(1.葫蘆島市水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 葫蘆島 125000；2.遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003；3.東港市白云閘工程管理處，遼寧 東港 118300)

馬前寨攔河水閘工程為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，消力池底板尺寸為25.0m×30.0m(順?biāo)鞣较颉链怪彼鞣较?，底板表面以上水深1.2～3.5m，在冬季運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)有部分水面出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不結(jié)冰現(xiàn)象，疑似底板發(fā)生破壞，可能存在滲水區(qū)域，為準(zhǔn)確確定其滲水區(qū)域范圍，需對(duì)底板進(jìn)行水下檢測(cè)。本次采用精密水下回聲測(cè)深儀及探地雷達(dá)綜合檢測(cè)該底板混凝土表面狀況。

1 儀器設(shè)備及原理

精密水下回聲測(cè)深儀：分辨率0.01m，精度±0.5%，工作溫度-25℃～60℃。精密水下回聲測(cè)深儀系統(tǒng)并不直接測(cè)量深度或距離，實(shí)際測(cè)量所顯示的是時(shí)間，這一時(shí)間是從所發(fā)射的精密水下回聲測(cè)深儀脈沖離開換能器陣在介質(zhì)中傳播到目的體，然后回到換能器的時(shí)間，通過時(shí)間計(jì)算出目的體的深度[1]。

探地雷達(dá)：天線頻率200MHz，掃描速度850掃/s，探測(cè)時(shí)窗4～25600snec，采樣點(diǎn)數(shù)128～8192點(diǎn)，最大疊加數(shù)32768，動(dòng)態(tài)范圍>160dB，信噪比>160dB，分辨率5psec，AD轉(zhuǎn)換：16bt，工作溫度-15℃～40℃，防水標(biāo)準(zhǔn)IP65。探地雷達(dá)系統(tǒng)是利用一個(gè)天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接收來自介質(zhì)面的反射波，電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電場(chǎng)強(qiáng)度和波形將隨著通過介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)而變化，根據(jù)接收到的波的旅行時(shí)間(亦稱雙程走時(shí))、幅度與波資料推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)[2]。

圖1 待檢測(cè)區(qū)運(yùn)行期間現(xiàn)狀

待檢測(cè)區(qū)運(yùn)行期間現(xiàn)狀如圖1所示。

2 測(cè)線布置

依據(jù)《水利水電工程物探規(guī)程》(SL326—2005)的規(guī)定：測(cè)網(wǎng)布置應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求、探測(cè)方法、探測(cè)目的體的規(guī)模與埋深等因素綜合確定，測(cè)網(wǎng)和工作比例尺的選擇應(yīng)能反應(yīng)探測(cè)的目的體，并可在平面圖上清楚地標(biāo)識(shí)出其位置和形態(tài)[3]。

結(jié)合構(gòu)筑物尺寸、風(fēng)速、水流流速等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用剖面法網(wǎng)格式布置測(cè)線。垂直水流方向測(cè)試25條測(cè)線，測(cè)線順序?yàn)闇y(cè)線1至測(cè)線25，方向均由左岸向右岸，測(cè)線間距1.0m，順?biāo)鞣较驕y(cè)試29條測(cè)線，測(cè)線順序?yàn)闇y(cè)線1至測(cè)線29，方向均由上游向下游，測(cè)線間距1.0m。詳細(xì)測(cè)線布置如圖2所示。

圖2 測(cè)線布置示意圖 (單位：m)

3 數(shù)據(jù)分析

本次實(shí)際綜合采集數(shù)據(jù)108條測(cè)線。精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線條數(shù)54條，剖面分析成果圖54張，探地雷達(dá)測(cè)線條數(shù)54條，剖面分析成果圖54張，兩設(shè)備測(cè)線位置一一對(duì)應(yīng)。下面對(duì)部分檢測(cè)成果進(jìn)行比對(duì)分析。

3.1 底板正常情況

以垂直水流方向測(cè)線3為例：圖3為精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線3分析處理后的檢測(cè)結(jié)果圖，由圖3可清晰讀出，水深2.00m位置明顯層位線，界面平直，無明顯異常，推斷此處底板平直，數(shù)據(jù)成果見表1；圖4為探地雷達(dá)測(cè)線3分析處理后檢測(cè)結(jié)果圖。水深2.00m位置明顯界面線，推斷此處底板無塌陷。為確保檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)水準(zhǔn)尺三等分點(diǎn)法測(cè)水深，并采用內(nèi)窺鏡觸點(diǎn)法查看底板情況，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與檢測(cè)結(jié)果相符。數(shù)據(jù)成果見表2。

圖3 精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線3檢測(cè)結(jié)果 (單位：m)

表1 精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線3垂直水流水面深度結(jié)果 (單位：m)

表2 探地雷達(dá)測(cè)線3垂直水流水面深度結(jié)果 (單位：m)

3.2 底板輕微起伏情況

以垂直水流測(cè)線13為例：圖5為精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線13分析處理后的檢測(cè)結(jié)果圖，由圖中可清晰讀出，左岸水平位置0.0～8.0m，右岸37.0～42.0m，水深2.8m明顯層位線，界面平直，無明顯異常，推斷此處未塌陷；水平位置8.0～37.0m，水深2.5～2.8m不規(guī)則變化，推斷此處底板輕微破壞。圖6為探地雷達(dá)測(cè)線13檢測(cè)結(jié)果圖，檢測(cè)結(jié)果與精密水下測(cè)深儀結(jié)果基本吻合，但當(dāng)處于此水深時(shí)，探地雷達(dá)200MHz天線已經(jīng)達(dá)到分辨率界限。因兩側(cè)拉力不均，及此時(shí)風(fēng)速較大，影響水平長(zhǎng)度較大。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，底板輕微破碎。

圖5 精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線13檢測(cè)結(jié)果 (單位：m)

圖6 探地雷達(dá)測(cè)線13檢測(cè)結(jié)果 (單位：m)

3.3 底板明顯起伏不平情況

以垂直水流測(cè)線14為例：圖7為精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線14分析處理后的檢測(cè)結(jié)果圖，圖中可清晰讀出，左岸6.0～11.0m逐漸傾斜塌陷，11.0～12.0m為塌陷最低處，水深1.2m漸變至1.7m；12.0～18.0m傾斜，水深1.7m漸變至1.2m；18.0～24.0m底板正常，24.0～28.0m漸變成塌陷坑，28.0～32.0m底板正常，水深1.2m。圖8為探地雷達(dá)測(cè)線14分析處理后檢測(cè)結(jié)果圖，檢測(cè)結(jié)果與精密水下測(cè)深儀吻合。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，底板塌陷，起伏不平。

圖7 精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線14檢測(cè)結(jié)果 (單位：m)

圖8 探地雷達(dá)測(cè)線14檢測(cè)結(jié)果 (單位：m)

3.4 底板出現(xiàn)井狀結(jié)構(gòu)物情況

以垂直水流測(cè)線16為例：圖9為精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線16分析處理后的檢測(cè)結(jié)果圖，由圖中可讀出水平位置3.0m開始出現(xiàn)6個(gè)豎井狀結(jié)構(gòu)物，井深1.0m，井壁厚度在0.2m，井內(nèi)徑寬度為2.0m，井底凹凸不平。圖10為探地雷達(dá)測(cè)線16分析處理后檢測(cè)結(jié)果圖，檢測(cè)結(jié)果與精密水下測(cè)深儀吻合。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，綜合檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際相符，內(nèi)窺鏡查看到井狀結(jié)構(gòu)物底有拋石類物體。

圖9 精密水下回聲測(cè)深儀測(cè)線16檢測(cè)結(jié)果 (單位：m)

圖10 探地雷達(dá)測(cè)線16檢測(cè)結(jié)果 (單位：m)

4 檢測(cè)結(jié)果

該消力池底板確實(shí)存在大范圍破壞區(qū)域。由水平及垂直測(cè)線統(tǒng)計(jì)結(jié)果，繪制破壞區(qū)域示意圖如圖11所示。圖中陰影部分為破壞影響范圍，井字結(jié)構(gòu)疑似原設(shè)計(jì)排水類結(jié)構(gòu)。

圖11 底板破壞區(qū)域綜合檢測(cè)結(jié)果示意圖 (單位：m)

5 結(jié) 論

依據(jù)本次檢測(cè)結(jié)果可以得出：精密水下回聲測(cè)深儀系統(tǒng)與探地雷達(dá)系統(tǒng)均能準(zhǔn)確地檢測(cè)出水下大范圍的混凝土表面缺陷。但仍存在一些不足，?由于操作面在水上受環(huán)境限制，各系統(tǒng)采用時(shí)間采集模式，圖像長(zhǎng)度與實(shí)際原長(zhǎng)有誤差，在準(zhǔn)確定位缺陷大小時(shí)，每條測(cè)線采用等比例推算，會(huì)有偏差，如果采用留鉛芯標(biāo)記，工作量較大。?采用船測(cè)方式，兩側(cè)的拉力非勻速運(yùn)動(dòng)，圖像上橫向距離誤差會(huì)增加。?受風(fēng)向及水流流速的影響，測(cè)線長(zhǎng)度及位置同時(shí)會(huì)形成偏向下游的弧線。從整體數(shù)據(jù)讀出，精密水下回聲測(cè)深儀系統(tǒng)在全程探測(cè)過程中均能能測(cè)到底板表面，但偶爾受船漿滑動(dòng)的影響，對(duì)圖像采集質(zhì)量干擾較大，圖像分辨率差。而探地雷達(dá)系統(tǒng)200MHz天線在水深超過2.5m時(shí)，底部信號(hào)已不明顯，但在水深較淺時(shí)雷達(dá)系統(tǒng)圖像比精密水下回聲測(cè)深儀系統(tǒng)分辨率更高。

本次綜合檢測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相符，有利于該項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用，可為以后類似工程質(zhì)量的檢測(cè)，提供良好的技術(shù)支持。