基于面波法的混凝土壩體裂縫深度檢測研究

包國強 馬棟和 王 銳 王顯超 宋志遠

(1.松原市哈達山發(fā)電有限公司，吉林 松原 138000；

2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130061； 3.水利部寒區(qū)工程技術(shù)研究中心，吉林 長春 130061)

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基于面波法的混凝土壩體裂縫深度檢測研究

包國強1馬棟和2，3王 銳2，3王顯超1宋志遠1

(1.松原市哈達山發(fā)電有限公司，吉林 松原 138000；

2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130061； 3.水利部寒區(qū)工程技術(shù)研究中心，吉林 長春 130061)

介紹了面波法檢測裂縫深度的原理，闡述了基于面波法的混凝土壩體裂縫深度檢測方案，指出該方法基本不受裂縫內(nèi)部充填物的影響，檢測結(jié)果較聲波法更加精確、可靠。

面波法，混凝土壩，裂縫深度，檢測方法

1 概述

研究對象取自吉林省某水力發(fā)電站，該電站水庫總庫容6.04×108m3，在正常蓄水位140.5 m時庫容為1.96×108m3。電站總裝機容量34.5 MW，多年平均發(fā)電量1.16×108kW·h，電站于2010年10月下閘蓄水發(fā)電。由于該水庫地處嚴寒地區(qū)，溢流堰面混凝土受凍融及水流沖刷作用強烈，經(jīng)5年運行后15號壩段壩面出現(xiàn)裂縫，最長裂縫為3.9 m(15-1號L形裂縫)，且2條裂縫(15-1號、15-2號)均有析出物。此外，該壩段處于長期浸水狀態(tài)且溢流時表面水流流速快(采用無損檢測設(shè)備可盡量避免壩面損傷)，裂縫中有水及雜質(zhì)充填，聲波等無損檢測設(shè)備不能準(zhǔn)確檢測裂縫深度。因此，需采用更為先進的裂縫深度無損檢測方法對壩面裂縫進行詳細調(diào)查、評定，以確保電站安全穩(wěn)定運行。

2 裂縫分布調(diào)查

對15號壩段混凝土裂縫的部位、數(shù)量、走向、長度、寬度進行量測，各裂縫寬度及長度如表1所示，記錄裂縫走向及部位如圖1所示。

表1 15號壩面各裂縫統(tǒng)計寬度與長度

3 面波檢測裂縫深度原理

3.1 瑞麗面波的基本原理

瑞利波是由于P波和S波在媒體邊界面上相互作用而形成，其傳播速度比S波稍慢，并主要集中在媒體表面和淺層部分，其特性非常適合于探測裂縫的深度。瑞利波在傳播過程中所發(fā)生的幾何衰減和材料衰減可以通過系統(tǒng)補正，而保持其振幅不變。但是，瑞利波在遇到裂縫時，其傳播在某種程度上被遮斷，在通過裂縫以后波的能量和振幅會減少。因此，根據(jù)裂縫前后波的振幅的變化(振幅比)，便可以推算其深度。

3.2 表面波法的特點

1)表面波法測試裂縫的范圍很大，可達幾米，受充填物、水分的影響較小。特別是對貫穿裂縫精度非常高。2)對于壩面等近似于半無限平面體，非常適合表面波法測試。但不適合狹窄結(jié)構(gòu)，因為表面波受邊界條件(側(cè)壁、邊角等)的影響較大。3)利用雙方向發(fā)振回歸技術(shù)降低了測試誤差，提高了測試精度。4)選擇測區(qū)盡量避免剝離的地方，可提高其測試精度。

4 檢測實施方案

本次所檢混凝土厚度約5 m，混凝土設(shè)計強度C30，結(jié)構(gòu)表面較粗糙。根據(jù)測試結(jié)構(gòu)特征，采用50錘激振，傳感器間距設(shè)為40 cm，激振點離傳感器25 cm。檢測設(shè)備布置如圖2所示。

表2 裂縫深度檢測結(jié)果

mm

本次共測試裂縫4條，裂縫深度測試結(jié)果如表2所示。

5 檢測結(jié)果

采用聲波法進行了對比檢測，聲波法測試兩個壩段裂縫深度為92.5 mm～144.9 mm。聲波法測試結(jié)果整體較面波法偏小，這是由于所測裂縫內(nèi)均不同程度存在充填物及水，對聲波測試產(chǎn)生一定的干擾，而面波法原理上更優(yōu)于聲波法，即使裂縫中存在與混凝土密度相差較大的充填物(如泥、水、鈣質(zhì)析出物)，面波穿過裂縫時仍發(fā)生能量衰減，從而可準(zhǔn)確測得裂縫深度。

面波法測試裂縫深度為175.1 mm～462.8 mm之間，其裂縫均分布于500 mm厚的抗沖耐磨混凝土表層中，據(jù)DL/T 5251—2010水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程按深度考慮均為表層裂縫，其現(xiàn)階段不會對大壩正常運行產(chǎn)生不利影響。其中深度最大的裂縫出現(xiàn)在L形狀裂縫(15-1號)的水平段，深度達到462.8 mm，且該裂縫明顯可見充填物析出；其次為15-2號裂縫，平均深度為270.5 mm，該裂縫同樣可見充填物析出。

本次調(diào)查的重點裂縫為15-1號、15-2號兩條裂縫。該兩條裂縫于11月12日現(xiàn)場踏勘時明顯可見裂縫潮濕并有水及析出物。11月20日以后，由于日平均氣溫進入0 ℃以下，檢測期間未見該兩條裂縫有水滲出。分析原因應(yīng)該是裂縫中的水分被凍結(jié)，進而阻斷滲水通道。圖3中標(biāo)記的粗曲線為推斷的壩面裂縫滲水通道，即15-1號、15-2號裂縫與15壩面中部施工縫相連通，滲水自施工縫頂端的閘門底縫流出后進入該兩條裂縫，由于水中或多或少存在著碳酸(侵蝕性CO2)，與水泥中的石灰反應(yīng)產(chǎn)生碳酸氫鈣后引起溶出性侵蝕。由于溶出性侵蝕為持續(xù)性作用，隨滲水的作用水泥中石灰濃度不斷降低，裂縫寬度逐漸加大，為解決上述侵蝕問題，建議對該區(qū)域裂縫采取化學(xué)灌漿處理，從根本上阻斷裂縫通道。

[1] 陳曉峰.瑞麗面波檢測混凝土裂縫的方法研究[D].荊州：長江大學(xué),2014.

[2] 汪青松,張 凱,宗開紅,等.瞬態(tài)面波方法在地裂縫勘探工作中的應(yīng)用實例[J].安徽地質(zhì),2007,17(4):265-267.

[3] 馬 瑞,袁洪亮.混凝土裂縫的成因及裂縫檢測技術(shù)分析[J].城市建設(shè)理論研究,2013(10)：56-57.

[4] 張小龍,趙 鵬,徐浩銘,等.超聲波及表面波法在檢測含水裂縫深度中的應(yīng)用分析[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,28(4):66-68.

Research on crack depth detection of concrete dam based on surface wave method

Bao Guoqiang1Ma Donghe2,3Wang Rui2,3Wang Xianchao1Song Zhiyuan1

(1.SongyuanHadashanPowerGenerationLimitedCompany,Songyuan138000,China;2.ChinaWaterNortheastSurveyandDesignResearchInstituteLimitedLiabilityCompany,Changchun130061,China;3.HanquEngineeringTechnologyResearchCenter,MinistryofWaterResources,Changchun130061,China)

This paper introduced the principle of surface wave method detection of crack depth, elaborated the crack depth detection scheme of concrete dam based on surface wave method, pointed out that the method had not effect to crack internal fillings, the test results was more accurate and reliable than the acoustic method.

surface wave method, concrete dam, crack depth, detection method

2016-11-23

包國強(1986- )，男，助理工程師； 馬棟和(1986- )，男，高級工程師； 王 銳(1962- )，男，工程師； 王顯超(1987- )，男，助理工程師； 宋志遠(1988- )，男，助理工程師

1009-6825(2017)04-0227-02

TV642

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