一是土质不符合要求，可采用换土或土质改良措施（化学处理剂或其他）进行处理；二是一次填实厚度

43、较大，可采用分层填实，分层厚度不超过机械的碾压能力；三是夯实工艺不合格，应调整合适的夯实机械及工艺进行施工。目前，我国现行规范中可供选择的测定压实度的基本方法有：环刀法、灌水(砂)法和核子密度仪法。前2个方法需要燃烧烘干，因此检测时间长，影响施工进度；核子密度仪法不仅需要灌砂法的标定，而且有辐射对人体伤害较大。环刀法适用于细粒土及无机结合料稳定细粒土的密度。但对无机结合料稳定细粒土，其龄期不宜超过2d，且宜用于施工过程中的压实度检测。用酒精燃烧法测定细粒土含水量时用土量为1520g，铝盒为小铝盒，用烘干法测定时为环刀中全部材料。挖坑灌砂法适用于在施工现场测定基层（或底基层）、砂石及路基土的各种

44、材料压实层的密度和压实度，也适用于沥青表面处理、沥青贯入式路面层的密度和压实度检测，但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测（也适用于甲方或监理要求全部使用此法检测土方密实度）。3.3涵闸的老化病害（1）混凝土碳化深度用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm的孔洞，其深度约等于保护层厚度，然后除去孔洞中的粉末和碎屑，不能用液体冲洗。用浓度为1%的酚酞酒精溶液立即洒在孔洞壁的边缘处，再用钢尺测量自混凝土表面至深处不变色，在测区中选取n个碳化深度测点，得到相应碳化测量值，即可进行平均碳化深度值的计算。（2）钢筋保护层厚度1）电磁感应法钢筋探测仪检测，该检测仪由单个或多个线圈组成的探头

45、产生电磁场，当钢筋或其它金属物体位于该电磁场时，磁力线会变形。金属所产生的干扰导致电磁场强度的分布改变，被探头探测到，通过仪器显示出来。如果对所检测的钢筋尺寸和材料进行适当的标定，可以用于检测钢筋位置、直径及混凝土保护层厚度。2）雷达仪检测，该仪器由雷达天线发射电磁波，从与混凝土中电学性质不同的物质如钢筋等的界面反射回来，并再次由混凝土表面的天线接收，根据接收到的电磁波来检测反射体的情况。（3）氯离子含量氯离子是诱发钢筋锈蚀的重要因素，为了避免钢筋过早锈蚀，混凝土原材料中氯离子含量的控制相当严格。我国相关规范明确要求混凝土在选配水泥、砂、骨料、外加剂、拌和水等混凝土原材料时，必须进行氯离子含量

46、的测试，从根本上避免将过量氯离子带入混凝土中。结构混凝土中氯离子含量的测试，对于结构安全性的评估起到很大的作用，同时为旧结构的改造和修补提供极具参考价值的依据。氯离子含量的测试一种是滴定法、离子色谱法和电极选择法。滴定法又分为显色滴定法和电位滴定法。显色滴定法主要采用的是莫尔法，但该法随着滴定剂加入量的增大，被测溶液中氯化银增多，溶液变得越发浑浊，同时作为指示剂的铬酸钾本身颜色也较深，指示剂的用量多少也会影响终点，并且有时还会出现滴定终点反复等不利因素。电位滴定法是通过测量滴定过程中电池电动势的变化来确定滴定终点的滴定方法。在滴定点前后，待测离子浓度通常连续变化n个数量级，引起电位的突跃。缺点

47、在于银电极的本身结构不稳定，造成重复性较差，电极的维护比较麻烦，操作比较繁琐。试验所用甘汞电极高温时不稳定，一般只适用于70以下的测量，且不宜在强酸或强碱介质中使用，容易造成甘汞电极被氧化。离子色谱法，该法可同时测定水样中的多种离子，其操作简便、分辨率和灵敏度高、效率高，同时用氯标准系列对样品定量准确。但采用离子色谱方法时，仪器投入大，广泛应用还有困难。此外，离子色谱方法主要适用于水样的测定，对于固体样品，前期处理较为复杂。电极选择法试验过程中使用Cl-选择性电极和双盐桥甘汞电极，应用标准曲线法直接测定溶液中的氯离子浓度。丹麦Germann公司开发了RCT混凝土氯含量快速测试仪用于现场检测混凝

48、土中氯离子含量。Germann公司与丹麦、瑞典、芬兰、卢森堡、加拿大和美国的14家检测机构对该方法与其他标准方法进行了比较试验。结果表明，该方法的测试结果可以满足工程精度要求。鉴于该法操作快速、简单，可用于现场混凝土质量控制，是值得推崇的试验方法。 氯离子含量测定仪遵循混凝土结构耐久性设计规范GB/T 50476-2008、海砂混凝土应用技术规范JGJ206-2010、水运工程混凝土试验规程JTJ270-98等相关标准制造，采用离子选择电极法，通过配备的专业软件及化学抗干扰试剂在室温下快速测定混凝土、砂石子、水泥、拌合水等无机材料的水溶性氯离子含量，从而达到防控混凝土钢筋发生过早腐蚀的目的。仪

49、器重量轻，机身小巧，便于用户携带，适合现场检测。氯离子浓度量测范围10-510-1 mol/L或0.0001%30.00%。（4）腐蚀电位钢筋混凝土结构耐久性退化的原因主要有混凝土材料自身的腐蚀和钢筋腐蚀两大类，其中钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的最重要的因素。钢筋的锈蚀会导致钢筋混凝土构件承载力下降和延性的降低。从而影响整个结构的安全性和耐久性严重的锈蚀甚至会导致结构的破坏。处于不同电化学状态的钢筋，其腐蚀电位是不同的。钢筋在钝化时，其腐蚀电位升高。而由钝态转入活化态时，其腐蚀电位降低。据此，可以判断钢筋的腐蚀状态。当混凝土中的钢筋处于不同的状态态时，显示出不同的腐蚀电位，其活

50、化区和钝化区的最大电位差达500mV，因此在两个区之间可形成“电偶”电流和电场。可以使用合适的参比电极在混凝土表面测量电场内各点的电位，测量结果以等电位线的形式给出，从等电位线上可以大致判定钢筋遭受腐蚀的可能性。在进行等电位线测量时，大多采用滚轮式或集束式参比电极，以提高测量效率和测量准确性。由于混凝土的IR降，在混凝土表面上测到的腐蚀电位是不准确的，这种情况下可以采用镶入式参比电极。测定钢筋混凝土的腐蚀主要可分为二类方法，即电化学方法和物理方法：电化学方法一般包括：半电池电位测量：手持便携式和镶人式参比电极；极化测量：线性极化电阻，包括便携式测量和镶人式线性极化传感器；电化学噪音；电化学阻抗

51、谱：局部电化学阻抗谱；恒电流脉冲；扫描参比电极。物理方法一般包括：目视观察；振动法；红外热谱法；声发射法；x光照相法；雷达波反射法；电阻率测量；电阻探针法；嵌入式光纤传导法；基于微波的方法；热反射法。（5）块石的风化由于气温的迅速变化、气体和水的作用岩石的成分、结构和构造在不同程度上受到改造，这一作用就是岩石的风化。岩石风化的主要外因是温度变化、大气和水的作用。而岩石风化的内因是与岩石的构造，胶结物的种类，胶结形式有关。岩石风化可分为三种类型：物理风化，化学风化和生物风化。物理风化主要包括主要包括温度、湿度变化引起的岩石胀缩、岩石裂隙中水的冻结和盐类结晶引起的撑胀、岩石因荷载解除引起的膨胀等。

52、 温度变化。温度变化可使岩石膨胀和收缩。岩石是传热不良导体，白天受阳光暴晒，温度增高，表面体积膨胀。但内部很少受到热力影响；夜间，当岩石表面逐渐冷缩，内部却因受到传导进来的热力影响而膨胀。如此经常不断地表里不均地膨胀与收缩，自然产生岩石表面的裂隙，彼此脱离，层层剥落，岩石就破碎了。 湿度变化。湿胀干缩是非金属物体之特 性含有粘土成分的沉积岩石比其他岩石更甚。当岩石吸水时表面先吸水，体积先膨胀，失去水分时与之相反，这样内外体积变化不一致，形成岩石裂隙。造成岩石崩解破坏。 冰冻影响。岩石中有很多裂缝（这些裂缝甚至是人眼难以看到的），雨水或水蒸气侵入裂缝中。当水结冰时，其体积将增加1/11，岩石的裂

53、缝中的水结成冰时，将给岩石约150-960kg/cm2的压力。这种压力足以使岩石裂缝扩大；当气温上升，冰融成水，水向裂隙深处渗透。这样反复进行使岩石逐渐破裂。就像冰楔一样直到把岩石劈开崩碎，因此也被称作冰劈作用。 岩石裂隙的产生与扩大。经过开采运输以至于用于建筑物的块石，往往有一些闭合裂隙或稳裂隙存在，这些裂隙是属于非构造裂隙，包括：原生裂隙、风化裂隙和失去负荷时的膨胀裂隙。化学风化是指在水和溶液的作用下使岩石发生化学变化而破坏的现象。包括：水对岩石的溶解作用：矿物吸收水形成含水矿物引起岩石膨胀崩解的水化作用：矿物与水反应分解为新矿物的水解作用；岩石受空气或水中游离氧作用而致破坏的氧化作用。

54、溶解作用。岩石长期与水接触，就慢慢的被水把其中容易溶解的矿物溶解了，岩石即被破坏。易溶解的矿物是石膏盐岩式等。 水化作用。是指水与某矿物接触时变成矿物的一部分，变成另一种含水化合物，使岩石和矿物发生破坏作用。当生成新的矿物时，往往体积膨胀，如硬石膏变成石膏，体积增大30%，对岩石产生很大压力；有些岩石上还可发现铁锈现象，就是赤铁矿，变成褐铁矿，即水化作用。 水解作用：是指水和岩石中的矿物接触时，挤走原矿物中的一部分，水本身参加到矿物中去，形成新矿物，使岩石发生破坏。如正长石遇水产生高岭土。水解作用对岩石的破坏，速度很缓慢。对新开挖出的块石的影响很小。 氧化作用。在空气、水或地下一定深度内含有大

55、量的游离氧，氧在水气的帮助下，对岩石中的一些矿物起强烈的氧化作用。最易氧化的是含有低价铁的硅酸盐类矿物，如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等，其低价铁变为高价铁，颜色由黑变为红褐，矿物也就逐渐分解破坏了。岩石本身具有不同的抵抗化学风化的性质，不管什么岩石必须在一定条件下才能分解。水和温度是最重要的条件。温度影响化学反应的活动性，温度升高10，化学反应速度会增加23倍。因此，化学风化在炎热而潮湿的气候下最为活跃。岩石风化的速度取决于岩石的性质和外界条件。岩石的性质是风化的内因但同一岩石在不同条件下风化结果不同。（6）钢筋锈蚀率钢筋发生锈蚀，就会在钢筋上形成阳极和阴极，阳极区域出现锈蚀现象，导致各种混

56、凝土结构病害。而锈蚀率的高低，与阴阳极间电流密度有关。只有测出电流强度，才能估计钢筋的腐蚀程度。因此阴阳极间电位差越大，混凝土的电阻率越低，就可以认定钢筋的锈蚀率越高。GP5000钢筋锈蚀率检测仪是丹麦Germann公司的产品，它有两种测试模式，一种是传统的半电池检测模式（HCP），它用来快速检测混凝土结构内钢筋是否存在锈蚀，另一种模式是电子脉冲模式（GP），用来测试混凝土结构内部钢筋的锈蚀速度，从而推算钢筋的锈蚀程度。目前混凝土中钢筋锈蚀状况的检测主要应用半电池电位法。半电池电位法是利用混凝土中钢筋的电化学反应引起的电位变化来测定钢筋锈蚀状态的一种方法。通过测定钢筋锈蚀混凝土作为一个电极与在

57、混凝土表面的硫酸铜参考电极的电位差，评定钢筋的锈蚀状态。（7）钢闸门的锈蚀钢闸门是涵闸中控制水位的重要构件，由于它们长期在水中工作或是在干湿交替的环境中运行，受到各种水质、气体、日光和水生物的侵蚀，以及水流、泥沙、漂浮物的冲击摩擦，加上结构材质本身具有电化学性能的不均匀性，钢材普遍会发生不同程度的腐蚀。材料的腐蚀降低了结构的承载能力，严重时将威胁到安全运行。 钢闸门腐蚀不仅仅是腐蚀，还有多种形态的局部腐蚀，如坑蚀、缝隙腐蚀、水线腐蚀、冲（磨）蚀、气蚀、生物腐蚀及应力腐蚀等。腐蚀发生的初始阶段不容易引起人们的注意，加上有锈层的掩盖，但随着运行年限的增长，局部腐蚀容易诱发突发性事故，危害性很大，应引起我们运行管理部门及检测部门的注意，作好日常维护及安全检测工作。腐蚀检测主要是测量金属结构的蚀余厚度，并以其为依据进行闸门的强度、钢度复核计算。1）超声波测厚法。利用超声波测厚仪测