混凝土無損檢測技術在永久船閘中的應用
發布時間：2010-01-14 共1頁
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構，考慮到薄壁鋼筋混凝土結構質量檢測工作量極和鋼筋布置等各種現場與設計條件的制約，混凝土澆筑質量的檢測不宜量采用鉆孔取芯法。無損檢測方法較適用于永久船閘不同結構混凝土內部質量的檢測，經有關單位對永久船閘襯砌混凝土檢測方法的試驗研究和驗證，認為無損檢測可以定性的反映的質量異常。
關鍵詞：永久船閘；薄襯砌墻；施工質量；無損檢測
1 概述
混凝土材料在土木建筑工程中得到廣泛應用，尤以水電工程用量巨。由于其抗拉強度相對較小，可能產生裂縫，或者施工振搗不足，內部存在蜂窩狗洞、或建筑物使用期長而碳化、或預留試件不足與代表性不強、或施工期混凝土強度增長與建筑物的長期跟蹤管理等，都需要對結構物進行檢測。無損檢測對混凝土結構不造成破壞，利用聲、光、電、磁和射線等方法，測定有關混凝土性能方面的物理量，推定混凝土強度、密實性、均勻性、以及存在的缺陷等。無損檢測儀器簡單、操作方便、費用較低、可進行重復測試，它既適用于工程施工過程中混凝土質量的監測，又適用于工程的竣工驗收和建筑物使用期間混凝土質量的檢定。上述優點及量的工程需求，使得混凝土無損檢測技術得到較快發展和廣泛應用。
三峽工程永久船閘為雙線五級連續船閘，四條長達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構，考慮到結構質量檢測工作量極和鋼筋布置等各種現場與設計條件的制約，不宜量采用對結構混凝土具有一定損傷的鉆孔取芯法。應該說，可靠準確的鋼筋混凝土內部質量無損檢測方法較適用于永久船閘不同結構混凝土內部質量的檢測。為選擇適用可信的鋼筋混凝土無損檢測方法，建立相應的檢測評判標準，針對永久船閘地面與地下襯砌混凝上進行了檢測方法的試驗研究和驗證。
2 幾種主要混凝土無損檢測技術的比較
無損檢測方法包括回彈法、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方法操作最為方便，使用最為普及，是國內外學術界公認的基本無損檢測技術。另外，在地球物理勘測中經常采用地震波法和這些年發展起來并得到應用的地質雷達法。
2.1 回彈法
回彈法是在混凝土側面或頂面（底面）均勻布置一定數量的測點，利用回彈儀測得混凝土的回彈值，并根據已知的測強曲線，以及混凝土抗壓強度與混凝土表面回彈值之間存在的統計相關關系，通過換算求得混凝土當前狀態的強度。以檢驗混凝土的質量和抗壓強度。其優點在于：儀器構造簡單，方法易于掌握；測試工作有較好的靈活性，可以在結構物的任何部位迅速進行；適用于施工現場對混凝土的強度進行隨機的、量的檢測。但是，回彈法反映的僅是混凝土表面10～15mm厚范圍內的質量，即只能用于檢測混凝土表面的質量。
2.2 超聲波法
超聲波法是在被測體的表面或鉆孔內布置一定的測點，利用低頻超聲波測混凝土的波速，根據已知的標準狀態的聲速來檢測混凝土的質量（均勻性及內部缺陷）和強度。測量時，可在被測體的表面、相向的兩對側面進行對測，也可以鉆孔進行單孔或跨孔測量。其優點有：測試時超聲脈沖穿透混凝土的全部厚度或較深的內部混凝土，試驗結果能夠較好地反映被測結構物的質量；測試工作有較好的靈活性；可以在同一部位進行多次重復測試；無需鉆孔檢測混凝土結構內部缺陷。但是，超聲波法測試數據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（收發距離很?。┑姆瓷浞椒?，其工作原理是由發射探頭向混凝土塊發射一聲脈沖波，在波傳播過程中遇到波阻抗有明顯差異（如架空、蜂窩等）時將產生反射波而返回到混凝土表面被接收傳感器接收。通過對記錄下的彈性波信號的振幅、相位、頻率等進行分析，即可判斷出混凝土中的缺陷。該方法可在混凝土單 表面進行，當向被探測對象激發一縱波時，傳感器所接收到的反射信號中只有縱波，不含橫波等其它類型的轉換波，記錄波型的成份單一，資料分析十分簡單。但它要求反射震源和接收檢波器必須具有短余振特性，并要解決好高頻與功率之間的矛盾。
2.4 地質雷達法
雷達法是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過發射天線定向送人地下，經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，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過混凝土的電性與狀態而變化。當發射與接收天線以固定的間距沿測線同步移動時，就可以得到反映測線以下混凝土缺陷分布情況的雷達圖像?；炷辆恍圆顣r（如存在蜂窩、架空等），這部分區域與周圍混凝土電性差異增，反射波增強；當其完整致密時，混凝土性質相對均一，反射波很弱。該方法可根據波形記錄直接分析混凝土內部缺陷的分布和形態，具有可視性；可根據探測深度、分辨率的要求選用不同頻率的天線；可在結構物表面進行，靈活性較好，在同一部位可進行多次重復測試。但混凝結構中布置的鋼筋增加了混凝土內部缺陷雷達回波信號的識別難度。
3 混凝土無損檢測現場試驗與成果淺析
長江工程地球物理勘測研究院應用地質雷達法對永久船閘三閘室中北16塊直立墻進行了檢測。本次試驗共布置四條剖面：三條縱剖面（長20m），一條橫剖面（長8m）使用儀器為加拿產EKK01000型雷達，探測方法為剖面法（CDP），即：固定天線距和點距，系統沿測線同步移動，記錄點為發射天線（T）與接收天線（R）的中點，為兼顧深測深度與分辨率，工作頻率選用了450MHZ，天線距為0.25m，點距為0.1m.對四條測線作剖面測量，所得資料進行處理獲得四張雷達剖面圖。檢測結果表明，只要積累較豐富的雷達深測經驗，掌握正確的現場檢測和資料處理方法，在永久船閘直立襯砌墻的鋼筋分布條件下，雷達法是可以進行有效檢測的。武漢創新工程地球物理高科技發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部位進行混凝土施工質量無損檢測試驗。其一是永久船閘北一閘室墻06#塊，觀測方式為測量點距0.1m，測線距為0.8m，發射和接收偏移距離為零并同步移動。試驗儀器為由該公司自行研制生產的LXⅡ一A巖土工程質量檢測分析儀。根據檢測資料分析，每條剖面都在3.8m、7.8m左右有異常反映，埋深均為1m左右，因每條檢測測線都垂直通過預埋混凝土排水管。因此，推斷這些異常是由預埋混凝土排水管產生，除此外均無明顯質量缺陷，澆筑質量較好。其二是輸水洞北五N129#塊，測線距為1.0m，測點距為0.2m，發射和接收偏移距為零并同步移動，用凡士林作耦合劑，進行了三條剖面的觀測，并利用該公司開發的信號處理軟件對數據進行分析、處理。認為：①本塊混凝土未看到架空、蜂窩等缺陷；②從混凝土的施工質量檢測效果看來，檢測資料一致性較好，此垂直彈性波反射法對板狀體質量檢測具有較好的效果。
4 建議
永久船閘襯砌墻等薄壁結構混凝土不同于體積混凝土，其鋼筋密集，且有表面過流及防滲要求，不能完全套用體積混凝土鉆孔取芯檢查的方法。無損檢測方法現場試驗定量分析精確度雖嫌不夠，但可以定性反映的質量異常。
永久船閘結構混凝土質量檢查，應采取針對性檢測驗證與重要關鍵部位針對性檢測的原則。檢測方法可采用雷達法與垂直反射互補進行無損檢測，局部輔助鉆孔取芯。首先根據施工資料或外觀檢查，有異常影響質量評定時，進行有針對性的無損檢測。當無損檢測亦不能判斷質量問題時不排除必要的鉆孔取芯檢查。
關鍵詞：永久船閘；薄襯砌墻；施工質量；無損檢測
1 概述
混凝土材料在土木建筑工程中得到廣泛應用，尤以水電工程用量巨。由于其抗拉強度相對較小，可能產生裂縫，或者施工振搗不足，內部存在蜂窩狗洞、或建筑物使用期長而碳化、或預留試件不足與代表性不強、或施工期混凝土強度增長與建筑物的長期跟蹤管理等，都需要對結構物進行檢測。無損檢測對混凝土結構不造成破壞，利用聲、光、電、磁和射線等方法，測定有關混凝土性能方面的物理量，推定混凝土強度、密實性、均勻性、以及存在的缺陷等。無損檢測儀器簡單、操作方便、費用較低、可進行重復測試，它既適用于工程施工過程中混凝土質量的監測，又適用于工程的竣工驗收和建筑物使用期間混凝土質量的檢定。上述優點及量的工程需求，使得混凝土無損檢測技術得到較快發展和廣泛應用。
三峽工程永久船閘為雙線五級連續船閘，四條長達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構，考慮到結構質量檢測工作量極和鋼筋布置等各種現場與設計條件的制約，不宜量采用對結構混凝土具有一定損傷的鉆孔取芯法。應該說，可靠準確的鋼筋混凝土內部質量無損檢測方法較適用于永久船閘不同結構混凝土內部質量的檢測。為選擇適用可信的鋼筋混凝土無損檢測方法，建立相應的檢測評判標準，針對永久船閘地面與地下襯砌混凝上進行了檢測方法的試驗研究和驗證。
2 幾種主要混凝土無損檢測技術的比較
無損檢測方法包括回彈法、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方法操作最為方便，使用最為普及，是國內外學術界公認的基本無損檢測技術。另外，在地球物理勘測中經常采用地震波法和這些年發展起來并得到應用的地質雷達法。
2.1 回彈法
回彈法是在混凝土側面或頂面（底面）均勻布置一定數量的測點，利用回彈儀測得混凝土的回彈值，并根據已知的測強曲線，以及混凝土抗壓強度與混凝土表面回彈值之間存在的統計相關關系，通過換算求得混凝土當前狀態的強度。以檢驗混凝土的質量和抗壓強度。其優點在于：儀器構造簡單，方法易于掌握；測試工作有較好的靈活性，可以在結構物的任何部位迅速進行；適用于施工現場對混凝土的強度進行隨機的、量的檢測。但是，回彈法反映的僅是混凝土表面10～15mm厚范圍內的質量，即只能用于檢測混凝土表面的質量。
2.2 超聲波法
超聲波法是在被測體的表面或鉆孔內布置一定的測點，利用低頻超聲波測混凝土的波速，根據已知的標準狀態的聲速來檢測混凝土的質量（均勻性及內部缺陷）和強度。測量時，可在被測體的表面、相向的兩對側面進行對測，也可以鉆孔進行單孔或跨孔測量。其優點有：測試時超聲脈沖穿透混凝土的全部厚度或較深的內部混凝土，試驗結果能夠較好地反映被測結構物的質量；測試工作有較好的靈活性；可以在同一部位進行多次重復測試；無需鉆孔檢測混凝土結構內部缺陷。但是，超聲波法測試數據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（收發距離很?。┑姆瓷浞椒?，其工作原理是由發射探頭向混凝土塊發射一聲脈沖波，在波傳播過程中遇到波阻抗有明顯差異（如架空、蜂窩等）時將產生反射波而返回到混凝土表面被接收傳感器接收。通過對記錄下的彈性波信號的振幅、相位、頻率等進行分析，即可判斷出混凝土中的缺陷。該方法可在混凝土單 表面進行，當向被探測對象激發一縱波時，傳感器所接收到的反射信號中只有縱波，不含橫波等其它類型的轉換波，記錄波型的成份單一，資料分析十分簡單。但它要求反射震源和接收檢波器必須具有短余振特性，并要解決好高頻與功率之間的矛盾。
2.4 地質雷達法
雷達法是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過發射天線定向送人地下，經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，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過混凝土的電性與狀態而變化。當發射與接收天線以固定的間距沿測線同步移動時，就可以得到反映測線以下混凝土缺陷分布情況的雷達圖像?；炷辆恍圆顣r（如存在蜂窩、架空等），這部分區域與周圍混凝土電性差異增，反射波增強；當其完整致密時，混凝土性質相對均一，反射波很弱。該方法可根據波形記錄直接分析混凝土內部缺陷的分布和形態，具有可視性；可根據探測深度、分辨率的要求選用不同頻率的天線；可在結構物表面進行，靈活性較好，在同一部位可進行多次重復測試。但混凝結構中布置的鋼筋增加了混凝土內部缺陷雷達回波信號的識別難度。
3 混凝土無損檢測現場試驗與成果淺析
長江工程地球物理勘測研究院應用地質雷達法對永久船閘三閘室中北16塊直立墻進行了檢測。本次試驗共布置四條剖面：三條縱剖面（長20m），一條橫剖面（長8m）使用儀器為加拿產EKK01000型雷達，探測方法為剖面法（CDP），即：固定天線距和點距，系統沿測線同步移動，記錄點為發射天線（T）與接收天線（R）的中點，為兼顧深測深度與分辨率，工作頻率選用了450MHZ，天線距為0.25m，點距為0.1m.對四條測線作剖面測量，所得資料進行處理獲得四張雷達剖面圖。檢測結果表明，只要積累較豐富的雷達深測經驗，掌握正確的現場檢測和資料處理方法，在永久船閘直立襯砌墻的鋼筋分布條件下，雷達法是可以進行有效檢測的。武漢創新工程地球物理高科技發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部位進行混凝土施工質量無損檢測試驗。其一是永久船閘北一閘室墻06#塊，觀測方式為測量點距0.1m，測線距為0.8m，發射和接收偏移距離為零并同步移動。試驗儀器為由該公司自行研制生產的LXⅡ一A巖土工程質量檢測分析儀。根據檢測資料分析，每條剖面都在3.8m、7.8m左右有異常反映，埋深均為1m左右，因每條檢測測線都垂直通過預埋混凝土排水管。因此，推斷這些異常是由預埋混凝土排水管產生，除此外均無明顯質量缺陷，澆筑質量較好。其二是輸水洞北五N129#塊，測線距為1.0m，測點距為0.2m，發射和接收偏移距為零并同步移動，用凡士林作耦合劑，進行了三條剖面的觀測，并利用該公司開發的信號處理軟件對數據進行分析、處理。認為：①本塊混凝土未看到架空、蜂窩等缺陷；②從混凝土的施工質量檢測效果看來，檢測資料一致性較好，此垂直彈性波反射法對板狀體質量檢測具有較好的效果。
4 建議
永久船閘襯砌墻等薄壁結構混凝土不同于體積混凝土，其鋼筋密集，且有表面過流及防滲要求，不能完全套用體積混凝土鉆孔取芯檢查的方法。無損檢測方法現場試驗定量分析精確度雖嫌不夠，但可以定性反映的質量異常。
永久船閘結構混凝土質量檢查，應采取針對性檢測驗證與重要關鍵部位針對性檢測的原則。檢測方法可采用雷達法與垂直反射互補進行無損檢測，局部輔助鉆孔取芯。首先根據施工資料或外觀檢查，有異常影響質量評定時，進行有針對性的無損檢測。當無損檢測亦不能判斷質量問題時不排除必要的鉆孔取芯檢查。
