混凝土无损检测技术在永久船闸中的应用

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摘要：三峡工程永久船闸闸室混凝土衬砌墙以及输水隧洞衬砌墙均为钢筋混凝土薄壁结构，考虑到薄壁钢筋混凝土结构质量检测工作量极大和钢筋布置等各种现场与设计条件的制约，混凝土浇筑质量的检测不宜大量采用钻孔取芯法。无损检测方法较适用于永久船闸不同结构混凝土内部质量的检测，经有关单位对永久船闸衬砌混凝土检测方法的试验研究和验证，认为无损检测可以定性的反映大的质量异常。

　　关键词：永久船闸；薄衬砌墙；施工质量；无损检测

　　1 概述

　　混凝土材料在土木建筑工程中得到广泛应用，尤以水电工程用量巨大。由于其抗拉强度相对较小，可能产生裂缝，或者施工振捣不足，内部存在蜂窝狗洞、或建筑物使用期长而碳化、或预留试件不足与代表性不强、或施工期混凝土强度增长与建筑物的长期跟踪管理等，都需要对结构物进行检测。无损检测对混凝土结构不造成破坏，利用声、光、电、磁和射线等方法，测定有关混凝土性能方面的物理量，推定混凝土强度、密实性、均匀性、以及存在的缺陷等。无损检测仪器简单、操作方便、费用较低、可进行重复测试，它既适用于工程施工过程中混凝土质量的监测，又适用于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量的检定。上述优点及大量的工程需求，使得混凝土无损检测技术得到较快发展和广泛应用。

　　三峡工程永久船闸为双线五级连续船闸，四条长达1640m的闸室混凝土衬砌墙以及输水隧洞衬砌墙均为钢筋混凝土薄壁结构，考虑到结构质量检测工作量极大和钢筋布置等各种现场与设计条件的制约，不宜大量采用对结构混凝土具有一定损伤的钻孔取芯法。应该说，可靠准确的钢筋混凝土内部质量无损检测方法较适用于永久船闸不同结构混凝土内部质量的检测。为选择适用可信的钢筋混凝土无损检测方法，建立相应的检测评判标准，针对永久船闸地面与地下衬砌混凝上进行了检测方法的试验研究和验证。

　　2 几种主要混凝土无损检测技术的比较

　　无损检测方法包括回弹法、超声波法、射线法和垂直反射法等，其中以回弹仪和超声仪为主要仪器的无损检测方法操作最为方便，使用最为普及，是国内外学术界公认的基本无损检测技术。另外，在地球物理勘测中经常采用地震波法和这些年发展起来并得到应用的地质雷达法。

　　2.1 回弹法

　　回弹法是在混凝土侧面或顶面（底面）均匀布置一定数量的测点，利用回弹仪测得混凝土的回弹值，并根据已知的测强曲线，以及混凝土抗压强度与混凝土表面回弹值之间存在的统计相关关系，通过换算求得混凝土当前状态的强度。以检验混凝土的质量和抗压强度。其优点在于：仪器构造简单，方法易于掌握；测试工作有较好的灵活性，可以在结构物的任何部位迅速进行；适用于施工现场对混凝土的强度进行随机的、大量的检测。但是，回弹法反映的仅是混凝土表面10～15mm厚范围内的质量，即只能用于检测混凝土表面的质量。

　　2.2 超声波法

　　超声波法是在被测体的表面或钻孔内布置一定的测点，利用低频超声波测混凝土的波速，根据已知的标准状态的声速来检测混凝土的质量（均匀性及内部缺陷）和强度。测量时，可在被测体的表面、相向的两对侧面进行对测，也可以钻孔进行单孔或跨孔测量。其优点有：测试时超声脉冲穿透混凝土的全部厚度或较深的内部混凝土，试验结果能够较好地反映被测结构物的质量；测试工作有较好的灵活性；可以在同一部位进行多次重复测试；无需钻孔检测混凝土结构内部缺陷。但是，超声波法测试数据受耦合条件和钢筋影响较明显。

　　2.3 垂直反射法

　　垂直反射法是 种极小偏移距离（收发距离很小）的反射方法，其工作原理是由发射探头向混凝土块发射一声脉冲波，在波传播过程中遇到波阻抗有明显差异（如架空、蜂窝等）时将产生反射波而返回到混凝土表面被接收传感器接收。通过对记录下的弹性波信号的振幅、相位、频率等进行分析，即可判断出混凝土中的缺陷。该方法可在混凝土单 表面进行，当向被探测对象激发一纵波时，传感器所接收到的反射信号中只有纵波，不含横波等其它类型的转换波，记录波型的成份单一，资料分析十分简单。但它要求反射震源和接收检波器必须具有短余振特性，并要解决好高频与大功率之间的矛盾。

　　2.4 地质雷达法

　　雷达法是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过发射天线定向送人地下，经过存在电性差异的混凝土反射后返回地面，被接收天线接收，电磁波在混凝土传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过混凝土的电性与状态而变化。当发射与接收天线以固定的间距沿测线同步移动时，就可以得到反映测线以下混凝土缺陷分布情况的雷达图像。混凝土均一性差时（如存在蜂窝、架空等），这部分区域与周围混凝土电性差异增大，反射波增强；当其完整致密时，混凝土性质相对均一，反射波很弱。该方法可根据波形记录直接分析混凝土内部缺陷的分布和形态，具有可视性；可根据探测深度、分辨率的要求选用不同频率的天线；可在结构物表面进行，灵活性较好，在同一部位可进行多次重复测试。但混凝结构中布置的钢筋增加了混凝土内部缺陷雷达回波信号的识别难度。

　　3 混凝土无损检测现场试验与成果浅析

　　近二年内永久船闸结构混凝无损检测试验情况见表1.

　　长江工程地球物理勘测研究院应用地质雷达法对永久船闸三闸室中北16块直立墙进行了检测。本次试验共布置四条剖面：三条纵剖面（长20m），一条横剖面（长8m）使用仪器为加拿大产EKK01000型雷达，探测方法为剖面法（CDP），即：固定天线距和点距，系统沿测线同步移动，记录点为发射天线（T）与接收天线（R）的中点，为兼顾深测深度与分辨率，工作频率选用了450MHZ，天线距为0.25m，点距为0.1m.对四条测线作剖面测量，所得资料进行处理获得四张雷达剖面图。检测结果表明，只要积累较丰富的雷达深测经验，掌握正确的现场检测和资料处理方法，在永久船闸直立衬砌墙的钢筋分布条件下，雷达法是可以进行有效检测的。武汉创新工程地球物理高科技发展有限公司采用弹性波垂自反射法，在永久船闸选取了两个部位进行混凝土施工质量无损检测试验。其一是永久船闸北一闸室墙06#块，观测方式为测量点距0.1m，测线距为0.8m，发射和接收偏移距离为零并同步移动。试验仪器为由该公司自行研制生产的LXⅡ一A岩土工程质量检测分析仪。根据检测资料分析，每条剖面都在3.8m、7.8m左右有异常反映，埋深均为1m左右，因每条检测测线都垂直通过预埋混凝土排水管。因此，推断这些异常是由预埋混凝土排水管产生，除此外均无明显质量缺陷，浇筑质量较好。其二是输水洞北五N129#块，测线距为1.0m，测点距为0.2m，发射和接收偏移距为零并同步移动，用凡士林作耦合剂，进行了三条剖面的观测，并利用该公司开发的信号处理软件对数据进行分析、处理。认为：①本块混凝土未看到架空、蜂窝等缺陷；②从混凝土的施工质量检测效果看来，检测资料一致性较好，此垂直弹性波反射法对板状体质量检测具有较好的效果。

　　4 建议

　　永久船闸衬砌墙等薄壁结构混凝土不同于大体积混凝土，其钢筋密集，且有表面过流及防渗要求，不能完全套用大体积混凝土钻孔取芯检查的方法。无损检测方法现场试验定量分析精确度虽嫌不够，但可以定性反映大的质量异常。

　　永久船闸结构混凝土质量检查，应采取针对性检测验证与重要关键部位针对性检测的原则。检测方法可采用雷达法与垂直反射互补进行无损检测，局部辅助钻孔取芯。首先根据施工资料或外观检查，有异常影响质量评定时，进行有针对性的无损检测。当无损检测亦不能判断质量问题时不排除必要的钻孔取芯检查。