荊江河段水下沉排工程質(zhì)量檢測技術(shù)方案

黃偉

摘 要：針對航道整治工程中水下沉排效果難以檢測的問題，在部分荊江航道整治工程區(qū)域開展檢測試驗，比較分析了水下電視人工檢測技術(shù)、側(cè)掃聲吶技術(shù)和機械掃描聲吶技術(shù)三種技術(shù)的優(yōu)缺點。并通過理論推導(dǎo)，建立技術(shù)比選指標，開展了三種技術(shù)的適用性分析。結(jié)果表明：采用機械掃描聲吶檢測技術(shù)并配合水下電視檢測技術(shù)作為驗證手段，能較好的適應(yīng)荊江河段水下沉排工程質(zhì)量檢測技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：航道整治工程 水下沉排 水下電視人工檢測 側(cè)掃聲吶檢測 機械掃描聲吶檢測

為改善荊江河段航道條件，適應(yīng)長江沿線經(jīng)濟社會快速發(fā)展，2012年國家批復(fù)實施荊江河段航道整治工程。在航道整治工程中，軟體排的鋪設(shè)不僅是航道整治工程其它工程能正常鋪設(shè)的基礎(chǔ)，而且其鋪設(shè)機械化程度較高，施工速度快，精度高，使得其在長江航道整治中運用較為廣泛，是航道整治工程極為關(guān)鍵的一種結(jié)構(gòu)型式，其施工質(zhì)量的好壞決定了工程的成敗。隨著航道工程的發(fā)展，軟體排的鋪設(shè)水平逐步提高，但由于鋪設(shè)后的排體處于水下，對其鋪設(shè)后的效果判斷及檢測也成了水下沉排工程質(zhì)量控制的難點。對沉排工程質(zhì)量檢測技術(shù)進行研究，提高檢測能力，有效改進施工質(zhì)量，從而提高長江航道整治水下沉排工程整體施工質(zhì)量，保證航道工程的效益具有極為重要的意義。本文依托長江中游荊江河段航道整治工程，針對水下沉排質(zhì)量控制和檢測技術(shù)開展對比研究，并提出了適合荊江航道整治工程水下鋪排質(zhì)量檢測的技術(shù)方法，對于進一步提高內(nèi)河和沿海航道治理水下沉排工程整體施工質(zhì)量具有借鑒和指導(dǎo)意義。

水下檢測試驗及評價方法優(yōu)化

針對荊江航道整治工程，開展鋪排區(qū)域水下檢測現(xiàn)場試驗。

1、水下電視檢測試驗

1.1 試驗設(shè)備及工況

選取的水下電視設(shè)備分別為SXD—IIIBFKR型水下電視和UWS-3310型水下電視。試驗工況見表1。

表1 水下電視檢測試驗工況表

1.2 試驗結(jié)果

采用UWS-3310型水下電視在水上時，發(fā)現(xiàn)攝像頭的可視距離超過了50cm的范圍。但是在下水5米左右水深時，可視距離明顯大幅度下降。從以上實驗結(jié)果分析可知，從技術(shù)參數(shù)、技術(shù)指標方面，以及實際應(yīng)用情況，其結(jié)果差別并不大，可視距離基本上都在15cm左右。

2、側(cè)掃聲吶檢測試驗

2.1 試驗設(shè)備及工況

側(cè)掃聲吶檢測設(shè)備選取的是美國Benthos公司的sis-1624型雙頻聲吶。試驗工況見表2。

表2 水下電視檢測試驗工況表

2.2 檢測結(jié)果分析

第1組試驗結(jié)果分析可知，圖1中分布多塊不均勻的陰影區(qū)域，陰影區(qū)域里有多條排列規(guī)則的條狀陰影，推測應(yīng)該是排體上系結(jié)的砼塊，推測鋪排區(qū)域淤沙嚴重，大部分排體已被淤沙掩埋。圖2中右邊位置可以看到一片整齊的陰影區(qū)域，有部分整齊的條狀陰影，推測是排體上系結(jié)的砼塊。可以看到陰影區(qū)域邊界整齊，可以區(qū)分出鋪排區(qū)域，但是無法判斷排體搭接。在試驗中，我們發(fā)現(xiàn)減小檢測距離，獲得聲圖的圖案要相對清晰；高頻掃測時，無法獲得回波信號，主要原因一是江水含沙量太大，二是檢測距離太大，高頻信號損失嚴重。

第2組試驗結(jié)果分析可知，由于碾子灣沉排已經(jīng)完成6年，沉排區(qū)域完全無法分辨，側(cè)掃聲吶難以分辨砼塊等相對較小的物體，但對于較大范圍的目標有一定可視性，并且可以獲取目標的區(qū)域范圍和坐標方位。

第3組試驗結(jié)果分析可知，1#潛壩護岸未出現(xiàn)任何變形，可以判斷出1#潛壩護坡在經(jīng)歷此輪洪峰后，枯水平臺，護坡和馬道保持穩(wěn)固，未出現(xiàn)崩岸和損壞情況。

3、機械掃描聲吶檢測試驗

3.1 檢測設(shè)備及工況

本試驗使用的是MS1000掃描聲吶，試驗工況見表3。三組工況分別對排體的鋪設(shè)以及砼塊綁系情況、砼塊移動情況和大范圍區(qū)域情況進行試驗。

表3 水下電視檢測試驗工況表

3.2 檢測結(jié)果

由聲圖（圖3，圖4）分析表明，圓心處即是聲吶位置，周圍黑色區(qū)域為盲區(qū)，半徑為1.8米左右。對比排布未搭接圖和排布搭接圖，整張排布上面砼塊清晰可見，大部分排列整齊。在圖3中，我們發(fā)現(xiàn)聲吶掃測盲區(qū)左方區(qū)域即為未搭接區(qū)域，在聲吶軟件上測量未搭接的寬度大概為1.1米。隨后，我們派遣潛水員下水進行探摸，驗證了下方搭接縫確實沒有搭接上，用標尺測量，兩張排布邊緣相距1m左右，與聲吶圖像上測量的距離相近。左方排布邊緣有卷排現(xiàn)象，搭接縫下方有大量淤砂，而在聲吶右下方則可以看到排布隆起，可能是疊排或者此區(qū)域為突起地形。圖4中，我們可以看到搭接良好的排布，搭接縫順直，排布整體鋪設(shè)平順整齊，砼塊綁系穩(wěn)固，排體上有部分淤砂，但仍然無法得到排體搭接寬度。試驗結(jié)果表明，從MS1000機械掃描聲吶的聲圖中，我們可以得到整張排體的鋪設(shè)情況、砼塊綁系情況的質(zhì)量信息，但是無法得到排體搭接寬度。

水下檢測技術(shù)的適用性分析

1、適用性分析指標

本文主要利用水力學(xué)指標體系對所選檢測方案的適用性進行分析。具體則選擇寬矩形明槽斷面切應(yīng)力的分布、寬矩形明槽的層流運動和恒定總流的動量方程作為指標檢驗各水下檢測技術(shù)的適用性。

1.1寬矩形明槽斷面切應(yīng)力分布

對于寬矩形明槽均勻流，過水斷面上時均流速u是水深y的函數(shù)。由于槽寬對于水深而言是很大的，所以我們?nèi)挝粚挾让鞑蹃磉M行分析，如圖5所示。取單寬B=1m來分析，切應(yīng)力只作用在bd和ef的界面上，在兩側(cè)面ab和cd上不出現(xiàn)切應(yīng)力。所以取aecf水體分析，得出摩阻流速公式見式（1），式中R是水力半徑，J水力坡度。

圖5 平均切應(yīng)力分析圖

■ （1）

1.2寬矩形明槽的層流運動

寬矩形明槽層流的縱剖面圖中，切應(yīng)力τ的分布可用式（2）計算，根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，切應(yīng)力與橫向流速梯度du/dy的關(guān)系如下：endprint