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        探地雷達(dá)法和垂直反射法檢測塑性混凝土防滲墻的適用性對比分析

        2012-10-15 01:03:02郭松昌王衛(wèi)東鄭軍亮
        海河水利 2012年1期
        關(guān)鍵詞:深度混凝土檢測

        郭松昌,王衛(wèi)東,鄭軍亮,張 悅

        (1.安陽市南水北調(diào)工程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室,河南安陽 455000;2.安陽市水利局,河南安陽 455000)

        塑性混凝土具有彈性模量低、極限應(yīng)變大等特點,故塑性混凝土在防滲墻中的應(yīng)用也越來越廣泛。但是,防滲墻受施工方法和各種實際因素的影響,容易出現(xiàn)澆筑不均勻、分層、夾泥等現(xiàn)象,所以很有必要開展塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測方面的研究。結(jié)合雙泉水庫塑性混凝土防滲墻工程,參考相關(guān)文獻(xiàn)[1-3],采用探地雷達(dá)法和垂直反射法相結(jié)合的方式開展防滲墻無損檢測,對比分析兩種檢測方法的適用性。

        1 工程概況

        雙泉水庫位于河南省安陽市西北部、海河流域洹河支流粉紅江上,水庫大壩采用塑性混凝土防滲墻和帷幕灌漿相結(jié)合的方法進(jìn)行防滲加固。壩基防滲處理范圍為大壩樁號0+150-0+680,長530 m。塑性混凝土防滲墻的設(shè)計指標(biāo)為:28d彈性模量600~700 MPa,抗壓強度≥2.3 MPa,滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s。 防滲墻墻體厚度50 cm,選用配合比為水泥:粘土:膨潤土:水:砂:碎石:外加劑=120:240:40:360:770:630:0.36。導(dǎo)墻設(shè)計為1.2 m高的L形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土強度等級采用C20,墻頂厚0.2m,兩導(dǎo)墻間距為0.55 m。選用沖擊鉆機配合液壓抓斗成槽法開槽,即兩鉆一抓法。項目施工采用兩序間隔法,槽孔分兩期進(jìn)行施工。設(shè)計槽孔長度為6 m,槽孔的劃分和長度在具體施工時根據(jù)實際情況作了調(diào)整。

        2 探地雷達(dá)法檢測成果分析

        探地雷達(dá)法的檢測依據(jù) 《水利水電工程物探規(guī)范》[4]的要求進(jìn)行,選用中國電子科技集團公司第二十二研究所研制的小型化便攜式LTD-2100型探地雷達(dá),采用剖面法進(jìn)行測量,檢測時天線沿防滲墻軸線從小樁號到大樁號移動進(jìn)行連續(xù)測量。雷達(dá)天線的中心頻率越低,探測深度越大,但是分辨率相應(yīng)降低,無法探出小范圍的缺陷,故應(yīng)在滿足探測深度的情況下選擇頻率高的天線。本次防滲墻探測深度為10 m左右,綜合考慮探測深度和精度并結(jié)合類似工程的經(jīng)驗選擇中心頻率為200 MHz的天線。而實際探測時發(fā)現(xiàn)樁號0+290-0+480段防滲墻墻頭未與地面平齊,無法使用200 MHz的天線,改用中心頻率為400 MHz的天線。探地雷達(dá)圖像,如圖1-3所示。

        圖1 200MHz探地雷達(dá)圖像(正常圖像,樁號0+156-0+168)

        圖2 400MHz探地雷達(dá)圖像(正常圖像,樁號0+290-0+308)

        圖3 400MHz探地雷達(dá)圖像(異常圖像,樁號0+382-0+400)

        綜上所述并結(jié)合現(xiàn)場情況,在樁號0+156-0+210、0+550-0+590段采用天線中心頻率為 200 MHz,樁號0+290-0+480段采用天線中心頻率為400 MHz。時窗長度代表記錄信號的最大雙程走時長度,故時窗限定了最大探測深度,參考LTD-2100型雷達(dá)儀器使用說明書,本次研究天線中心頻率為200 MHz時選擇時窗120 ns、天線中心頻率為400 MHz時選擇時窗為60 ns,采用人工拖拽的方式進(jìn)行探測,探測速度為1~2 m/s,兩種天線采樣點數(shù)均為512,塑性混凝土防滲墻介電常數(shù)取8。

        探地雷達(dá)法檢測防滲墻墻體可用圖像為278 m,圖1-3列出了幾種典型圖像,從圖像分析的結(jié)果來看,天線中心頻率為200 MHz時雷達(dá)探測深度約為6.0 m,而天線中心頻率為400 MHz時探測深度僅為1.2 m。200 MHz圖像因分辨率較低,圖像基本正常;而由400 MHz圖像可以看出有數(shù)處缺陷,分別是:樁號0+318附近,深度為0.1~0.7 m范圍內(nèi);樁號0+395附近,深度為0.6~1.2 m范圍內(nèi);樁號0+415附近,深度為0.2~1.2 m范圍內(nèi);0+450樁號附近,深度為0.4~1.1 m范圍內(nèi)存在因骨料集中而引起的混凝土局部不均勻現(xiàn)象。從雷達(dá)的探測結(jié)果來看,絕大部分墻體灌注較均勻,沒有出現(xiàn)夾泥、裂縫等現(xiàn)象,個別樁號墻體存在灌注不均勻的情況。本次研究發(fā)現(xiàn),雷達(dá)天線頻率低時,由于分辨率下降,不易發(fā)現(xiàn)缺陷;而雷達(dá)天線頻率高時,探測深度又很淺。

        3 垂直反射法檢測成果分析

        參照《水利水電工程物探規(guī)范》[4]的要求進(jìn)行,垂直反射法檢測儀器采用武漢巖海公司的RS-1616K(P)完整性檢測儀,采樣間隔取 0.02~0.03 ms,記錄長度取1 024點,濾波方式為全通,接收采用高阻尼低靈敏度速度傳感器。工作模式為單點激發(fā),單點接收,偏移距1.0 m左右。

        為取得最佳測試數(shù)據(jù)及曲線,測試前必須對測試儀器及測試方法進(jìn)行調(diào)試工作,具體步驟如下:

        (1)測試前,為了取得墻體混凝土的縱波速度,對出露的完整的墻段進(jìn)行縱波測試。測試結(jié)果表明,墻體混凝土的波速為2 200~2 600 m/s。

        (2)檢測前經(jīng)反復(fù)試驗,確定最佳偏移距為1.0 m左右,在檢測時根據(jù)信號質(zhì)量及墻頂情況可作調(diào)整。

        (3)對于墻頂部未完全鑿至完好密實的混凝土處,加上某些槽段由于淺部有缺陷,造成曲線復(fù)雜,通過增加錘墊及改換力棒等方法,調(diào)整了錘擊裝置,取得了較好效果。垂直反射法圖像,如圖4所示。

        表1 垂直反射法檢測結(jié)果分析(部分)

        本次測量測段為樁號0+150-0+634,部分墻段由于現(xiàn)場不具備檢測條件而未檢測,共檢測墻體392 m。圖4為樁號0+391-0+398的檢測圖像,表1為對應(yīng)的檢測結(jié)果分析表,可以看出樁號0+392-0+396淺部有較明顯的二次反射,說明此處墻段頂部混凝土質(zhì)量差,此處處于防滲墻槽段接縫處,說明頂部接縫質(zhì)量稍差。對所有檢測圖像進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),有十幾處墻段頂部混凝土質(zhì)量差、頂部接縫稍差,具體缺陷分布見表2。由于偏移距的存在,由此造成的波速偏高或墻身偏短的假象是不容忽視的,在分析時均作了校正處理。測試時,部分墻段墻體頂部混凝土松軟或混凝土差,造成分析困難。其原因多為:當(dāng)澆注到淺部時,此時泥漿比重較大,混凝土浮力不足,從而容易產(chǎn)生局部夾泥等現(xiàn)象,一般與超灌高度不足及鑿除高度少有關(guān),下一步施工前應(yīng)將墻頂浮漿及淺部劣質(zhì)混凝土鑿除。

        圖4 垂直反射法圖像(樁號0+391-0+398)

        4 探地雷達(dá)法與垂直反射法檢測結(jié)果對比分析

        利用探地雷達(dá)方法共發(fā)現(xiàn)4處缺陷,利用垂直反射方法發(fā)現(xiàn)了10多處缺陷(見表2,表中括號中數(shù)字表示測試時雷達(dá)天線中心頻率)。由表2可知,在樁號0+156-0+210、0+550-0+590段(天線中心頻率為200MHz),垂直反射法在這兩段測出的輕微淺部缺陷,雷達(dá)均未測到,說明雷達(dá)的分辨率低;在樁號0+290-0+480段(天線中心頻率為400 MHz),有4處探地雷達(dá)法和垂直反射法同時測到了缺陷,分別是樁號 0+318、0+395、0+415、0+450 處附近的缺陷,兩種方法起到較好的相互印證作用。另外,利用垂直反射法在此段還發(fā)現(xiàn)另外5處缺陷 (分別是樁號 0+330 附近、0+349 附近、0+375 附近、0+314、0+442),而利用探地雷達(dá)方法卻沒有發(fā)現(xiàn),有可能是這幾處缺陷深度超出了探地雷達(dá)法檢測的深度范圍,即缺陷深度大于1.6 m。同時發(fā)現(xiàn):利用探地雷達(dá)方法能較準(zhǔn)確地確定缺陷的位置,利用垂直反射法只能作定性分析,無法確定缺陷的具體深度。

        表2 兩種探測方法檢測的缺陷位置對比

        兩種方法比較說明:垂直反射法比較適合對塑性混凝土防滲墻的連續(xù)性和墻深進(jìn)行檢查,對防滲墻中的缺陷尤其是淺層的缺陷能定性地反映出來,但不能準(zhǔn)確確定缺陷的具體深度;而探地雷達(dá)方法在使用頻率較低的天線時分辨率低,不能測出輕微的缺陷;當(dāng)加大頻率時,檢測深度又很小,如本研究中使用400 MHz天線時檢測深度只有1.6 m,由此說明探地雷達(dá)法能測出防滲墻淺層的缺陷 (使用高頻率天線),而對于防滲墻深層(相對)的缺陷只有當(dāng)缺陷足夠大時才能測到(使用低頻率天線)。

        5 開挖驗證

        結(jié)合探地雷達(dá)和超聲法檢測結(jié)果,在樁號0+395附近區(qū)域 (此處也是38和39號施工槽段的結(jié)合處)采用機器挖掘結(jié)合人工開挖的方法進(jìn)行驗證,開挖深度約3 m。從開挖過程看,墻體接縫頂部處有輕微的夾泥現(xiàn)象,防滲墻頂澆筑時有輕微的塌方現(xiàn)象,如圖5-6所示,這印證了探地雷達(dá)、垂直反射法的檢測成果。

        圖5 開挖檢查

        圖6 夾泥處

        6 結(jié)論

        從探地雷達(dá)法檢測的結(jié)果來看,大部分墻體灌注較均勻,沒有出現(xiàn)夾泥分縫等現(xiàn)象,個別樁號墻體存在灌注不均勻的情況。而從垂直反射法檢測墻體的結(jié)果來看,發(fā)現(xiàn)十幾處防滲墻淺部混凝土缺陷。通過比較兩種無損檢測方法的結(jié)果發(fā)現(xiàn),垂直反射法比較適合對塑性混凝土防滲墻的連續(xù)性和墻深進(jìn)行檢查,對防滲墻中的缺陷尤其是淺層的缺陷能定性地反映出來,但不能準(zhǔn)確確定缺陷的具體深度;探地雷達(dá)法能測出防滲墻淺層的缺陷 (使用高頻率天線),而對于防滲墻深層的缺陷只有當(dāng)缺陷足夠大時才能測到(使用低頻率天線)。

        [1]薛云峰,袁江華,孫曉暾.垂直反射法檢測混凝土防滲墻的研究與應(yīng)用[J].物探與化探,2004(10):467-470.

        [2]董延朋,孔祥春,秦月濤.地質(zhì)雷達(dá)在水庫防滲墻檢測中的應(yīng)用[J].地質(zhì)裝備,2005(12):26-28.

        [3]肖自龍,李宏展,梁娜.透地雷達(dá)在檢測塑性混凝土垂直防滲墻中的應(yīng)用 [J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2005(3):39-41.

        [4]SL 326-2005,水利水電工程物探規(guī)程[S].

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