水工建筑物安全鉴定程序及检测内容.ppt
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1、水工建筑物安全鉴定程序及检测内容,目 录,一.水工建筑物安全评估二.混凝土建筑物的检测内容三.混凝土建筑物的现场检测(普查、强度检测、裂缝调查及检测、碳化深度测量、钢筋锈蚀检测、钢筋保护层厚度检测、抗冻实验)四.检测工程实例五.混凝土检测新型设备,当水工建筑物运行到一定年限后,为了保证建筑物的正常运行,需要对水工建筑物进行定期安全检查,并对其进行安全鉴定或安全评估。电力系统大坝安全监察中心要求水电站大坝每5年进行一次定期安全检查与鉴定。水利部1998年发布的水闸安全鉴定规定中要求,水闸投入运用后每隔15-20年应进行一次全面的安全检查与鉴定。,一、水工混凝土建筑物安全评估,水工混凝土建筑物安全
2、评估最主要的内容之一是根据检测情况,对混凝土建筑物进行必要的复核计算,复核计算内容包括:1.建筑物因规划数据的改变而影响安全运行的,应区别不同情况进行建筑物的整体稳定性、抗渗稳定性及结构强度等复核计算;2.建筑物因荷载标准的提高而影响工程安全的,应复核其结构强度和变形;3.混凝土结构需要限制裂缝宽度的结构构件,出现超过允许值的裂缝,应复核其结构强度和裂缝宽度;,4.需要控制变形值的结构构件,出现超过允许值的变形,应进行结构强度和变形验算;5.对主要结构构件发生锈胀裂缝或表面剥蚀、磨损而导致钢筋保护层破坏和钢筋锈蚀的,应按实际截面进行结构构件强度复核;6.地震设防区的建筑物,原设计未考虑抗震设防
3、或设计烈度偏低的,应按现行SL203-97和有关规定进行复核计算。,混凝土坝安全评估应复核建筑物的级别,根据国家有关现行规范,按大坝目前的工作条件、荷载条件及运行工况进行复核与评估。大坝安全评估涉及到的内容包括:复核防洪标准结构安全(强度和稳定)渗流安全抗震安全金属结构安全工程质量等,(一)混凝土坝安全评估,(1)现场调查:大坝管理单位首先对工程的现状开展调查,收集与工程有关的技术资料,对大坝存在的问题和缺陷进行初步的分析。(2)现场检测:对有安全监测设施的混凝土坝,首先对安全监测资料进行分析,在此基础上,安排对大坝进行必要的现场检测和勘探,确定基础的情况、坝基扬压力及坝体混凝土的质量和老化状
4、况等。,混凝土坝安全评估程序,(3)复核计算:以新的复核后的洪水设计标准、坝体复核后的实际荷载、坝基的真实工作状况、坝体混凝土的性能状况及其老化,按照现行的混凝土重力坝设计规范(DL50181999)进行稳定和强度的复核计算。(4)安全评定:由大坝安全鉴定或安全评估专家组根据大坝现场调查的情况、现场检测和安全监测的分析结果及安全复核计算的结果,对大坝的安全状况进行评估并给出评估的结果。,水闸安全评估应以最新的规划数据、原型观测资料和安全检测成果为基础,根据国家现行的水闸设计规范(SL2652001),按水闸目前的工作状况、荷载条件及运行工况进行复核与评估。水闸安全评估涉及的内容包括:复核水闸的
5、抗滑和抗浮稳定性抗渗稳定性混凝土结构的强度和变形金属结构安全某些工程的抗震性能等。,(二)水闸安全评估,水闸安全评估的程序,依据现行水闸安全鉴定规定(SL21498),水闸安全鉴定的程序如下:1 水闸管理单位开展水闸现状调查,并编写报告,向上级主管部门申请安全鉴定;2 委托具备相应资质的检测单位和设计单位进行现场检测和工程安全复核;3 水闸上级主管单位聘请有关专家组成水闸安全鉴定专家组;4 鉴定专家组在评审工程现状分析报告、现场安全检测报告和工程复核计算分析报告的基础上,提出水闸安全鉴定结论,编写水闸安全鉴定报告书。,一类闸:运用指标能达到设计标准,无明显缺陷,正常维护即可正常运行;二类闸:运
6、用指标基本能达到设计标准,工程存在一定损坏,经大修后,可达到正常运行;三类闸:运用指标达不到设计标准,工程存在严重损坏,经除险加固后,才能达到正常运行;四类闸:运用指标无法达到设计标准,工程存在严重安全问题,需降低标准运用或报废重建。,按水闸的安全状况将水闸分为四类:,检测目的:及时掌握水工混凝土建筑物运行状态,保证结构的正常安全运行,延长结构的使用年限;需要在不影响结构安全运行的前提下进行一系列的现场检测,为下一步对建筑物的安全评估与修补加固处理提供科学依据。,二 混凝土建筑物的检测内容,检测内容,结构耐久性检测应根据结构所处环境、结构的技术状况及耐久性评定的需要进行。包括:构件的几何参数、
7、保护层厚度、混凝土抗压强度、混凝土碳化深度、裂缝及缺陷、混凝土氯离子含量、钢筋锈蚀状况、高温、冻融、化学腐蚀损伤等项内容。混凝土强度、内外部缺陷是主要检测内容。,通过普查确定重点检测部位重点部位的检测内容:混凝土强度、混凝土抗冻标号、混凝土的剥蚀程度、混凝土碳化深度、钢筋锈蚀、混凝土氯离子含量、混凝土的抗渗系数、衬砌混凝土的密实度及混凝土的裂缝等项目。,检测方法,内容主要包括:(1)观察外观缺陷;通过仔细检查,详细记录缺陷的位置、性质、程度、外貌、颜色。(2)描述裂缝的分布、量测裂缝长度、宽度、深度及数量;(3)记录暴露于自然环境中的状态损伤、冻融、剥蚀、脱落及冲蚀(空蚀和磨蚀);,三 混凝土
8、建筑物的现场检测,1 混凝土的普查 现场普查的目的:混凝土结构损坏的种类和范围 步骤:收集资料调查走访普查,(4)记录渗漏情况,点、线或面渗漏的痕迹及描述;(5)描述伸缩接缝的工作状态及变形情况;(6)记录高应力区域的情况;(7)记录基础和结构的变形或倾斜的情况;(8)向施工、管理单位有关人员了解施工、运行情况及存在的问题。收集建筑物在设计、施工、运行期间的有关记录和资料。,无损检测方法在不破坏混凝土结构整体性的情况下通过测定某些与混凝土抗压强度具有一定相关关系的物理参量来推定混凝土的强度,适用于对混凝土结构进行大面积的检测。常用的方法有回弹法、超声回弹综合法及超声波法。有损检测方法在混凝土被
9、检测部位进行局部破坏进行推算混凝土强度的方法,常用的方法有芯样强度法(钻芯法)、拔出法和射钉法。,2 混凝土强度的检测,钻芯法检测混凝土强度,一 钻芯法检验适用情况二 钻取芯样三 钻芯机四 检测五 抗压强度试验,结构混凝土取芯现场,其他有损检测方法,预埋拔出法是在混凝土表层以下一定距离处预先埋入一个钢制锚固件,混凝土硬化以后,通过锚固件施加拔出力。当拔出力增至一定限度时,混凝土将沿着一个与轴线呈一定角度的圆锥面破裂,并最后拔出一个类圆锥体。有资料表明此拔出力与抗压强度之间有良好的相关关系,其相关系数可达0.95以上。,a、拔出试验法,LOK试验技术便是预埋拔出法中有代表性的,得到世界上许多国家
10、广泛使用的一种方法,我国研制的TYL型混凝土拔出试验仪与丹麦的LOK试验仪基本相同,见图1。,图1 拔出试验简图,h,预埋拔出试验的操作步骤可分为:安装预埋件-浇筑混凝土-拆除连接件-拉拔锚头。拔出力与抗压强度之间的试验相关关系,可以用具有一般代表性测强曲线来表示:(1),拔出试验同其它无损检测一样,属于从一个物理量来推定另一个物理量,必须在建筑物修建时或运行后取芯标定相关方程式。由于拔出法拔出深度较浅,一般在20-40mm之间,不能反映内部混凝土的质量。,射钉法又称贯入阻力试验法,是将一硬质合金棒打入混凝土中,用棒的外露长度作为阻力的度量。试验证明,混凝土抗压强度与射钉外露长度之间存在着良好
11、的线性关系。这种方法适用于混凝土早期强度发展的测定,也适用于同一结构不同部位混凝土强度的相对比较,但试验结果受骨料影响十分明显。,b、射钉法,无损检测是指在不造成或少造成对混凝土破坏的情况下,通过测定混凝土的一个或几个与抗压强度具有相关关系的物理参量来推定混凝土的抗压强度。选择测定的物理参量必须与混凝土的抗压强度有良好的相关性。目前国内外比较成熟、用途较广泛的方法有回弹法、超声回弹综合法、超声波法等。,2.2 无损检测,超声回弹综合法检测混凝土强度,一 测前准备二 检测(先回弹后声测)三.影响因素分析,1、回弹仪具有下列情况之一时应送检定单位检定:1)新回弹仪启用前;2)超过检定有效期限(有效
12、期为半年);3)累计弹击次数超过6000次;4)经常规保养后钢砧率定值不合格;5)受严重撞击或其他损害。2、回弹仪具有下列情况之一时应进行常规保养:1)弹击超过2000次;2)对检测值有怀疑时;3)在钢砧上的率定值不合格(802为合格)。,回弹仪测试注意事项,数显回弹仪,在强度较低时(30MPa),超声波声速随混凝土强度改变变化很灵敏,但强度较高时声速变化较迟钝,它只能反映混凝土的内部缺陷。该方法不宜用于强度等级在C30以上或在超声抟播方向上钢筋布置太密的混凝土。采用超声波法,从原理上讲基本可以抵消混凝土湿度状态、龄期及内部密实度对其强度推定值造成的影响。,超声波测试注意事项,3 超声法检测混
13、凝土缺陷,裂缝深度检测不密实区和空洞检测混凝土结合面质量检测表面损伤层检测灌注桩混凝土缺陷检测钢管混凝土缺陷检测,检测前准备资料,工程名称检测目的与要求混凝土原材料品种和规格混凝土浇注和养护情况构件尺寸和配筋施工图或钢筋隐蔽图构件外观质量及存在的问题,需要测量的声学参数,声时测量波幅测量(刻度法、衰减值法)主频测量(第1个周期波的主频)接收信号的波形或包络线的形状,裂缝深度检测(裂缝中不得有积水或泥浆),单面平测法:只有1个可测表面,裂缝深度不大于0.5m。双面斜测法:有两个相互平行的测试表面钻孔对测法:适用于大体积混凝土(允许在裂缝两侧钻孔),预计裂缝深度大于0.5m。,不密实区和空洞检测,
14、适用条件:被测部位具有1对(或两对)相互平行的测试面;测试范围内还应有同条件的正常混凝土进行对比,切对比测点数不应少于20个。采用方法:有两对相互平行的测试面对测法有1对相互平行的测试面对测和斜测相结合测距较大时钻孔或预埋管测量。,对测法示意图,钻孔法示意图,斜测法示意图,混凝土结合面质量检测(前后两次浇注的混凝土之间的结合面),适用条件:测试前应查明结合面的位置及走向,明确被测部位及范围;构件的被测部位应具有使声波垂直或斜穿结合面的测试条件。测试方法:对测法和斜测法。,表面损伤层检测,因冻伤、高温或化学腐蚀等引起的混凝土表面损伤层厚度的检测。适用条件:根据构件的损伤情况和外观质量选取有代表性
15、的部位布置测点;构件被测表面应平整并处于自然干燥状态,且无接缝和饰面层;测试结果宜作局部破损验证。测试方法:选用频率较低的厚度式振动换能器进行平面测试,发射探头不动,移动接收探头,每一测位的测点数不得少于6个。,灌注桩混凝土缺陷检测(预埋测试管在孔中进行超声波对测),钢管混凝土缺陷检测适用于管壁与混凝土胶结良好的钢管混凝土质量检测适用条件:钢管外表面光洁,无严重锈蚀检测方法:通过圆心做径向对测,沿环向测试,逐点读取声时、波幅和主频。异常判断原则:按“不密实区和空洞检测”的统计法原则进行统计和判断。,4 混凝土保护层厚度检测,钢筋是混凝土结构中最重要的元素之一,它直接决定了结构的抗压、抗剪、抗震
16、、抗冲击性能,影响结构的安全性和耐久性。2002年4月颁布的混凝土结构施工质量验收规范(GB 502042002),2003年又颁布的建筑结构检测技术标准(GB 503442003)。对工程的梁、板类构件的保护层厚度检测提出了明确要求;另外,在对旧有结构进行评估、改造过程中对内部的钢筋分布(数量、规格、保护层厚度)也需进行现场检测。,基本原理,仪器通过传感器在被测结构内部局部范围发射电磁场,同时接受在电磁场覆盖范围内铁磁性介质(钢筋)产生的感生磁场,并转换为电信号,主机系统实时分析处理数字化的电信号,并以图形、数值、提示音等多种方式显示出来,从而准确判定钢筋位置、保护层厚度、钢筋直径及钢筋间距
17、。,基本原理:混凝土的碳化是指混凝土硬化后其表面与空气中的CO2作用,使混凝土中的水泥水化生成产物Ca(OH)2生成CaCO3,并使混凝土孔隙溶液PH值降低。防止钢筋产生锈蚀的表面钝化膜只能在碱性的环境下才能稳定的存在,当混凝土孔隙溶液碱度降低时,这层钝化膜也随之瓦解,失去了对钢筋的屏障作用,在电化学反应的作用下,钢筋表面逐渐反应生成Fe(OH)3,导致钢筋锈蚀。碳化引起钢筋锈蚀的先决条件是碳化深度超过钢筋保护层的厚度。,5 混凝土碳化深度的检测,碳化产生的后果:使混凝土孔隙溶液PH值降低,导致钢筋表面钝化膜破坏而引起钢筋锈蚀;使混凝土表面硬度提高,使回弹值偏高(内部混凝土实际强度要比检测结果
18、低)。,碳化速度的主要影响因素:是混凝土自身的密实度和其所处的环境条件(包括大气中二氧化碳浓度和相对湿度)。二氧化碳的浓度越高,碳化越快,当大气相对湿度为50%左右时,碳化最快,湿度过高或过低都会阻碍碳化的发展。,1 钢筋锈蚀对结构的影响.钢筋锈蚀直接使钢筋截面减小,从而使钢筋的承载力下降,极限延伸率减少;.钢筋锈蚀产生的体积比锈蚀前的体积大得多(一般可达2-3倍),体积膨胀压力使钢筋外围混凝土产生拉应力,发生顺筋开裂,使结构耐久性降低;.钢筋锈蚀使钢筋与混凝土之间的粘结力下降。,6 钢筋锈蚀状态的检测,导致钢筋产生锈蚀的原因有两个:第一是混凝土的碳化深度超过混凝土保护层厚度;第二是大量的氯离
19、子等酸性离子的侵蚀作用(氯离子侵蚀分为渗透型和掺入型两类,可将钢筋开始锈蚀、保护层锈胀开裂或性能严重退化作为耐久性失效的标准),2 检测原理及方法,2.1 检测原理国内外只能进行定性测量,常用的方法是半电池电位法。钢筋在混凝土中锈蚀是一种电化学过程。此时,在钢筋表面形成阳极区和阴极区。在这些具有不同电位的区域之间,混凝土的内部将产生电流。钢筋和混凝土的电学活性可以看作是半个弱电池组,钢的作用是一个电极,而混凝土是电解质,这就是半电池电位检测法的名称来由。半电池电位法是利用“CuCuSO4饱和溶液”形成的半电池与“钢筋混凝土”形成为半电池构成一个全电池系统。由于“CuCuSO4饱和溶液”的电位值
20、相对恒定,而混凝土中钢筋因锈蚀产生的化学反应将引起全电池的变化。因此,电位值可以评估钢筋锈蚀状态。,2.2 检测方法,检测前,首先配制CuCuSO4饱和溶液。半电池电位法的原理要求混凝土成为电解质,因此必须对钢筋混凝土结构的表面进行预先润湿。采用95ml家用液体清洁剂加上19L饮用水充分混合构成的液体润湿海绵和混凝土结构表面。检测时,保持混凝土湿润,但表面不存有自由水。将钢筋锈蚀测定仪的一端与混凝土表面接触,另一端与钢筋相连,当钢筋露出结构以外时,可以方便地直接连接。否则,需要首先利用钢筋定位仪的无损检测方法确定一根钢筋的位置,然后凿除钢筋保护层部分的混凝土,使钢筋外露,再进行连接。连接时要求
21、打磨钢筋表面,除去锈斑。根据半电池电位法的测试原理,为了保证电路闭合以及钢筋的电阻足够小,测试前应该使用电压表检查测试区内任意两根钢筋之间的电阻小于1。,检测时,根据用钢筋定位仪测定的钢筋分布确定测线及测点,测点的间距为10-20cm。用钢筋锈蚀测定仪逐个读取每条测线上各测点的电位值,在至少观察5min时,电位读数保持稳定浮动不超过0.02V时,即认为电位稳定,可以记录测点电位。,试验方法按电力行业标准水工混凝土试验规程(DL/T5150-2001)进行。采用快速冻融法即混凝土中心的冻融温度为:182至52;一个冻融循环时间2-4小时。试件在冻融试验过程中均处于全浸泡水状态(亦饱水状态)。,7
22、 混凝土抗冻实验,冻融试验结果采用动弹性模量和重量损失衡量。混凝土冻融试验在全自动混凝土冻融试验机上进行。规范要求试件尺寸为101040cm的棱柱体试件,当测试试件相对动弹性模数下降至60或重量损失率达5(不论哪个指标先达到),即可认为试件已达破坏,并以相应的冻融循环次数作为该混凝土的抗冻等级(F)。,由冻融引起的耐久性损伤按下列原则评定,1 以出现明显的冻融损伤(表层水泥浆脱落、骨料外露)作为耐久性失效的标准;2 由冻融损伤引起的混凝土疏松、剥落、保护层厚度减小、强度降低,按减小后的剩余保护层厚度及剩余强度进行钢筋锈蚀耐久性评定;冻融损伤严重(强度损失率过大、混凝土剥落达到或超过保护层厚度)
23、应进行承载力验算。,8 探地雷达快速检测技术,探地雷达设备1970年美国地球物理仪器公司研制生产出第一台探地雷达,探地雷达的应用大大提高了混凝土质量无损检测的速度和精度。美国GSSI工业公司生产的SIR-3000新型探地雷达,是一种便携式高速自动无损测试仪,同时购置了频率为400MHz、900MHz、1500MHz的三种测量天线。,SIR-2000雷达探测仪,工作原理,探地雷达方法是一种用于确定地下介质分布的电磁波技术。利用一个天线发射高频率、宽频带、短脉冲电磁波,另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。根据
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