淺談風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

王忠輝

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)崇陽(yáng)新能源有限公司，湖北咸寧437500)

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)陸上風(fēng)機(jī)塔筒高度越來(lái)越高，有90～130多米不等，國(guó)內(nèi)最高柔性塔筒高度已經(jīng)達(dá)到141 m。如此高的風(fēng)機(jī)需要足夠剛度和強(qiáng)度來(lái)滿足安全要求，這就要是依靠體積龐大的鋼筋混凝土基礎(chǔ)來(lái)固定風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承受上部風(fēng)機(jī)及塔筒傳來(lái)的荷載。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在混凝土施工澆筑過(guò)程中，其內(nèi)部可能出現(xiàn)蜂窩、孔隙或裂縫等缺陷，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工質(zhì)量的好壞直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全。如何對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量作一個(gè)全面客觀的評(píng)價(jià)是業(yè)主 、監(jiān)理和施工三方都十分關(guān)注的問(wèn)題。混凝土施工質(zhì)量的常用檢測(cè)方法有鉆芯法、拔出法、探地雷達(dá)掃描成像、聲波法、回彈法和超聲回彈綜合法等。鉆芯法、拔出法屬于局部破損或半破損檢測(cè)方法，采用該類檢測(cè)方法時(shí)會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)；探地雷達(dá)掃描成像 、聲波法 、回彈法和超聲回彈綜合法等為無(wú)損檢測(cè)方法，采用該類檢測(cè)方法時(shí)不會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有直接、快速、靈活等優(yōu)點(diǎn)，在工程中已得到廣泛應(yīng)用。

1 無(wú)損檢測(cè)原理

無(wú)損檢測(cè)是利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息。與破壞性檢測(cè)相比，無(wú)損檢測(cè)有以下特點(diǎn)。一是具有非破壞性，在做檢測(cè)時(shí)不會(huì)損害被檢測(cè)對(duì)象的使用性能；二是具有全面性，由于檢測(cè)是非破壞性，因此可對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行100%的全面檢測(cè)；三是具有全程性，破壞性檢測(cè)一般只適用于對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)，如機(jī)械工程中普遍采用的拉伸、壓縮、彎曲等，破壞性檢驗(yàn)都是針對(duì)制造用原材料進(jìn)行的，對(duì)于成品和在用品，除非不準(zhǔn)備讓其繼續(xù)服役，否則是不能進(jìn)行破壞性檢測(cè)的，而無(wú)損檢測(cè)因不損壞被檢測(cè)對(duì)象的使用性能。因此，無(wú)損檢測(cè)不僅可對(duì)制造用原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)、直至最終產(chǎn)成品進(jìn)行全程檢測(cè)，也可對(duì)服役中的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)[1-2]。

2 工程實(shí)例

某風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)規(guī)模為54 MW，設(shè)計(jì)安裝27臺(tái)單機(jī)容量為2 000 kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用重力擴(kuò)展式錨栓基礎(chǔ)，采用C40混凝土，肋梁基礎(chǔ)底板直徑17.8 m，厚0.55 m；基礎(chǔ)臺(tái)柱直徑6.8 m，高3.7 m；肋梁有8個(gè)，肋梁寬1.2 m、高1.4～2.3 m；沿基礎(chǔ)底板外緣布置一圈環(huán)梁，環(huán)梁寬0.5 m、高1.0 m；基礎(chǔ)總高度3.7 m，基礎(chǔ)埋深為3.5 m(見(jiàn)圖1)。單個(gè)基礎(chǔ)混凝土方量為330.9 m3。

圖1 肋梁基礎(chǔ)外形及尺寸示意(單位：mm)

工程項(xiàng)目于2019年5月開(kāi)工，8月13日開(kāi)始風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土澆筑施工，因項(xiàng)目是首次采用重力擴(kuò)展式錨栓基礎(chǔ)，為了能更好的了解錨栓基礎(chǔ)的澆筑質(zhì)量，建設(shè)和監(jiān)理單位提出了對(duì)澆筑齡期已滿30 d的5臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行混凝土質(zhì)量全面檢測(cè)。為了避免檢測(cè)的盲目性，決定開(kāi)展物探普查，應(yīng)用探地雷達(dá)和超聲回彈綜合法進(jìn)行混凝土澆筑質(zhì)量和混凝土的強(qiáng)度檢測(cè)，檢查混凝土質(zhì)量是否滿足規(guī)范要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法

根據(jù)測(cè)試目的和實(shí)際物性條件，鋼筋混凝土無(wú)損檢測(cè)采用瑞典生產(chǎn)的RMAC/GPR探地雷達(dá)，距離觸發(fā)，超聲回彈綜合法強(qiáng)度檢測(cè)采用RSM-SY6型基樁聲波檢測(cè)儀。由于探測(cè)區(qū)域的形狀和表面情況的限制，根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)特點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较虿贾锰降乩走_(dá)測(cè)試剖面，天線由測(cè)距輪引導(dǎo)從上到下部向上移動(dòng)連續(xù)采集，風(fēng)機(jī)基座布置測(cè)線34條，如圖2所示；測(cè)線均布置在鋼筋間距相對(duì)較大的區(qū)域。超聲回彈綜合法強(qiáng)度檢測(cè)按上、中、下位置隨機(jī)選取。

圖2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)檢測(cè)部位示意

3.1 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

探地雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形來(lái)記錄，以波形或灰度顯示雷達(dá)探測(cè)剖面圖。由于混凝土介質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)復(fù)雜的濾波器，介質(zhì)對(duì)波的不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性質(zhì)，使得脈沖到達(dá)接收天線時(shí)，波幅減小，波形變得與原始發(fā)射波形有較大的差異。另外，不同程度的各種隨機(jī)噪聲和干擾，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也有影響。因此，必須對(duì)接收信號(hào)實(shí)施適當(dāng)?shù)靥幚恚愿纳瀑Y料的信噪比，為進(jìn)一步分析解釋提供清晰可辨的圖像[3-4]。

超聲回彈綜合法[5]是指采用超聲儀和回彈儀，在混凝土構(gòu)件同一測(cè)區(qū)分別測(cè)量聲音和回彈值，然后利用已建立起的強(qiáng)度檢測(cè)公式推算測(cè)區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度。

3.2 缺陷判定

根據(jù)探地雷達(dá)電磁波的反射原理可知，當(dāng)混凝土均勻、質(zhì)量較好而不存在缺陷時(shí)，只能在混凝土界面與鋼筋界面上形成反射波。反射波的強(qiáng)度與2種介質(zhì)的波阻抗差異有關(guān)，若差異較大，會(huì)形成較明顯的反射現(xiàn)象；反之，反射現(xiàn)象較弱。當(dāng)混凝土與骨架結(jié)合部位有脫空縫時(shí)，由于脫空縫中多以空氣充填，充填物與混凝土的波阻抗差異較大，會(huì)形成較強(qiáng)的反射現(xiàn)象。

當(dāng)混凝土內(nèi)部存在蜂窩、空洞等缺陷時(shí)，一般情況下缺陷體內(nèi)充填物多以空氣為主，其波阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土的波阻抗，因此在這些缺陷部位會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的反射和散射現(xiàn)象。當(dāng)混凝土中存在不均勻體時(shí)，與周圍均勻、密實(shí)的混凝土形成波阻抗差異，在不均勻處也能形成反射現(xiàn)象，但這種反射較前者要弱。混凝土內(nèi)部缺陷形態(tài)和體積各不相同，分布范圍不連續(xù)，而且分布位置深淺不一，因此，在雷達(dá)探測(cè)剖面圖中反映為反射波位置不連續(xù)，呈間斷出現(xiàn)、反射信號(hào)能量大小不一等特征[6-7]。

混凝土施工質(zhì)量檢測(cè)的雷達(dá)反射波剖面如圖3所示。圖3a為合格的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土內(nèi)部鋼筋反射波顯示清晰。若混凝土局部鋼筋保護(hù)層薄，圖像上將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)反射雷達(dá)波信號(hào)，典型特征波如圖3b所示。若局部雷達(dá)圖像同相軸雜亂，表明混凝土密實(shí)性差、孔隙率大，澆筑質(zhì)量較差，典型特征波如圖3c所示。若混凝土局部存在脫空現(xiàn)象，典型特征波如圖3d所示。

圖3 典型雷達(dá)反射波剖面示意

3.3 檢測(cè)結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)探地雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析可知，混凝土質(zhì)量合格，波形無(wú)明顯畸變，混凝土內(nèi)部有缺陷時(shí)，波形明顯發(fā)生畸變，畸變位置可以反應(yīng)出混凝土中缺陷的位置。通過(guò)超聲回彈綜合法檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以推算出混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

在混凝土澆筑施工中，根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的特點(diǎn)和澆筑工程量、機(jī)械設(shè)備、勞動(dòng)力組織、澆筑順序等，有序開(kāi)展混凝土澆筑，保證混凝土澆筑的連續(xù)性。對(duì)鋼筋密集的部位，要制訂相應(yīng)的技術(shù)措施，確保順利布料和振搗密實(shí)。在澆筑時(shí)要經(jīng)常觀察，如出現(xiàn)混凝土不密實(shí)現(xiàn)象，要采取措施。

利用超聲回彈綜合法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)在混凝土構(gòu)件上均勻布置測(cè)區(qū)，每個(gè)構(gòu)件上測(cè)區(qū)數(shù)量不應(yīng)少于10個(gè)，相鄰兩個(gè)測(cè)區(qū)的間距不宜大于2 m，測(cè)區(qū)應(yīng)避開(kāi)鋼筋密集區(qū)，預(yù)埋件測(cè)試面應(yīng)保持清潔、平整、干燥，不應(yīng)有接縫、施工縫、飾面層、浮漿和油垢，并應(yīng)避開(kāi)蜂窩、麻面部位。必要時(shí)，可用砂輪片清除構(gòu)件表面雜物和磨平不平整處，擦凈殘留粉塵。

4 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已被證明是一種有效的混凝土質(zhì)量檢測(cè)方法，通過(guò)探地雷達(dá)和超聲回彈綜合法對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，可以較全面的了解施工質(zhì)量，為取芯檢測(cè)提供依據(jù)。相比其他檢測(cè)方法，探地雷達(dá)和超聲回彈綜合法能夠直觀的檢測(cè)出空洞、蜂窩和松散等缺陷，較快得出混凝土強(qiáng)度值，具有檢測(cè)時(shí)間短、精度高、檢測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)，使用前景廣闊。但是，在應(yīng)用探地雷達(dá)和超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土質(zhì)量和混凝土強(qiáng)度時(shí)，需根據(jù)雷達(dá)圖像和超聲波形來(lái)識(shí)別混凝土的質(zhì)量缺陷和強(qiáng)度，這是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)性較強(qiáng)的工作，對(duì)技術(shù)人員要求較高，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員應(yīng)與有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員配合進(jìn)行綜合判斷，以提高檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性。