姚 文 燚

(四川大唐甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 康定　626001)

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超聲波技術(shù)在黃金坪水電站混凝土裂縫檢測(cè)中的應(yīng)用

姚 文 燚

(四川大唐甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 康定626001)

摘要：介紹了黃金坪水電站大壩廊道底板及溢洪道等關(guān)鍵部位混凝土工程在施工過(guò)程中裂縫發(fā)育情況以及根據(jù)工程實(shí)際情況所選擇的合適、可行的檢測(cè)方法，對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，達(dá)到了檢測(cè)裂縫發(fā)育類(lèi)型、長(zhǎng)度、深度情況等工程目的，為裂縫危害性評(píng)價(jià)及處理提供了基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：混凝土裂縫；平測(cè)法；雙面斜測(cè)；鉆孔對(duì)測(cè)；黃金坪水電站

1概述

在水電工程建設(shè)中，混凝土是一種主要的建筑材料。在混凝土施工過(guò)程中，由于施工工藝不當(dāng)、溫度控制差或外界破壞(地震等地質(zhì)災(zāi)害)而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重的裂縫可能會(huì)危害結(jié)構(gòu)的耐久性、整體性和穩(wěn)定性,對(duì)結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行產(chǎn)生很大影響。由于裂縫的成因、狀態(tài)、發(fā)展以及在結(jié)構(gòu)中的位置等的不同，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害性亦有區(qū)別；對(duì)于危害性大的裂縫需要進(jìn)行修補(bǔ)或補(bǔ)強(qiáng)，而對(duì)于裂縫的處理則需要在明確裂縫狀態(tài)、成因的基礎(chǔ)上才能合理、有效地進(jìn)行，因而需對(duì)裂縫的深度、長(zhǎng)度、寬度進(jìn)行檢測(cè)。裂縫的深度通常采用鉆孔取芯的方法直接測(cè)試，但鉆孔取芯的方法不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)結(jié)構(gòu)也有一定的損害。鑒于裂縫發(fā)育的不規(guī)則性而導(dǎo)致鉆孔取芯也難以追蹤裂縫的發(fā)育走向，因此，采用合理的檢測(cè)方法是非常必要的。

目前水電工程中對(duì)裂縫進(jìn)行檢測(cè)的儀器種類(lèi)繁多、檢測(cè)方法多樣，其中主要的檢測(cè)方法為超聲波、表面波、沖擊回波以及縱橫波等方法。又以超聲波法在水電工程中應(yīng)用比較成熟，該方法具有測(cè)試精度高、工期短、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

2各種檢測(cè)方法具有的技術(shù)特點(diǎn)

裂縫深度檢測(cè)技術(shù)從激振的方式出發(fā)可以分為超聲波法、聲波法和沖擊彈性波法。

(1)超聲波法：通過(guò)超聲波探頭產(chǎn)生和接收信號(hào)，其信號(hào)頻率高，但能量較低、頻譜響應(yīng)性能差，一般適用于較淺裂縫的測(cè)試。

(2)聲波法：通過(guò)聲波管產(chǎn)生和接收信號(hào)，信號(hào)頻率較高但能量較低。由于聲波管的形狀和激振要求，一般只能用于孔內(nèi)測(cè)試。

(3)沖擊彈性波法：主要采用錘擊等方式激振產(chǎn)生信號(hào)，由振動(dòng)(如加速度)傳感器接受信號(hào)，其信號(hào)頻率低但能量高、頻譜響應(yīng)性能好，適用于較深裂縫的測(cè)試。

裂縫深度檢測(cè)技術(shù)從激振信號(hào)發(fā)生和接收的位置關(guān)系出發(fā)可分為鉆孔對(duì)測(cè)法、單面法和雙面斜測(cè)法。

(1)鉆孔對(duì)測(cè)法：在裂縫兩側(cè)必須鉆檢測(cè)孔且對(duì)鉆孔孔斜、孔徑都有嚴(yán)格的要求，在被檢測(cè)的混凝土裂縫兩側(cè)允許鉆孔，對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)破壞。該測(cè)試方法的基礎(chǔ)是以有、無(wú)縫的混凝土聲學(xué)參數(shù)相對(duì)比較而判定裂縫的所在范圍，故鉆孔深度必須達(dá)到裂縫末端完好混凝土的一定深度，一般規(guī)定鉆探深度應(yīng)大于裂縫深度10 cm以上。鉆孔對(duì)測(cè)法主要適用于預(yù)計(jì)深度在500 mm以上的裂縫檢測(cè)且混凝土允許鉆孔。

(2)單面法：當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個(gè)可測(cè)表面、估計(jì)裂縫深度又不大于500 mm時(shí)，可采用單面平測(cè)法。

(3)雙面斜測(cè)法：當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位具有兩個(gè)相互平行的測(cè)試表面時(shí)，可以采用雙面穿透斜測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。

3應(yīng)用實(shí)例

3.1工程概述

黃金坪水電站壩基覆蓋層采用全封閉防滲墻防滲形式，覆蓋層壩基廊道作為壩基防滲墻與瀝青混凝土心墻之間的連接體采用圓拱直墻斷面，具有防滲、觀測(cè)、檢查、灌漿等功能，沿軸線(xiàn)方向長(zhǎng)約318 m、縱向不分結(jié)構(gòu)縫；廊道整體結(jié)構(gòu)往左、右岸均伸入巖基。

2014年11月22日、25日,康定縣先后發(fā)生了6.3級(jí)、5.8級(jí)地震。震后，根據(jù)12月14日現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該電站基礎(chǔ)廊道巡視排查結(jié)果發(fā)現(xiàn)廊道內(nèi)部邊墻、頂拱共存在31條裂縫，其中Ⅰ類(lèi)裂縫4條，Ⅱ類(lèi)裂縫12條，Ⅲ類(lèi)裂縫8條，Ⅳ類(lèi)裂縫7 條。為了了解廊道裂縫的發(fā)展情況，現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)了日常巡視排查和監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)巡視排查情況了解到底板縱向裂縫變化較為明顯，表現(xiàn)為裂縫開(kāi)展寬度增加并向右岸延伸貫通。根據(jù)2015年1月31日全面復(fù)查巡視結(jié)果，發(fā)現(xiàn)廊道內(nèi)共有裂縫33條，其中Ⅰ類(lèi)裂縫4條，Ⅱ類(lèi)裂縫12條，Ⅲ類(lèi)裂縫9條，Ⅳ類(lèi)裂縫8條。

3.2雙面斜測(cè)法在黃金坪水電站廊道刺墻中的應(yīng)用

為確定廊道刺墻縱0+237樁號(hào)附近的裂縫是否連通，對(duì)廊道刺墻上述樁號(hào)附近的裂縫布置了剖面采用雙面斜測(cè)法進(jìn)行了測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)裂縫剖面測(cè)試完成后，將該剖面測(cè)試數(shù)據(jù)繪制成波形圖(圖1)。

圖1　廊道刺墻1#剖面裂縫測(cè)線(xiàn)波形圖

從圖1中可以看出，測(cè)線(xiàn)上各測(cè)點(diǎn)初至波幅度較強(qiáng)，部分測(cè)點(diǎn)初至波幅度相對(duì)較弱，由此可以判斷，該條測(cè)線(xiàn)上裂縫并未連通。各條裂縫具體深度見(jiàn)表1。

表1　1#剖面裂縫檢測(cè)深度成果表

雙面斜測(cè)法在黃金坪水電站大壩廊道刺墻裂縫中的應(yīng)用取得了較好的效果。該方法能夠準(zhǔn)確地判別裂縫深度發(fā)育情況、裂縫發(fā)育走向以及裂縫發(fā)育貫通性；但該方法的使用需要裂縫發(fā)育部位具有兩個(gè)相互平行的測(cè)試表面，而且在測(cè)試過(guò)程中混凝土內(nèi)的鋼筋對(duì)該方法的影響較大，因此，在剖面布置時(shí)應(yīng)考慮避開(kāi)混凝土內(nèi)鋼筋的影響。

3.3鉆孔對(duì)測(cè)法在黃金坪水電站廊道底板中的應(yīng)用

康定地震后，黃金坪水電站防滲墻廊道底板出現(xiàn)了多條裂縫且發(fā)育較長(zhǎng)、較寬，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂隙發(fā)育情況，共布置了7組對(duì)穿聲波檢查孔、3個(gè)取芯孔進(jìn)行裂縫檢測(cè)。

(1)對(duì)穿聲波典型資料分析。

在0+75～0+78樁號(hào)附近布置了第一組裂縫檢查孔，現(xiàn)場(chǎng)裂縫剖面測(cè)試完成后，將該剖面測(cè)試數(shù)據(jù)繪制成的波形圖見(jiàn)圖2、3。

圖2　第一組跨縫對(duì)穿聲波典型波形圖

圖3　第二組跨縫對(duì)穿聲波典型波形圖

從圖2可以看出，0～2 m振幅能量弱，2.2～2.6 m振幅能量較強(qiáng)，2.8～5 m測(cè)點(diǎn)振幅能量強(qiáng)。

從圖3可以看出，0～2.4 m振幅能量弱，2.6～3 m振幅能量較強(qiáng)，3～5 m測(cè)點(diǎn)振幅能量強(qiáng)。

通過(guò)上述分析得知第一組測(cè)試區(qū)裂縫深度為2.6～3 m。其它各組鉆孔對(duì)測(cè)資料經(jīng)分析判斷得到的各組裂縫深度見(jiàn)表2。

表2　黃金坪水電站廊道底板裂縫深度成果表

鉆孔對(duì)測(cè)法在黃金坪水電站大壩廊道底板裂縫中的應(yīng)用取得了較好的效果，該方法通過(guò)對(duì)比聲學(xué)參數(shù)在完整混凝土構(gòu)件和裂縫發(fā)育混凝土構(gòu)件中能量和振幅的變化情況，可以準(zhǔn)確地判別裂縫深度發(fā)育情況；布置多組對(duì)測(cè)孔可以判別裂縫發(fā)育的貫通性。該方法應(yīng)用的前提條件是被檢測(cè)混凝土裂縫兩側(cè)允許鉆孔、對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)破壞；由于裂縫發(fā)育的不規(guī)則性，采用鉆孔對(duì)測(cè)法須保證裂縫發(fā)育在兩鉆孔之間，未偏出鉆孔對(duì)測(cè)檢查孔。

(2)鉆孔全景圖像。

在廊道底板裂縫處布置了3個(gè)取芯孔并進(jìn)行了鉆孔全景圖像測(cè)試。實(shí)際施工中，QX1取芯后發(fā)現(xiàn)裂縫有點(diǎn)偏，故在QX1附近增加了一個(gè)取芯孔QX1-1，QX1、QX1-1、QX2三孔均在鉆至0.5 m后鉆到了鋼筋，遂結(jié)束鉆孔后取芯。

從鉆孔全景圖像看，QX1取芯孔裂縫深度在0.3 m時(shí)偏出鉆孔，QX1-1、QX2鉆孔的裂縫深度均超過(guò)0.5 m，QX3取芯孔裂縫發(fā)育深度為0～2.2 m。

鉆孔全景圖像在黃金坪水電站大壩廊道底板裂縫中的應(yīng)用取得了較好的效果，該方法較為直觀地反映了裂縫深度發(fā)育情況，同時(shí)驗(yàn)證了鉆孔對(duì)測(cè)裂縫深度成果。

4結(jié)語(yǔ)

筆者通過(guò)對(duì)以上工程實(shí)例進(jìn)行分析后認(rèn)為：

(1)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇合理的檢查方法和參數(shù)可以對(duì)混凝土裂縫深度、發(fā)育等情況進(jìn)行有效的檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)，可以判斷混凝土裂縫發(fā)育深度、裂縫是否貫穿混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，從而為混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫處理工作提供基礎(chǔ)資料；

(2)單面法、雙面斜測(cè)法相對(duì)于鉆孔對(duì)測(cè)法及鉆孔取芯更為經(jīng)濟(jì)，工期更短且對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件無(wú)破壞，在混凝土裂縫檢測(cè)中應(yīng)予以推廣和應(yīng)用；

(3)鉆孔對(duì)測(cè)法及鉆孔取芯能夠直觀、準(zhǔn)確地反映混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的裂縫深度及裂縫走向等情況，但需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆探，工期長(zhǎng)且可能會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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(責(zé)任編輯：李燕輝)

姚文燚(1983-)，男，湖北黃岡人，工程師 ，學(xué)士，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作.

作者簡(jiǎn)介:

文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0006-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):TV7;TV698.1;TV544

收稿日期:2015-12-31