岳 勇

(四川省工程咨詢研究院, 四川 成都 610000)

隨著我國水利水電工程的快速發(fā)展，引水隧洞的建設在水利工程中的比重也迅速增加，目前，我國已經(jīng)建設完成的引水水工隧洞長達500 km，10 km以上的超過個20。隨著水利水電工程大力的發(fā)展，引水隧洞作為水電站引水發(fā)電的重要組成部分，在施工過程中的風險事故也不斷增加，給國家和人民帶來嚴重損失，因此研究隧洞缺陷檢查以及修復對水利水電施工有重要意義[1-4]。

施工缺陷檢測方法可分為損傷檢測法和無損檢測法，損傷檢測法也稱為巖體鉆探方法，作為常規(guī)檢測方法，它最早被引用在隧道的襯砌檢查中[5-6]。隨著經(jīng)濟快速的發(fā)展相應的工程技術(shù)也得到了大幅度的提高，無損檢測在實際工程中的應用也得到了普遍的推廣，其中的探地雷達檢測技術(shù)由于其檢測的準確性高且操作簡便而被廣泛使用[7-9]。

1 施工缺陷檢測

1.1 探地雷達檢測的基本理論

探地雷達通過向介質(zhì)中發(fā)送脈沖形式的高頻率寬帶電磁波來研究電磁波的傳播規(guī)律，這種技術(shù)方法也被廣泛的運用在工程檢測和地質(zhì)勘探中[10-11]。

(1)電磁波的基本理論

探地雷達通過向介質(zhì)中發(fā)射脈沖式的高頻率寬帶電磁波進行探測，并且電磁波的傳播滿足麥克斯韋(Maxwell)方程組。

(1)

式中:ρ—電荷密度，C/m3；J—電流密度，A/m2；

E—電場強度，V/m；D—電位移，C/m2；

B—磁感應強度，T；H—磁場強度，A/m。

麥克斯韋方程是研究電磁學波動理論的基本方程，同時也是研究電磁學基本理論的基礎。由麥克斯韋方程可知，變化的電場會生成變化的磁場，變化的磁場也能夠生成變化的電場，兩者相互變化的過程中同時向外傳播，即為電磁波動，方程為：

(2)

式中：ε—介電常數(shù)，F(xiàn)/m；σ—電導率，S/m；

μ—磁導率，H/m。

(2)電磁波的傳播

電磁波在有損介質(zhì)中傳播時由于傳導電流的阻礙作用，使電磁波的能量不斷減少，電磁波的波值和波速不斷的衰減，在衰減的同時電磁波的相位發(fā)生變化，最終電磁波的波形發(fā)生改變。探地雷達通過電磁波的反射原理來檢測傳播介質(zhì)中的缺陷，這里所指的缺陷即為電導參數(shù)不同于周圍介質(zhì)的物質(zhì)，例如襯砌結(jié)構(gòu)中的空洞、裂縫等。

探地雷達向介質(zhì)中發(fā)送脈沖形式的高頻率寬帶電磁波時，在分界面發(fā)生反射和折射，如圖1所示，接收器根據(jù)此接收并在主機中記錄該反射波諸如時間和一系列反射波的能量之類的參數(shù)可用于分析和確定地下結(jié)構(gòu)中缺陷的類型，位置和規(guī)模。所以，掌握電磁波在介質(zhì)分界面的傳播特性對研究探地雷達檢測十分重要。

1.2 探地雷達檢測的技術(shù)方法

探地雷達檢測技術(shù)并不復雜，最終目的就是得到信號源發(fā)射后的散射場(見圖2)。

圖1 電磁波反射

圖2 探地雷達檢測控制裝置

但是，在實際應用過程中，不同類型的探地雷達的性能指標是不同的。例如，根據(jù)探地雷達儀器的原理，有時域探地雷達系統(tǒng)和頻域探地雷達系統(tǒng)。因此，有許多類型的天線是系統(tǒng)的重要部件之一，并且存在水平桿狀或板狀偶極天線、喇叭天線等。于此同時，探地雷達具有不同的測量方法，因此在野外工作中，必須根據(jù)物體的狀況及其所處的環(huán)境適當選擇測量方法，以確保記錄的質(zhì)量。

2 混凝土施工缺陷種類及其原因分析

混凝土施工后會出現(xiàn)的各種缺陷，比如頂部拱形部分混凝土出現(xiàn)裂縫，甚至是出現(xiàn)嚴重的空洞、外墻表面平整度不符合規(guī)定要求、止水銅片位置滲漏水、鋼筋外露混凝土架空等，引起以上的各類情況都有一定施工或養(yǎng)護不當?shù)确矫娴脑颉?/p>

(1)頂部拱形部分的混凝土嚴重空洞

頂部拱形部分出現(xiàn)嚴重的空洞，顯示出明顯的混凝土未填充狀態(tài)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有混凝土澆筑過程中入口分布不均勻、混凝土流動性差、振搗不充分。

(2)外墻表面平整度超出允許偏差值范圍

混凝土外墻變形其表面平整度在允許偏差值范圍以外，產(chǎn)生這種缺陷的原因為安裝和支撐所用的模板強度和剛度不夠，從而引起混凝土外墻變形。

(3)止水銅片安裝位置滲水

產(chǎn)生止水銅片滲水的可能原因是止水銅板安裝過程中模板損壞，也可能是止水片太靠近鋼筋，并且一些石滴被堵塞并停滯而形成的局部空隙。

(4)混凝土裂縫

產(chǎn)生混凝土裂縫的主要原因為混凝土溫控措施不到位，或者所澆混凝土冷卻和養(yǎng)護不善，或者作用在混凝土結(jié)構(gòu)上的外力，例如被澆注的混凝土的過早載荷，受外力影響，以及混凝土結(jié)構(gòu)基礎的不均勻性等，都會導致混凝土產(chǎn)生裂縫。

(5)鋼筋移位混凝土架空

針對鋼筋外露，混凝土架空出現(xiàn)空洞這種情況，究其產(chǎn)生的原因主要有在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，模板與鋼筋距離過近，從而使保護層襯墊發(fā)生位移；保護層的混凝土沒有密集振動或模板不夠濕，過度的吸水導致露筋；混凝土配合比不合適，導致分離，漿料或模板缺乏，露出漿料；混凝土澆筑時保護層太薄使混凝土發(fā)生泄漏，致使鋼筋發(fā)生偏移外露。鋼筋過于密集，導致粗骨料被卡，如果振搗不足則會引起空洞；設計混凝土塌落度偏小，且振搗不足時會使鋼筋外露。

(6)混凝土表面產(chǎn)生麻面

產(chǎn)生麻面主要是由于模板表面粗糙不光滑，不清潔硬水泥垢或其他沉積物，模板填縫不緊，漏漿，或者由于脫模劑涂抹的不均勻，使其殘留在模板表面造成混凝土表面麻面，同時，跟施工時間的把控也有關(guān)系，如果在混凝土澆筑過程中間歇時間過久，部分混凝土發(fā)生凝固，也會產(chǎn)生麻面現(xiàn)象。

(7)混凝土產(chǎn)生蜂窩

首先是混凝土的骨料和砂漿混合不充分，沒有攪拌均勻、振動不充分，未達到漿料返回的程度。[6]同時，由于卸料高度過大，樁的周圍出現(xiàn)集料集中，砂漿少，就容易出現(xiàn)混凝土中有些位置不閉合而產(chǎn)生蜂窩現(xiàn)象；其次是模板破損、漏漿嚴重也會產(chǎn)生蜂窩現(xiàn)象。

(8)錯臺及掛簾現(xiàn)象

產(chǎn)生這種缺陷的原因為:模板不夠平滑或模板不夠牢靠產(chǎn)生錯位或跑模；模板拼接不嚴格，混凝土漿料流向澆注面，形成懸掛簾。

3 施工缺陷常規(guī)處理方法

(l)增加結(jié)構(gòu)強度

類似橋墩這樣直接承載外部水壓的混凝土結(jié)構(gòu)，可以適當?shù)卦黾悠鋭偠?，這樣可以有效減小混凝土裂縫的寬度，使建筑物長期穩(wěn)定的運行的同時還能夠增加有效承載力，以應對超負荷帶來的建筑物損傷；除此之外增加混凝土結(jié)構(gòu)強度的同時還應考慮其防滲水平，適當提高混凝土關(guān)鍵部位防滲能力也有助于建筑物長期安全運行。

(2)灌漿

對混凝土與圍巖之間進行回填灌漿有利于圍巖支護的充分發(fā)揮。灌漿在頂拱中心90°～120°之間進行，其他部分取決于襯砌和澆筑。孔間距和行距一般為2～6 m，注漿壓力一般為0.2～0.3 MPa，注漿孔應>0.1 m?；靥罟酀{形成的水泥石應滿足傳輸阻力要求。圍巖灌漿參數(shù)定為2～4 m，并且每排至少有6個對稱布置的灌漿孔。圍巖深度至少是引水隧道直徑的1/2。灌漿施加的壓力一般為內(nèi)部水壓的1～2倍。最后根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)條件選擇適當?shù)毓酀{材料。

(3)防滲和排水

根據(jù)施工隧道當?shù)氐牡刭|(zhì)條件，結(jié)合引水隧洞具體情況，選擇襯護、設置防滲帷幕、設置排水孔等措施。在設計外部水壓控制襯砌時，建議設置排水孔，以減少外部水壓、間距、排水距離和排水孔的孔深，這些是根據(jù)圍巖的特性確定的。在設置排水孔時，應注意內(nèi)部的水外滲。

(4)隧洞鋼襯安裝

鋼襯安裝完畢后緊接著要進行相應的力學性能測驗，并且要保留每個焊接位置的切削余量，以確保管體的形狀和尺寸符合規(guī)格要求。應安裝瓷磚來控制空間的大小，嚴格遵守焊接工作規(guī)范及實施措施，尤其注意焊接的順序，對于高強度鋼焊接，要做好保溫以及絕緣工作。

(5)安全監(jiān)測

由于人為施工引起地質(zhì)條件的改變經(jīng)常發(fā)生地質(zhì)災害，例如在超設計地震條件下的大規(guī)模坍塌和泥石流。然而，由于工程投資限制，工程斜坡以外的環(huán)境斜坡一般不會受到詳細的調(diào)查和處理。因此，工程環(huán)境斜坡就越容易發(fā)生大規(guī)模的山體滑坡，坍塌，泥石流等事故。因此，應監(jiān)測可能威脅每個引水隧洞入口和出口正常運行的環(huán)境斜坡和泥石流，這樣在突然發(fā)生地質(zhì)災害時，能夠啟動相應的應急預案，從而減少人員傷亡和財產(chǎn)的損失。

4 結(jié) 論

綜上所述，引水隧道內(nèi)的混凝土施工必須按照規(guī)定的施工工藝進行，對于相對容易發(fā)生的施工缺陷，要加強建設管理規(guī)范施工流程，與此同時對于由施工引起的缺陷也要進行及時的檢查、發(fā)現(xiàn)，并及時改進旋工工藝，從而可以提高引水隧洞建設質(zhì)量。