混凝土無損檢測(cè)技術(shù)在永久船閘中的應(yīng)用

　　摘要：三峽工程永久船閘閘室混凝土襯砌墻以及輸水隧洞襯砌墻均為鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，考慮到薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)工作量極大和鋼筋布置等各種現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)計(jì)條件的制約，混凝土澆筑質(zhì)量的檢測(cè)不宜大量采用鉆孔取芯法。無損檢測(cè)方法較適用于永久船閘不同結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部質(zhì)量的檢測(cè)，經(jīng)有關(guān)單位對(duì)永久船閘襯砌混凝土檢測(cè)方法的試驗(yàn)研究和驗(yàn)證，認(rèn)為無損檢測(cè)可以定性的反映大的質(zhì)量異常。

　　關(guān)鍵詞：永久船閘；薄襯砌墻；施工質(zhì)量；無損檢測(cè)

　　1 概述

　　混凝土材料在土木建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，尤以水電工程用量巨大。由于其抗拉強(qiáng)度相對(duì)較小，可能產(chǎn)生裂縫，或者施工振搗不足，內(nèi)部存在蜂窩狗洞、或建筑物使用期長(zhǎng)而碳化、或預(yù)留試件不足與代表性不強(qiáng)、或施工期混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)與建筑物的長(zhǎng)期跟蹤管理等，都需要對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行檢測(cè)。無損檢測(cè)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不造成破壞，利用聲、光、電、磁和射線等方法，測(cè)定有關(guān)混凝土性能方面的物理量，推定混凝土強(qiáng)度、密實(shí)性、均勻性、以及存在的缺陷等。無損檢測(cè)儀器簡(jiǎn)單、操作方便、費(fèi)用較低、可進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，它既適用于工程施工過程中混凝土質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，又適用于工程的竣工驗(yàn)收和建筑物使用期間混凝土質(zhì)量的檢定。上述優(yōu)點(diǎn)及大量的工程需求，使得混凝土無損檢測(cè)技術(shù)得到較快發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

　　三峽工程永久船閘為雙線五級(jí)連續(xù)船閘，四條長(zhǎng)達(dá)1640m的閘室混凝土襯砌墻以及輸水隧洞襯砌墻均為鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，考慮到結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)工作量極大和鋼筋布置等各種現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)計(jì)條件的制約，不宜大量采用對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土具有一定損傷的鉆孔取芯法。應(yīng)該說，可靠準(zhǔn)確的鋼筋混凝土內(nèi)部質(zhì)量無損檢測(cè)方法較適用于永久船閘不同結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部質(zhì)量的檢測(cè)。為選擇適用可信的鋼筋混凝土無損檢測(cè)方法，建立相應(yīng)的檢測(cè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)永久船閘地面與地下襯砌混凝上進(jìn)行了檢測(cè)方法的試驗(yàn)研究和驗(yàn)證。

　　2 幾種主要混凝土無損檢測(cè)技術(shù)的比較

　　無損檢測(cè)方法包括回彈法、超聲波法、射線法和垂直反射法等，其中以回彈儀和超聲儀為主要儀器的無損檢測(cè)方法操作最為方便，使用最為普及，是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界公認(rèn)的基本無損檢測(cè)技術(shù)。另外，在地球物理勘測(cè)中經(jīng)常采用地震波法和這些年發(fā)展起來并得到應(yīng)用的地質(zhì)雷達(dá)法。

　　2.1 回彈法

　　回彈法是在混凝土側(cè)面或頂面(底面)均勻布置一定數(shù)量的測(cè)點(diǎn)，利用回彈儀測(cè)得混凝土的回彈值，并根據(jù)已知的測(cè)強(qiáng)曲線，以及混凝土抗壓強(qiáng)度與混凝土表面回彈值之間存在的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，通過換算求得混凝土當(dāng)前狀態(tài)的強(qiáng)度。以檢驗(yàn)混凝土的質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度。其優(yōu)點(diǎn)在于：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，方法易于掌握；測(cè)試工作有較好的靈活性，可以在結(jié)構(gòu)物的任何部位迅速進(jìn)行；適用于施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行隨機(jī)的、大量的檢測(cè)。但是，回彈法反映的僅是混凝土表面10～15mm厚范圍內(nèi)的質(zhì)量，即只能用于檢測(cè)混凝土表面的質(zhì)量。

　　2.2 超聲波法

　　超聲波法是在被測(cè)體的表面或鉆孔內(nèi)布置一定的測(cè)點(diǎn)，利用低頻超聲波測(cè)混凝土的波速，根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的聲速來檢測(cè)混凝土的質(zhì)量(均勻性及內(nèi)部缺陷)和強(qiáng)度。測(cè)量時(shí)，可在被測(cè)體的表面、相向的兩對(duì)側(cè)面進(jìn)行對(duì)測(cè)，也可以鉆孔進(jìn)行單孔或跨孔測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)有：測(cè)試時(shí)超聲脈沖穿透混凝土的全部厚度或較深的內(nèi)部混凝土，試驗(yàn)結(jié)果能夠較好地反映被測(cè)結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量；測(cè)試工作有較好的靈活性；可以在同一部位進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)試；無需鉆孔檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。但是，超聲波法測(cè)試數(shù)據(jù)受耦合條件和鋼筋影響較明顯。

　　2.3 垂直反射法

　　垂直反射法是 種極小偏移距離(收發(fā)距離很小)的反射方法，其工作原理是由發(fā)射探頭向混凝土塊發(fā)射一聲脈沖波,在波傳播過程中遇到波阻抗有明顯差異(如架空、蜂窩等)時(shí)將產(chǎn)生反射波而返回到混凝土表面被接收傳感器接收。通過對(duì)記錄下的彈性波信號(hào)的振幅、相位、頻率等進(jìn)行分析，即可判斷出混凝土中的缺陷。該方法可在混凝土單 表面進(jìn)行，當(dāng)向被探測(cè)對(duì)象激發(fā)一縱波時(shí)，傳感器所接收到的反射信號(hào)中只有縱波，不含橫波等其它類型的轉(zhuǎn)換波，記錄波型的成份單一，資料分析十分簡(jiǎn)單。但它要求反射震源和接收檢波器必須具有短余振特性，并要解決好高頻與大功率之間的矛盾。
　　2.4 地質(zhì)雷達(dá)法

　　雷達(dá)法是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過發(fā)射天線定向送人地下，經(jīng)過存在電性差異的混凝土反射后返回地面，被接收天線接收，電磁波在混凝土傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過混凝土的電性與狀態(tài)而變化。當(dāng)發(fā)射與接收天線以固定的間距沿測(cè)線同步移動(dòng)時(shí)，就可以得到反映測(cè)線以下混凝土缺陷分布情況的雷達(dá)圖像。混凝土均一性差時(shí)(如存在蜂窩、架空等)，這部分區(qū)域與周圍混凝土電性差異增大，反射波增強(qiáng)；當(dāng)其完整致密時(shí)，混凝土性質(zhì)相對(duì)均一，反射波很弱。該方法可根據(jù)波形記錄直接分析混凝土內(nèi)部缺陷的分布和形態(tài)，具有可視性；可根據(jù)探測(cè)深度、分辨率的要求選用不同頻率的天線；可在結(jié)構(gòu)物表面進(jìn)行，靈活性較好，在同一部位可進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)試。但混凝結(jié)構(gòu)中布置的鋼筋增加了混凝土內(nèi)部缺陷雷達(dá)回波信號(hào)的識(shí)別難度。
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　　3 混凝土無損檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與成果淺析

　　近二年內(nèi)永久船閘結(jié)構(gòu)混凝無損檢測(cè)試驗(yàn)情況見表1。

　　長(zhǎng)江工程地球物理勘測(cè)研究院應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)永久船閘三閘室中北16塊直立墻進(jìn)行了檢測(cè)。本次試驗(yàn)共布置四條剖面：三條縱剖面(長(zhǎng)20m)，一條橫剖面(長(zhǎng)8m)。使用儀器為加拿大產(chǎn)EKK01000型雷達(dá)，探測(cè)方法為剖面法(CDP)，即：固定天線距和點(diǎn)距，系統(tǒng)沿測(cè)線同步移動(dòng)，記錄點(diǎn)為發(fā)射天線(T)與接收天線(R)的中點(diǎn)，為兼顧深測(cè)深度與分辨率，工作頻率選用了450MHZ，天線距為0.25m，點(diǎn)距為0.1m。對(duì)四條測(cè)線作剖面測(cè)量，所得資料進(jìn)行處理獲得四張雷達(dá)剖面圖。檢測(cè)結(jié)果表明，只要積累較豐富的雷達(dá)深測(cè)經(jīng)驗(yàn)，掌握正確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和資料處理方法，在永久船閘直立襯砌墻的鋼筋分布條件下，雷達(dá)法是可以進(jìn)行有效檢測(cè)的。武漢創(chuàng)新工程地球物理高科技發(fā)展有限公司采用彈性波垂自反射法，在永久船閘選取了兩個(gè)部位進(jìn)行混凝土施工質(zhì)量無損檢測(cè)試驗(yàn)。其一是永久船閘北一閘室墻06#塊，觀測(cè)方式為測(cè)量點(diǎn)距0.1m，測(cè)線距為0.8m，發(fā)射和接收偏移距離為零并同步移動(dòng)。試驗(yàn)儀器為由該公司自行研制生產(chǎn)的LXⅡ一A巖土工程質(zhì)量檢測(cè)分析儀。根據(jù)檢測(cè)資料分析，每條剖面都在3.8m、7.8m左右有異常反映，埋深均為1m左右，因每條檢測(cè)測(cè)線都垂直通過預(yù)埋混凝土排水管。因此，推斷這些異常是由預(yù)埋混凝土排水管產(chǎn)生，除此外均無明顯質(zhì)量缺陷，澆筑質(zhì)量較好。其二是輸水洞北五N129#塊，測(cè)線距為1.0m，測(cè)點(diǎn)距為0.2m，發(fā)射和接收偏移距為零并同步移動(dòng)，用凡士林作耦合劑，進(jìn)行了三條剖面的觀測(cè)，并利用該公司開發(fā)的信號(hào)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。認(rèn)為：①本塊混凝土未看到架空、蜂窩等缺陷；②從混凝土的施工質(zhì)量檢測(cè)效果看來，檢測(cè)資料一致性較好，此垂直彈性波反射法對(duì)板狀體質(zhì)量檢測(cè)具有較好的效果。

　　4 建議

　　永久船閘襯砌墻等薄壁結(jié)構(gòu)混凝土不同于大體積混凝土，其鋼筋密集，且有表面過流及防滲要求，不能完全套用大體積混凝土鉆孔取芯檢查的方法。無損檢測(cè)方法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)定量分析精確度雖嫌不夠，但可以定性反映大的質(zhì)量異常。

　　永久船閘結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量檢查，應(yīng)采取針對(duì)性檢測(cè)驗(yàn)證與重要關(guān)鍵部位針對(duì)性檢測(cè)的原則。檢測(cè)方法可采用雷達(dá)法與垂直反射互補(bǔ)進(jìn)行無損檢測(cè)，局部輔助鉆孔取芯。首先根據(jù)施工資料或外觀檢查，有異常影響質(zhì)量評(píng)定時(shí)，進(jìn)行有針對(duì)性的無損檢測(cè)。當(dāng)無損檢測(cè)亦不能判斷質(zhì)量問題時(shí)不排除必要的鉆孔取芯檢查。