王忠輝

(中國水電顧問集團崇陽新能源有限公司，湖北咸寧437500)

0 引 言

近年來，我國陸上風機塔筒高度越來越高，有90～130多米不等，國內(nèi)最高柔性塔筒高度已經(jīng)達到141 m。如此高的風機需要足夠剛度和強度來滿足安全要求，這就要是依靠體積龐大的鋼筋混凝土基礎來固定風機，風機基礎承受上部風機及塔筒傳來的荷載。風機基礎在混凝土施工澆筑過程中，其內(nèi)部可能出現(xiàn)蜂窩、孔隙或裂縫等缺陷，風機基礎施工質(zhì)量的好壞直接影響風機運行安全。如何對風機基礎混凝土施工質(zhì)量作一個全面客觀的評價是業(yè)主 、監(jiān)理和施工三方都十分關注的問題。混凝土施工質(zhì)量的常用檢測方法有鉆芯法、拔出法、探地雷達掃描成像、聲波法、回彈法和超聲回彈綜合法等。鉆芯法、拔出法屬于局部破損或半破損檢測方法，采用該類檢測方法時會破壞混凝土結(jié)構(gòu)；探地雷達掃描成像 、聲波法 、回彈法和超聲回彈綜合法等為無損檢測方法，采用該類檢測方法時不會破壞混凝土結(jié)構(gòu)。無損檢測技術具有直接、快速、靈活等優(yōu)點，在工程中已得到廣泛應用。

1 無損檢測原理

無損檢測是利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息。與破壞性檢測相比，無損檢測有以下特點。一是具有非破壞性，在做檢測時不會損害被檢測對象的使用性能；二是具有全面性，由于檢測是非破壞性，因此可對被檢測對象進行100%的全面檢測；三是具有全程性，破壞性檢測一般只適用于對原材料進行檢測，如機械工程中普遍采用的拉伸、壓縮、彎曲等，破壞性檢驗都是針對制造用原材料進行的，對于成品和在用品，除非不準備讓其繼續(xù)服役，否則是不能進行破壞性檢測的，而無損檢測因不損壞被檢測對象的使用性能。因此，無損檢測不僅可對制造用原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)、直至最終產(chǎn)成品進行全程檢測，也可對服役中的設備進行檢測[1-2]。

2 工程實例

某風電場的總裝機規(guī)模為54 MW，設計安裝27臺單機容量為2 000 kW的風力發(fā)電機組，風機基礎采用重力擴展式錨栓基礎，采用C40混凝土，肋梁基礎底板直徑17.8 m，厚0.55 m；基礎臺柱直徑6.8 m，高3.7 m；肋梁有8個，肋梁寬1.2 m、高1.4～2.3 m；沿基礎底板外緣布置一圈環(huán)梁，環(huán)梁寬0.5 m、高1.0 m；基礎總高度3.7 m，基礎埋深為3.5 m(見圖1)。單個基礎混凝土方量為330.9 m3。

圖1 肋梁基礎外形及尺寸示意(單位：mm)

工程項目于2019年5月開工，8月13日開始風機基礎混凝土澆筑施工，因項目是首次采用重力擴展式錨栓基礎，為了能更好的了解錨栓基礎的澆筑質(zhì)量，建設和監(jiān)理單位提出了對澆筑齡期已滿30 d的5臺風機基礎進行混凝土質(zhì)量全面檢測。為了避免檢測的盲目性，決定開展物探普查，應用探地雷達和超聲回彈綜合法進行混凝土澆筑質(zhì)量和混凝土的強度檢測，檢查混凝土質(zhì)量是否滿足規(guī)范要求。

3 現(xiàn)場測試方法

根據(jù)測試目的和實際物性條件，鋼筋混凝土無損檢測采用瑞典生產(chǎn)的RMAC/GPR探地雷達，距離觸發(fā)，超聲回彈綜合法強度檢測采用RSM-SY6型基樁聲波檢測儀。由于探測區(qū)域的形狀和表面情況的限制，根據(jù)風機基礎特點，沿順時針方向布置探地雷達測試剖面，天線由測距輪引導從上到下部向上移動連續(xù)采集，風機基座布置測線34條，如圖2所示；測線均布置在鋼筋間距相對較大的區(qū)域。超聲回彈綜合法強度檢測按上、中、下位置隨機選取。

圖2 風機基礎檢測部位示意

3.1 測試數(shù)據(jù)分析

探地雷達圖形常以脈沖反射波的波形來記錄，以波形或灰度顯示雷達探測剖面圖。由于混凝土介質(zhì)相當于一個復雜的濾波器，介質(zhì)對波的不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性質(zhì)，使得脈沖到達接收天線時，波幅減小，波形變得與原始發(fā)射波形有較大的差異。另外，不同程度的各種隨機噪聲和干擾，對實測數(shù)據(jù)也有影響。因此，必須對接收信號實施適當?shù)靥幚?，以改善資料的信噪比，為進一步分析解釋提供清晰可辨的圖像[3-4]。

超聲回彈綜合法[5]是指采用超聲儀和回彈儀，在混凝土構(gòu)件同一測區(qū)分別測量聲音和回彈值，然后利用已建立起的強度檢測公式推算測區(qū)混凝土抗壓強度。

3.2 缺陷判定

根據(jù)探地雷達電磁波的反射原理可知，當混凝土均勻、質(zhì)量較好而不存在缺陷時，只能在混凝土界面與鋼筋界面上形成反射波。反射波的強度與2種介質(zhì)的波阻抗差異有關，若差異較大，會形成較明顯的反射現(xiàn)象；反之，反射現(xiàn)象較弱。當混凝土與骨架結(jié)合部位有脫空縫時，由于脫空縫中多以空氣充填，充填物與混凝土的波阻抗差異較大，會形成較強的反射現(xiàn)象。

當混凝土內(nèi)部存在蜂窩、空洞等缺陷時，一般情況下缺陷體內(nèi)充填物多以空氣為主，其波阻抗遠遠小于混凝土的波阻抗，因此在這些缺陷部位會發(fā)生較強的反射和散射現(xiàn)象。當混凝土中存在不均勻體時，與周圍均勻、密實的混凝土形成波阻抗差異，在不均勻處也能形成反射現(xiàn)象，但這種反射較前者要弱。混凝土內(nèi)部缺陷形態(tài)和體積各不相同，分布范圍不連續(xù)，而且分布位置深淺不一，因此，在雷達探測剖面圖中反映為反射波位置不連續(xù)，呈間斷出現(xiàn)、反射信號能量大小不一等特征[6-7]。

混凝土施工質(zhì)量檢測的雷達反射波剖面如圖3所示。圖3a為合格的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土內(nèi)部鋼筋反射波顯示清晰。若混凝土局部鋼筋保護層薄，圖像上將會產(chǎn)生強反射雷達波信號，典型特征波如圖3b所示。若局部雷達圖像同相軸雜亂，表明混凝土密實性差、孔隙率大，澆筑質(zhì)量較差，典型特征波如圖3c所示。若混凝土局部存在脫空現(xiàn)象，典型特征波如圖3d所示。

圖3 典型雷達反射波剖面示意

3.3 檢測結(jié)論與建議

通過對探地雷達檢測數(shù)據(jù)的整理和分析可知，混凝土質(zhì)量合格，波形無明顯畸變，混凝土內(nèi)部有缺陷時，波形明顯發(fā)生畸變，畸變位置可以反應出混凝土中缺陷的位置。通過超聲回彈綜合法檢測數(shù)據(jù)，可以推算出混凝土抗壓強度滿足設計要求。

在混凝土澆筑施工中，根據(jù)風機基礎的特點和澆筑工程量、機械設備、勞動力組織、澆筑順序等，有序開展混凝土澆筑，保證混凝土澆筑的連續(xù)性。對鋼筋密集的部位，要制訂相應的技術措施，確保順利布料和振搗密實。在澆筑時要經(jīng)常觀察，如出現(xiàn)混凝土不密實現(xiàn)象，要采取措施。

利用超聲回彈綜合法進行混凝土強度檢測時，應在混凝土構(gòu)件上均勻布置測區(qū)，每個構(gòu)件上測區(qū)數(shù)量不應少于10個，相鄰兩個測區(qū)的間距不宜大于2 m，測區(qū)應避開鋼筋密集區(qū)，預埋件測試面應保持清潔、平整、干燥，不應有接縫、施工縫、飾面層、浮漿和油垢，并應避開蜂窩、麻面部位。必要時，可用砂輪片清除構(gòu)件表面雜物和磨平不平整處，擦凈殘留粉塵。

4 結(jié) 語

無損檢測技術經(jīng)過多年發(fā)展，已被證明是一種有效的混凝土質(zhì)量檢測方法，通過探地雷達和超聲回彈綜合法對風機基礎混凝土施工質(zhì)量進行檢測，可以較全面的了解施工質(zhì)量，為取芯檢測提供依據(jù)。相比其他檢測方法，探地雷達和超聲回彈綜合法能夠直觀的檢測出空洞、蜂窩和松散等缺陷，較快得出混凝土強度值，具有檢測時間短、精度高、檢測方便等優(yōu)點，使用前景廣闊。但是，在應用探地雷達和超聲回彈綜合法檢測混凝土質(zhì)量和混凝土強度時，需根據(jù)雷達圖像和超聲波形來識別混凝土的質(zhì)量缺陷和強度，這是無損檢測技術性較強的工作，對技術人員要求較高，現(xiàn)場測試人員應與有經(jīng)驗的專業(yè)人員配合進行綜合判斷，以提高檢測工作的準確性。