電站機(jī)組流道混凝土質(zhì)量及缺陷檢測(cè)分析,水工結(jié)構(gòu)論文

電站機(jī)組流道混凝土質(zhì)量及缺陷檢測(cè)分析,水工結(jié)構(gòu)論文摘要：電站引水及尾水建筑物是水工建筑物的重要組成部分，把握引水及尾水建筑物隧洞襯砌混凝土內(nèi)部缺陷及脫空情況并及時(shí)組織處理是保證電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的首要任務(wù)。結(jié)合機(jī)組檢修周期及級(jí)別布置，有計(jì)劃的組織開(kāi)展引水道及尾水建筑物的構(gòu)造檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)構(gòu)造安全性進(jìn)行分析及評(píng)判，同時(shí)也是檢驗(yàn)水工建筑物施工質(zhì)量最有效的手段，更是為水工建筑物運(yùn)行維護(hù)缺陷處理提供根據(jù)及指導(dǎo)，進(jìn)而保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：地質(zhì)雷達(dá)法;超聲層析成像法;垂直聲波反射法;物探檢測(cè);脫空情況;1、工程大概情況電站樞紐區(qū)風(fēng)化復(fù)雜且地質(zhì)條件復(fù)雜，受地形、巖性、構(gòu)造影響明顯[1]，電站引水發(fā)電系統(tǒng)布置于左岸且為地下廠房式；左岸高處的沉積巖層風(fēng)化較弱、花崗巖巖體的風(fēng)化程度較弱。電站引水建筑物采用單機(jī)單管供水，在進(jìn)水塔后共布置9條引水道，引水道由進(jìn)口漸變段、上平段、上彎段、豎井段、下彎段、下平段6部分組成，華而不實(shí)進(jìn)口漸變段由矩形斷面變?yōu)閳A形斷面、長(zhǎng)為20m。引水道進(jìn)口進(jìn)變段頂部及邊墻C25鋼筋混凝土襯砌厚度1.5m,C25噴混凝土厚度0.2m，底板混凝土襯砌厚度1.7m，引水道進(jìn)口漸變段布設(shè)2層鋼筋網(wǎng)。下平段為鋼襯段，襯砌后直徑為9.2m、長(zhǎng)為55m。引水道進(jìn)口段設(shè)計(jì)流速為3.25m/s到漸變段后設(shè)計(jì)流速為5.48m/s，該部位不僅構(gòu)造體型變化明顯且水流流速變化亦大。尾水支洞包括尾水管后漸變段、標(biāo)準(zhǔn)段、尾水閘門前漸變段、尾水閘門室段、尾水閘門后漸變段和調(diào)壓室前標(biāo)準(zhǔn)段組成，長(zhǎng)約100m，混凝土襯砌厚度1.8m，混凝土強(qiáng)度為C25。2、檢測(cè)位置及方式方法選定水工建筑物襯砌混凝土厚度及鋼筋布置情況是關(guān)系到構(gòu)造安全的重要指標(biāo)，襯砌混凝土厚度決定了構(gòu)件的構(gòu)造性能及荷載性能等，鋼筋混凝土保衛(wèi)層厚度關(guān)系到構(gòu)造的承載力、耐久性等性能?；炷羶?nèi)部缺陷是影響構(gòu)造安全穩(wěn)定運(yùn)行重要根據(jù)。因而把握工程實(shí)際施工后的混凝土構(gòu)造技術(shù)參數(shù)及缺陷是保證構(gòu)造安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，是評(píng)價(jià)施工質(zhì)量的重要手段，也是為水工建筑物運(yùn)行維護(hù)提供指導(dǎo)。引水建筑物及尾水建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提是把握引水、尾水支洞襯砌混凝土能否存在缺陷，蝸殼鋼襯混凝土能否存在脫空情況，而最直接的技術(shù)手段是開(kāi)展引水道、尾水支洞襯砌混凝土及蝸殼鋼襯混凝土物探檢測(cè)確定缺陷情況，有效地為工程缺陷處理提供根據(jù)及確定技術(shù)處理措施，保證機(jī)組流道系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。從水力學(xué)角度、水流流態(tài)及構(gòu)造特性分析，引水道、尾水建筑物主要把握引水道進(jìn)口漸變段及尾水支洞襯砌混凝土質(zhì)量及缺陷、蝸殼鋼襯混凝土脫空情況。在進(jìn)行物探檢測(cè)時(shí)，需保證引水道及尾水支洞內(nèi)無(wú)水流，而機(jī)組檢修時(shí)間短暫且復(fù)雜、運(yùn)行機(jī)會(huì)組流道內(nèi)高速水流不允許對(duì)建筑物構(gòu)造進(jìn)行毀壞，引水道及尾水支洞物探檢測(cè)技術(shù)需具備快速、高效及對(duì)構(gòu)造無(wú)損傷的特點(diǎn)。結(jié)合工程經(jīng)歷體驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)效益分析，引水道漸變段水流流態(tài)改變大、流速變化大，對(duì)建筑物的檢測(cè)技術(shù)要求高，該位置采用地質(zhì)雷達(dá)法和超聲橫波三維成像法等技術(shù)手段進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)2種檢測(cè)技術(shù)測(cè)定襯砌混凝土質(zhì)量及內(nèi)部缺陷，保證檢測(cè)結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確且有指導(dǎo)意義；而尾水支洞采用地質(zhì)雷達(dá)法無(wú)損檢測(cè)技術(shù)確定襯砌混凝土質(zhì)量及缺陷；蝸殼鋼襯混凝土采用垂直聲波反射法檢測(cè)鋼襯混凝土脫空情況。3、檢測(cè)技術(shù)原理介紹3.1、地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)技術(shù)地質(zhì)雷達(dá)法能快速高效、無(wú)損傷沿測(cè)線進(jìn)行掃描檢測(cè)且分辨率高的特點(diǎn)，該方式方法在工程質(zhì)量檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。檢測(cè)技術(shù)主要是利用特定設(shè)備發(fā)射電磁波，再根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中的折射和反射現(xiàn)象[2,3,4]及原理，通過(guò)數(shù)據(jù)及圖像處理軟件推斷和斷定被檢測(cè)構(gòu)造內(nèi)部的缺陷。地質(zhì)雷達(dá)法應(yīng)用于質(zhì)量檢測(cè)工作時(shí)，一般都采用反射法進(jìn)行探測(cè)，反射法探測(cè)的基本要求是存在反射界面且可準(zhǔn)確計(jì)算出界面位置。當(dāng)被檢測(cè)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)常見(jiàn)質(zhì)量缺陷時(shí)，其內(nèi)部填充了水或空氣，造成介質(zhì)常數(shù)變化，通過(guò)檢測(cè)其變化推斷混凝土內(nèi)部缺陷；若襯砌混凝土內(nèi)部有嚴(yán)重缺陷時(shí)，其檢測(cè)數(shù)據(jù)可能與脫空反映基本一致；而鋼筋作為干擾體出現(xiàn)，它們與周邊介質(zhì)間同樣存在明顯的介電常數(shù)差異，這將不同程度干擾檢測(cè)工作的最終成果，應(yīng)結(jié)合工程構(gòu)造情況加以排除。3.2、超聲層析成像法檢測(cè)技術(shù)超聲層析成像法是基于超聲橫波脈沖回波技術(shù)，檢測(cè)采用超聲層析進(jìn)行脫空檢測(cè)具備良好的地球物理前提條件，在正式進(jìn)行脫空檢測(cè)前，需在引水道進(jìn)口漸變段邊墻混凝土做橫波測(cè)定，通過(guò)儀器的自動(dòng)波速測(cè)試功能測(cè)定混凝土反射的時(shí)間，進(jìn)而推算混凝土橫波波速及完好基巖橫波波速。超聲橫波層析成像法檢測(cè)混凝土缺陷是利用超聲橫波的反射原理[5,6]，其方式方法及原理類似于醫(yī)學(xué)上的B型超聲波，檢測(cè)結(jié)果較直觀。通過(guò)混凝土斷層超聲成像儀實(shí)現(xiàn)超聲層析成像法，在進(jìn)行檢測(cè)中每次數(shù)據(jù)采集時(shí)，底部12排〔每排4個(gè)〕檢波器會(huì)進(jìn)行激發(fā)和接收的轉(zhuǎn)換，第1排激發(fā)時(shí)，后面的檢波器接收信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成第2排激發(fā)，后面的檢波器接收信號(hào)，直到最后1排檢波器激發(fā)接收完畢時(shí)結(jié)束1次采集。每次采集既能夠接收到廣角的超聲橫波反射信號(hào)，可以以接收到小角度的超聲橫波反射信號(hào)；經(jīng)測(cè)定后，揣測(cè)混凝土構(gòu)造的厚度、鋼筋保衛(wèi)層厚度等參數(shù)以及混凝土內(nèi)部缺陷的詳細(xì)參數(shù)。3.3、垂直聲波反射法檢測(cè)技術(shù)垂直聲波反射法運(yùn)用地震映像進(jìn)行檢測(cè)。主要檢測(cè)技術(shù)是運(yùn)用地震波在不同介質(zhì)中的反射波、面波、轉(zhuǎn)換波的改變和波阻抗變化[7]，造成傳播速度、傳播時(shí)間及波形發(fā)生改變，并通過(guò)比照及分析進(jìn)而斷定被檢測(cè)物體內(nèi)部缺陷的詳細(xì)位置。電站根據(jù)檢測(cè)位置的實(shí)際情況，布置了井字型測(cè)線，選擇適宜的觀測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù)。采用的大功率超磁發(fā)射機(jī)做發(fā)射震源，檢測(cè)鋼襯混凝土內(nèi)部的脫空情況。垂直聲波反射法的實(shí)際工程應(yīng)用中要求被測(cè)混凝土與周圍介質(zhì)波速或波阻抗有一定的差異，而正常質(zhì)量的混凝土與有缺陷的混凝土之間波阻抗差異大，因而可選用該方式方法進(jìn)行蝸殼鋼襯混凝土檢測(cè)。4、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及成果分析4.1、引水道進(jìn)口漸變段及尾水支洞檢測(cè)4.1.1、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)在正式檢測(cè)前，應(yīng)對(duì)引水道進(jìn)口漸變段及尾水支洞底板進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，測(cè)定混凝土介質(zhì)物理參數(shù)；便于對(duì)襯砌混凝土脫空部位各層間反射特征進(jìn)行分析，為正式檢測(cè)成果提供比照根據(jù)，保證檢測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠。引水道進(jìn)口漸變段長(zhǎng)20m、寬7m，結(jié)合引水道進(jìn)口漸變段的特點(diǎn)主要檢測(cè)頂拱襯砌混凝土質(zhì)量及缺陷、脫空情況[8]，檢測(cè)測(cè)線布置主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可操作性進(jìn)行布設(shè)，布設(shè)的橫向測(cè)線間距、縱向測(cè)線間距均為1m，構(gòu)成網(wǎng)格狀進(jìn)行檢測(cè)。見(jiàn)圖1。尾水支洞則沿洞軸線方向選取頂拱、左側(cè)邊墻及右側(cè)邊墻各布置1條測(cè)線長(zhǎng)度分別為54m進(jìn)行檢測(cè)。圖1引水道進(jìn)口漸變段地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置圖正式對(duì)引水道進(jìn)口漸變段及尾水支洞襯砌混凝土檢測(cè)時(shí)需連續(xù)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)記數(shù)輪進(jìn)行距離標(biāo)定，保證檢測(cè)距離米數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際距離一致。檢測(cè)經(jīng)過(guò)中保證天線與混凝土外表耦合良好且須做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，記錄內(nèi)容含測(cè)線位置、測(cè)線方向、起始位置、結(jié)束位置等具體數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)經(jīng)過(guò)中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，及時(shí)進(jìn)行檢查、復(fù)測(cè)，排除偶爾干擾，保證檢測(cè)結(jié)果精度高及到達(dá)互相驗(yàn)證的目的。4.1.2、超聲層析成像檢測(cè)正式開(kāi)展超聲層析成像法檢測(cè)前，先選擇1～3個(gè)區(qū)域進(jìn)行比照性試驗(yàn)，計(jì)算出超聲層析混凝土橫波波速及完好基巖橫波波速，確定襯砌混凝土各構(gòu)造層的反射參數(shù)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)比照性試驗(yàn)檢測(cè)后，確定彩色增益、模擬增益、發(fā)射頻率、波速等檢測(cè)技術(shù)參數(shù)，并在檢測(cè)測(cè)試儀器上對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；再根據(jù)檢測(cè)技術(shù)要求開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)經(jīng)過(guò)中做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，含測(cè)線位置、測(cè)線方向、起始位置、結(jié)束位置。4.2、蝸殼檢測(cè)蝸殼鋼襯混凝土脫空情況檢測(cè)選取蝸殼左邊墻、右邊墻、底板及頂拱一條測(cè)線，在測(cè)線上每0.2m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。在正式檢測(cè)前，為保證檢測(cè)結(jié)果真實(shí)反響被測(cè)物體實(shí)際情況，需將被測(cè)物體外表清理干凈，并對(duì)檢測(cè)儀器進(jìn)行測(cè)試使其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)知足技術(shù)要求。見(jiàn)圖2、圖3。圖2超聲層析成像法檢測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖圖3蝸殼左邊墻0～8m位置測(cè)線原始圖4.3、成果分析引水道進(jìn)口漸變段運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)法及超聲橫波三維成像法進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)2種檢測(cè)方式方法綜合分析斷定物探成果[9]，進(jìn)而得到檢測(cè)部位襯砌混凝土內(nèi)部缺陷[10]位置及范圍、缺陷性質(zhì)〔如：脫空、混凝土內(nèi)部不密實(shí)、微裂縫等〕、缺陷距外表深度、混凝土厚度等具體的數(shù)據(jù)。部分機(jī)組流道引水道漸變段襯砌混凝土與基巖存在小面積脫空、襯砌混凝土內(nèi)部存在不密實(shí)及微裂縫情況，但缺陷對(duì)水工建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行無(wú)影響；全部機(jī)組引水道漸變段鋼筋混凝土保衛(wèi)層厚度、混凝土厚度、混凝土內(nèi)部鋼筋與設(shè)計(jì)一致。尾水支洞襯砌混凝土檢測(cè)全部運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)，經(jīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析襯砌混凝土內(nèi)部無(wú)缺陷，且鋼筋混凝土保衛(wèi)層厚度、混凝土厚度、混凝土內(nèi)部鋼筋與設(shè)計(jì)技術(shù)文件一致。蝸殼鋼襯混凝土運(yùn)用垂直聲波反射法進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，部分機(jī)組鋼襯混凝土存在脫空情況，但存在的缺陷對(duì)構(gòu)造安全性無(wú)影響，脫空面積最大約0.7m2。機(jī)組流道通過(guò)3種檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土質(zhì)量及缺陷進(jìn)行了全面檢測(cè)，檢測(cè)原始數(shù)據(jù)非常直觀的反響了混凝土質(zhì)量及缺陷。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)分析論證后對(duì)部分混凝土缺陷進(jìn)行了及時(shí)處理，進(jìn)一步保證了機(jī)組流道安全運(yùn)行。5、結(jié)束語(yǔ)電站機(jī)組流道運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)法、超聲層析成像法、垂直聲波反射法等技術(shù)進(jìn)行混凝土質(zhì)量及缺陷檢測(cè)，檢測(cè)方式方法具有方便、工作快速高效、數(shù)據(jù)直觀及對(duì)構(gòu)造無(wú)損傷的特點(diǎn)且各項(xiàng)技術(shù)都成熟，合適于水電站水工建筑物混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)，為水工建筑安全分析及評(píng)判提供有利的數(shù)據(jù)支撐。經(jīng)過(guò)對(duì)全部機(jī)組流道混凝土質(zhì)量及缺陷進(jìn)行檢測(cè)，為機(jī)組狀態(tài)檢修提高了可靠的數(shù)據(jù)，也為水工建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，因機(jī)組流道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高速水流的沖刷，混凝土外表已存在不同程度的沖蝕，后續(xù)將結(jié)合檢修工作，有計(jì)劃的組織對(duì)機(jī)組流道襯砌混凝土強(qiáng)度和碳化深度進(jìn)行檢測(cè)[11]，及時(shí)把握襯砌混凝土性能，以便從混凝土質(zhì)量及性能等方面進(jìn)行分析及評(píng)估水工建筑物，確保水工建筑物運(yùn)行的安全性及可靠性。以下為參考文獻(xiàn)[1]張四和，魏植生，李寶全，等.糯扎渡水電站樞紐區(qū)工程地質(zhì)勘察實(shí)踐與經(jīng)歷體驗(yàn)[J].云南水力發(fā)電，2004,(1):28-31.[2]字陳波.運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)水電工程混凝土厚度及澆筑質(zhì)量[J].云南水力發(fā)電，2008,(5):103-104.[3]張全全，張成良.綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在隧道淺埋段中的應(yīng)用[J].河南科學(xué)，2020,(9):1780-1784.[4]阮志武.地質(zhì)雷達(dá)在隧洞混凝土無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J].云南水力發(fā)電，2021,(3):35-40.[5]蘇煒煥.隧洞襯砌混凝土脫空檢測(cè)方式方法探究[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2021,(2):51-52.[6]王興艷，寧德高，周益舒.聲波探測(cè)技術(shù)在梨園水電站泄洪沖沙洞開(kāi)挖中應(yīng)用[J].云南水力發(fā)電，2020,(6):102-104.[7]李沐春，鄧海忠，陳剛，等.垂直聲波反射法在防滲墻質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].資源環(huán)境與工程，2018,23(5):733-735.[8]石成名，王