混凝土面板堆石壩表觀及滲漏病害的水下檢測(cè)

左玲玲 張洪星

摘 要：面板堆石壩中堆石體與防滲體是相互依存的結(jié)構(gòu)，因堆石體與面板變形不協(xié)調(diào)、施工質(zhì)量參差不齊、不可控外力作用，可能會(huì)導(dǎo)致面板、防滲芯墻的局部變形或破壞而產(chǎn)生滲漏。采用無(wú)人潛水器（ROV）、多波束聲吶、側(cè)掃聲吶、光學(xué)觀察和示蹤等水下檢測(cè)技術(shù)，可快速、安全、有效地檢測(cè)面板堆石壩面板表觀缺陷及壩體滲漏病害。

關(guān)鍵詞：面板壩；表觀；滲漏；水下檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TV698.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0145-03

Abstract： The rockfill body and impervious body are interdependent structures in concrete faced rockfill dam （CFRD）. Due to the uncoordinated deformation between rockfill body and face slab， uneven construction quality and uncontrollable external force may cause part of the face plate and the impervious core wall to deform or destroy， thus producing the leakage. Using underwater inspection techniques such as unmanned remotely operated vehicle （ROV）， multi-beam sonar， side-scan sonar， optical observation and tracer， the surface defects and leakage defects of concrete face rockfill dam can be detected quickly， safely and effectively.

Keywords： concrete faced rockfill dam （CFRD）； apparent； seepage； underwater detection

1 概述

混凝土面板堆石壩（簡(jiǎn)稱“面板堆石壩”或“面板壩”），是以碾壓堆石體為支撐結(jié)構(gòu)，并在其上游表面澆筑混凝土面板作為防滲體的擋水大壩[1]，屬于土石壩類型。因其具備壩體斷面小、抗滑抗?jié)B、穩(wěn)定性好、施工方便、工期短、導(dǎo)流簡(jiǎn)單、抗震性能較好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。本文主要介紹運(yùn)營(yíng)期面板壩常見(jiàn)病害，提出相應(yīng)水下檢測(cè)技術(shù)，以供類似工程作業(yè)參考。

2 面板壩常見(jiàn)病害

面板壩的組材結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其易發(fā)生變形且持續(xù)變形時(shí)間較長(zhǎng)。防滲面板是支撐在墊層和過(guò)渡料上的薄板結(jié)構(gòu)，依托在堆石體上部。兩結(jié)構(gòu)相互依存但物理性能差異大，導(dǎo)致面板壩病害特點(diǎn)復(fù)雜。面板壩區(qū)別于其他壩型的重要特點(diǎn)是易發(fā)生大壩滲漏，主要原因是防滲面板易發(fā)生病害。常見(jiàn)的運(yùn)營(yíng)期面板壩主要病害及局部破壞型式為： 滲透面板擠壓破壞、面板裂縫、面板塌陷、分縫止水失效和地震震損[1]。

3 檢測(cè)內(nèi)容

對(duì)于運(yùn)營(yíng)期面板堆石壩的水下檢測(cè)主要是包括兩個(gè)方面：

（1）面板表觀病害，如防滲面板擠壓破壞、裂縫、表面剝蝕、脫落、塌陷、堆積物、脫空等。

（2） 防滲面板滲漏、微觀病害等。

防滲面板表觀病害，不一定出現(xiàn)滲漏狀況；但出現(xiàn)滲漏狀況，一定存在表觀或微觀的病害。所以對(duì)于面板壩的檢測(cè)，一方面要檢測(cè)表觀病害，另一方面要檢測(cè)滲漏等“內(nèi)傷”。水下面板壩檢測(cè)采用的方法和檢測(cè)內(nèi)容與目的見(jiàn)表1。

4 檢測(cè)技術(shù)

首先利用多波束或者側(cè)掃聲吶對(duì)面板壩進(jìn)行表觀檢測(cè)，然后在表觀檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行滲漏等微觀檢測(cè)，判斷異常空間分布情況，再用ROV攜帶光學(xué)設(shè)備抵近進(jìn)行照相或視頻觀察，進(jìn)一步確定其聲學(xué)檢測(cè)效果；對(duì)于存在可疑滲漏病害的區(qū)域，再進(jìn)一步進(jìn)行噴墨示蹤檢測(cè)，以確定或驗(yàn)證其是否存在滲漏，如圖1所示。

4.1 聲吶滲漏檢測(cè)技術(shù)

聲吶滲漏檢測(cè)技術(shù)，是利用震電理論與聲波在水中的優(yōu)異傳播特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)水流速度場(chǎng)的測(cè)量[4]。聲吶檢測(cè)獲取水體流速、滲流源方向等數(shù)據(jù)，能夠分析出滲漏部位及破壞程度。

4.2 多波束探測(cè)技術(shù)

多波束測(cè)深系統(tǒng)準(zhǔn)實(shí)時(shí)自動(dòng)繪制出測(cè)區(qū)水下彩色等深圖，多波束聲信號(hào)的側(cè)掃成像，可提供直觀測(cè)時(shí)水下地貌特征[5]。

多波束探測(cè)系統(tǒng)對(duì)面板壩水下部分進(jìn)行全全方位覆蓋掃描，檢查面板壩的完整性、過(guò)流面變形情況及水下淤積、判斷異常的空間分布情況等。以期判斷面板壩表觀病害及其面板上的堆積物，判斷面板平整程度及其病害異常的空間分布情況。

4.3 水下無(wú)人潛航器探查技術(shù)

水下無(wú)人潛航器（ROV）是一種工作于水下的作業(yè)平臺(tái)，能夠在惡劣水下環(huán)境、下潛深度增加條件下，替代潛水員，安全、高效地完成作業(yè)。ROV已成為水下檢測(cè)作業(yè)的重要工作平臺(tái)，可以搭載水下攝像設(shè)備、二維圖像聲吶、三維聲吶等檢測(cè)設(shè)備，如圖2所示。對(duì)采用水下多波束發(fā)現(xiàn)的異常情況采用水下無(wú)人潛航器（ROV）搭載水下光學(xué)攝像設(shè)備及二維圖像聲吶等檢測(cè)設(shè)備，對(duì)面板壩重點(diǎn)關(guān)注部位、異常部位進(jìn)行直觀檢查驗(yàn)證。

4.4 水下噴墨示蹤技術(shù)

為了驗(yàn)證聲吶水下探測(cè)面板壩集中滲漏通道的準(zhǔn)確性，對(duì)滲漏量較大的集中滲漏點(diǎn)，可由ROV搭載水下噴墨示蹤和高清攝像設(shè)備，對(duì)滲漏點(diǎn)的位置、滲漏流向和水下形態(tài)采用水下動(dòng)態(tài)高清攝像，檢測(cè)及驗(yàn)證集中滲漏點(diǎn)滲漏狀態(tài)。從壩上游滲漏入口導(dǎo)入示蹤染料流到壩下游滲漏的出水口，根據(jù)示蹤染料平均行程時(shí)間，檢測(cè)、驗(yàn)證聲吶探測(cè)的壩體上下游的滲漏點(diǎn)。

5 檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

某水電站河床布置主壩，左岸條形山脊上布置副壩；溢洪道布置在左岸，位于主、副壩之間；泄洪洞布置在溢洪道左側(cè)山體中；地下引水發(fā)電廠房布置在右岸。主壩和副壩均為混凝土面板堆石壩，壩頂高程482.50m，壩頂寬10.00m，主壩壩頂長(zhǎng)423.75m，最大壩高185.50m，副壩壩頂長(zhǎng)233.78m，最大壩高50.50m，主、副壩上下游壩坡均為1：1.4。

經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)壩體結(jié)構(gòu)存在滲漏現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況使用多種方法進(jìn)行滲漏檢測(cè)工作。根據(jù)面板壩水下的實(shí)際面積、長(zhǎng)、寬等參數(shù)，設(shè)計(jì)合適的側(cè)線進(jìn)行多波束或側(cè)掃聲吶掃描、聲吶滲漏檢測(cè)，以便準(zhǔn)確、無(wú)遺漏地進(jìn)行面板壩的表觀病害及滲漏微觀檢測(cè)。測(cè)線設(shè)計(jì)布置思路以某面板壩為例，如圖3所示。

水下多波束探測(cè)系統(tǒng)的測(cè)線順探測(cè)區(qū)域按長(zhǎng)軸方向布置，以相鄰測(cè)線至少重復(fù)觀測(cè)20%為原則進(jìn)行布置，要求完成探測(cè)區(qū)域水底全覆蓋探查。了解探測(cè)區(qū)水底整體情況，初步判斷異常的空間分布情況。整個(gè)探測(cè)過(guò)程包括測(cè)前試驗(yàn)、測(cè)前準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)采集。根據(jù)初步數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果判斷面板平整程度及其病害異常的空間分布情況（如圖4所示），為下一步的滲漏檢測(cè)、光學(xué)抵近觀察奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)多波束探測(cè)的異?？臻g分布的疑似滲漏位置進(jìn)行詳細(xì)觀察，并結(jié)合勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及大壩安全監(jiān)測(cè)等資料的分析，初步判斷面板、壩基、壩肩接縫可能存在幾處滲漏，如圖5所示。

用聲吶測(cè)量?jī)x檢測(cè)防滲面板滲漏破壞，通過(guò)在全面板區(qū)域布置檢測(cè)點(diǎn)網(wǎng)格，檢測(cè)出整個(gè)水下面板區(qū)域的滲漏流速場(chǎng)，從而方便地判斷出大壩滲漏發(fā)生部位。由配套的專門軟件將檢測(cè)的流速數(shù)據(jù)生成滲漏流速等值線分布圖，清晰展現(xiàn)出滲漏部位。此外，滲漏檢測(cè)還包括大壩面板區(qū)域水下聲吶滲漏流速場(chǎng)檢測(cè)、面板垂直縫沿?cái)D壓破壞區(qū)等。

根據(jù)多波束和滲漏聲吶的檢測(cè)結(jié)果，利用水下無(wú)人潛航器ROV對(duì)疑似滲漏點(diǎn)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。利用無(wú)人潛航器上的高清攝像頭對(duì)疑似滲漏區(qū)進(jìn)行觀察。對(duì)可疑點(diǎn)進(jìn)行噴墨示蹤確認(rèn)（如圖6所示），最終得出該壩體在壩面和壩肩區(qū)域各有一處滲漏。

6 結(jié)束語(yǔ)

如果不能及時(shí)檢測(cè)出面板壩存在的病害并及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致危害加劇，造成較大損失。采用無(wú)人潛水器ROV為搭載平臺(tái)的多項(xiàng)水下檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)多波束探測(cè)系統(tǒng)和聲吶滲漏探測(cè)系統(tǒng)判斷滲漏位置及狀況，再通過(guò)ROV攜帶的設(shè)備進(jìn)行高清照相或視頻觀察和噴墨示蹤檢測(cè)，確定其是否真的存在滲漏情況。實(shí)際工程應(yīng)用案例證實(shí)，該套水下檢測(cè)技術(shù)方案針對(duì)面板壩表觀和滲漏檢測(cè)的可行性和有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]鈕新強(qiáng)，譚界雄，田金章.混凝土面板堆石壩病害特點(diǎn)及其除險(xiǎn)加固[J].人民長(zhǎng)江，2016，47（13）：1-5.

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