皮軍華，楊 威，李 婧

(1.湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443500；2.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

水布埡面板堆石壩2007年4月下閘蓄水，運行初期，大壩仍處于沉降變形未收斂階段，而鋼筋混凝土面板為剛性體，相比之下只會發(fā)生較小的位移變形，因此混凝土面板與墊層料之間容易產(chǎn)生脫空，易造成面板出現(xiàn)隆起、塌陷等破損情況；為了進一步掌握運行初期面板安全性態(tài)，確保大壩蓄水安全穩(wěn)定，大壩水上部分面板脫空檢測被列為2015年水布埡大壩首次定檢專題項目之一，對水上面板脫空狀態(tài)采用無損檢測方法進行了檢測，取得了良好的檢測效果。

1 工程概況

清江水布埡水利樞紐是清江梯級開發(fā)的龍頭樞紐，水庫總庫容45.8億m3，裝機容量1 840 MW，為一等大(1)型水利水電工程。大壩壩頂高程409 m，壩軸線長674.66 m，最大壩高233.2 m，是目前世界上已建成的最高面板堆石壩。

大壩上游壩坡1∶1.4，面板厚0.3～1.1 m，中間按直線變化，用公式表示為：t=0.3+0.003 5H；受壓區(qū)面板寬16.0 m，受拉區(qū)寬8.0 m，共分58塊，面板面積13.87萬m2。面板一般布置單層雙向鋼筋，局部布置雙層鋼筋(L9、L10、L11、L12為雙層鋼筋)。配筋率順坡向為0.4%，壩軸線方向為0.35%。上下層鋼筋保護層混凝土厚均為10 cm。靠周邊縫附近20 m范圍內(nèi)面板布置底部加強鋼筋，沿面板分期施工縫附近布置底層加強鋼筋，鋼筋長10 m，穿過施工縫。

2 檢測方法及現(xiàn)場試驗

2.1 檢測方法

檢測方式為采用地質(zhì)雷達進行全面普查，針對存在異常的區(qū)域進行地質(zhì)雷達加密詳查，最后采用聲波垂直反射法對已確定缺陷的部位進行復查。

2.2 現(xiàn)場試驗

正式檢測工作實施之前，針對地質(zhì)雷達和聲波垂直反射法，進行了測前現(xiàn)場試驗工作。

2.2.1 地質(zhì)雷達

1)水布埡大壩部分面板為雙層鋼筋設計，通過現(xiàn)場地質(zhì)雷達試驗，確定雙層鋼筋對面板脫空檢測效果的影響程度，分別采用900 MHz和400 MHz雷達天線進行現(xiàn)場測試，并在每種天線測試過程中，選取不同的測程和增益方式進行對比，從而確定合適的地質(zhì)雷達天線和測試參數(shù)。

2)試驗結(jié)果表明：①雙層鋼筋或單層鋼筋設置對900 MHz和400 MHz地質(zhì)雷達天線均未形成較強的屏蔽作用，面板混凝土與擠壓邊墻間的交界面在雷達圖像上的表現(xiàn)特征明顯，對交界面上脫空情況的判斷不會造成較大的影響；②900 MHz天線比400 MHz天線具有更高的垂直分辨率和更強的細節(jié)探測能力，因此900 MHz天線更適合用于本次大壩面板脫空檢查。

綜上所述，本次大壩面板脫空情況的地質(zhì)雷達檢測使用美國生產(chǎn)的SIR-20型地質(zhì)雷達儀和900 MHz天線。儀器參數(shù)設置如下。增益：自動增益；增益點數(shù)：5點增益；采樣點數(shù)：512點；發(fā)射速率：60掃描/秒；時間窗口：30 ns；濾波系統(tǒng)：230～1 800 MHz。

2.2.2 聲波垂直反射法

1)針對脫空缺陷部位，通過現(xiàn)場聲波垂直反射試驗，確定激發(fā)方式和接收檢波器的類型，并選取合適的測試參數(shù)。

2)試驗結(jié)論。針對地質(zhì)雷達檢查發(fā)現(xiàn)存在輕微脫空異常的區(qū)域，通過現(xiàn)場試驗，確定采用金屬圓球進行激發(fā)，并使用加速度檢波器進行接收，檢波器采用黃油作為耦合劑粘貼在面板上，采集儀器為WSD-2A數(shù)字聲波儀，具體測試參數(shù)如下。采樣間隔：1 us；采樣點數(shù)：2048；觸發(fā)方式：信號觸發(fā)；濾波系統(tǒng)：10 Hz～5 kHz。

3 測線布置

本次水布埡大壩部分面板脫空檢查的測線均順坡向布置，測線的0 m樁號位置為405 m高程，即面板頂部水平縫下緣邊界線。普查測線編號由面板編號加當前面板上測線從左岸往右岸方向的順序編號組成，例：L9-1測線為L9面板上從左岸往右岸方向的第一條測線；加密詳查測線編號由普查測線編號與加密測線從左岸往右岸方向的順序編號組成，例如：L9-1-1測線為L9-1測線往右岸方向的第一條測線。

報告中所涉及的測線位置及樁號以現(xiàn)場面板上的油漆標記為準，見圖1，紅色油漆標記的為普查測線，黑色油漆標記的為加密詳查測線。

圖1 現(xiàn)場測線油漆標識圖

3.1 地質(zhì)雷達測線布置

本次大壩部分面板脫空的地質(zhì)雷達檢測過程中，結(jié)合現(xiàn)場大壩面板情況，采用繩索牽引雷達天線，使天線緊貼面板表面上下移動的方式進行現(xiàn)場測試工作。現(xiàn)場工作照片見圖2。

圖2 現(xiàn)場工作照片

1)普查測線布置。地質(zhì)雷達普查測線布置參數(shù)詳見表1。

2)加密詳查測線布置。地質(zhì)雷達加密詳查測線布置參數(shù)詳見表2。

3.2 聲波復查測線布置

本次采用聲波垂直反射法對發(fā)現(xiàn)存在輕微脫空異常的區(qū)域進行復測，測線布置在R21面板，測線編號為R21-0-3、R21-1、R21-1-1，測試樁號段為5～10 m，測線間距0.5 m，測點點距為0.2 m。

表1 水布埡大壩部分面板脫空檢查地質(zhì)雷達普查測線布置一覽表

表2 水布埡大壩部分面板脫空檢查地質(zhì)雷達加密詳查測線布置一覽表

4 檢測成果分析

4.1 地質(zhì)雷達

采用地質(zhì)雷達檢測混凝土面板與擠壓邊墻之間脫空情況時，主要根據(jù)反射電磁波走時、波形波幅、頻率、能量衰減情況以及同相軸的形態(tài)和連續(xù)性來判斷脫空的位置和規(guī)模，當混凝土面板與擠壓邊墻之間存在脫空時，脫空體與混凝土之間的電性差異大，這就為地質(zhì)雷達的探測提供了良好的地球物理條件[2]。地質(zhì)雷達檢測混凝土面板背后脫空為半定量檢測，根據(jù)大量的水電站大壩混凝土面板脫空檢測工程(如：猴子巖水電站大壩面板脫空檢測、多諾水電站大壩面板脫空檢測、布西水電站大壩面板脫空檢測等)的經(jīng)驗積累和揭示驗證可知，通過脫空異常在雷達圖像上的表現(xiàn)特征，混凝土面板與擠壓邊墻之間的脫空程度可分為膠結(jié)緊密、接觸不密實、輕微脫空、脫空等情況，各種脫空程度在雷達圖像上表現(xiàn)特征見表3。

表3 混凝土面板與擠壓邊墻之間接觸情況在雷達圖像上的表現(xiàn)特征表

4.1.1 地質(zhì)雷達典型圖像分析

1)膠結(jié)緊密的典型地質(zhì)雷達圖像。圖3為R5面板R5-3測線20～35 m樁號段的地質(zhì)雷達圖像，圖3中曲線標注位置為混凝土面板與擠壓邊墻之間的交界面，在此交界面上電磁波反射總體較弱，反射同相軸基本連續(xù)，波幅變化小，未見明顯的異常反射；由此表明，R5-3測線20～35 m樁號段大壩混凝土面板與擠壓邊墻之間膠結(jié)緊密。

2)接觸不密實的典型地質(zhì)雷達圖像。圖4為R3面板R3-6測線25～32 m樁號段的地質(zhì)雷達圖像，圖5為R5面板R5-4測線4～14 m樁號段的地質(zhì)雷達圖像。圖5中橢圓標注位置為混凝土面板與擠壓邊墻交界面接觸不密實的典型雷達圖像，兩條剖面橢圓標注位置的電磁波反射相對較強，與其他樁號位置的反射強度形成較明顯差異，反射面基本平直，波形雜亂，波幅變化較大，但未形成明顯的多次反射。由此表明在上述兩條測線橢圓標注位置混凝土面板與擠壓邊墻之間接觸不密實。

圖3 R5-3測線地質(zhì)雷達測試圖像

圖4 R3-6測線地質(zhì)雷達測試圖像

圖5 R5-4測線地質(zhì)雷達測試圖像

3)輕微脫空的典型地質(zhì)雷達圖像。圖6為R21面板R21-1測線5～13 m樁號段的地質(zhì)雷達圖像。圖6中橢圓標注位置為混凝土面板與擠壓邊墻交界面存在輕微脫空的典型雷達圖像，橢圓標注位置的電磁波反射較強，總體呈團狀反射，與其他樁號位置的反射強度形成較大差異，反射同相軸較連續(xù)，波幅變化較大，存在輕微多次反射。由此表明在R21-1測線橢圓標注位置混凝土面板與擠壓邊墻之間存在輕微脫空。

圖6 R21-1測線地質(zhì)雷達測試圖像

4.1.2 地質(zhì)雷達檢測成果分析

本次水布埡大壩部分面板脫空檢查分別對L1～L12面板和R1～R24面板進行了地質(zhì)雷達普查，并對發(fā)現(xiàn)異常的L6、R3、R5、R21面板進行了加密詳查。本次地質(zhì)雷達測試資料圖像清晰，混凝土面板與擠壓邊墻交界面的反射電磁波特征較明顯，各類異常易于判別。

通過對地質(zhì)雷達普查及加密詳查資料綜合分析可知：在本次指定面板的測試區(qū)域內(nèi)，混凝土面板與擠壓邊墻之間接觸情況總體較好，大部分測線位置混凝土面板與擠壓邊墻膠結(jié)緊密，未見明顯的大范圍連續(xù)性脫空，僅在L6、R3、R5、R21面板的局部位置存在接觸不密實或輕微脫空的異常情況，異常累計段長61 m，占本次總測試剖面的1.2%，異常比例小，詳見表4。

R4和R5面板修補位置，表面覆蓋土工膜，由于面板垂直縫部位高于面板混凝土表面，導致土工膜在面板接縫附近不能緊貼面板，中間存在空腔，不具備地質(zhì)雷達測試條件，未開展測試工作。僅在土工膜與面板接觸緊密的位置，即土工膜兩側(cè)邊緣，分別布置一條測線進行了地質(zhì)雷達測試。測試成果表明，在上述測試位置，混凝土面板與擠壓邊墻之間接觸情況良好，未見明顯的大范圍連續(xù)性脫空。

4.2 聲波垂直反射法

本次采用聲波垂直反射法對地質(zhì)雷達檢測中發(fā)現(xiàn)存在輕微脫空的部位進行了復測，復測位置為R21面板的R21-0-3、R21-1、R21-1-1測線，測試樁號段為5～10 m，聲波復測目的為對地質(zhì)雷達檢測中發(fā)現(xiàn)存在輕微脫空的區(qū)域進行驗證和確認，見圖7。

通過對聲波垂直反射測試剖面綜合分析可知，在R21-0-3和R21-1-1測線剖面圖中，聲波能量快速衰減，反射波能量較弱，未出現(xiàn)較強的多次振蕩反射，波形均勻，無雜亂反射，頻率相對較高，表明2條測線位置混凝土面板與擠壓邊墻之間膠結(jié)緊密。

在R21-1測線的7.2～8.8 m樁號位置，聲波能量衰減較慢，反射波能量較強，且在后續(xù)波中出現(xiàn)較強的多次振蕩反射，波幅變化大，波形雜亂，頻率相對較低，與其他樁號段對比存在明顯差異，表明在R21-1測線的7.2～8.8 m樁號位置混凝土面板與擠壓邊墻之間存在輕微脫空，與地質(zhì)雷達檢測結(jié)果基本一致。

4.3 檢測成果綜合分析

綜上所述，通過地質(zhì)雷達普查、加密詳查以及聲波垂直反射法復查資料綜合分析可知，本次檢測的L4、L9、L10、L11、L12、R3、R4、R5、R6、R11、R12、R21、R22、R23、R24面板的0～36m樁號(高程：384.1～405m)和L1、L2、L3、L5、L6、L7、L8、R1、R2、R7、R8、R9、R10、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20面板的0～34.5 m樁號(高程：385～405 m)范圍內(nèi)，混凝土面板與擠壓邊墻之間接觸情況總體較好，大部分測線位置混凝土面板與擠壓邊墻膠結(jié)緊密，未見明顯的大范圍連續(xù)性脫空；僅在L6、R3、R5面板的局部位置存在接觸不密實，累計面積為30.8 m2，在R21面板的局部位置存在輕微脫空，面積為0.9 m2。

表4 水布埡大壩部分面板脫空檢查成果一覽表

圖7 聲波垂直反射法剖面圖

5 結(jié) 語

本次水布埡大壩部分面板脫空檢查檢測區(qū)域主要包括：L4、L9、L10、L11、L12、R3、R4、R5、R6、R11、R12、R21、R22、R23、R24(高程下限384.1 m，高程上限405 m)和L1、L2、L3、L5、L6、L7、L8、R1、R2、R7、R8、R9、R10、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20(高程下限385 m，高程上限405 m)，共36塊面板，檢測總面積為15 168 m2。本次采用了地質(zhì)雷達和聲波垂直反射法開展測試工作，目的為查明混凝土面板與擠壓邊墻之間的脫空情況。檢測方式為采用地質(zhì)雷達進行全面普查，針對存在異常的區(qū)域進行地質(zhì)雷達加密詳查，最后采用聲波垂直反射法對地質(zhì)雷達檢測中發(fā)現(xiàn)存在輕微脫空的部位進行了復測。測試資料效果較好，對混凝土面板與擠壓邊墻之間的接觸情況表征明顯。

通過地質(zhì)雷達普查、加密詳查以及聲波垂直反射法復查資料綜合分析可知，本次指定檢查面板的測試區(qū)域內(nèi)，混凝土面板與擠壓邊墻之間接觸情況總體較好，大部分測線位置混凝土面板與擠壓邊墻膠結(jié)緊密，未見明顯的大范圍連續(xù)性脫空；僅在L6、R3、R5面板的局部位置存在接觸不密實，累計面積為30.8 m2，在R21面板的局部位置存在輕微脫空，面積為0.9 m2；運行初期大壩沉降變形尚處于未收斂階段，水上部分面板經(jīng)過近10年的蓄水、退水過程，面板未出現(xiàn)因脫空可能導致的擠壓及塌陷等破壞情況，脫空檢測表明面板與堆石體之間的變形具有較好的協(xié)調(diào)性，面板運行性態(tài)良好。