電站機組流道混凝土質(zhì)量及缺陷檢測分析,水工結(jié)構(gòu)論文

電站機組流道混凝土質(zhì)量及缺陷檢測分析,水工結(jié)構(gòu)論文摘要：電站引水及尾水建筑物是水工建筑物的重要組成部分，把握引水及尾水建筑物隧洞襯砌混凝土內(nèi)部缺陷及脫空情況并及時組織處理是保證電站安全穩(wěn)定運行的首要任務。結(jié)合機組檢修周期及級別布置，有計劃的組織開展引水道及尾水建筑物的構(gòu)造檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對構(gòu)造安全性進行分析及評判，同時也是檢驗水工建筑物施工質(zhì)量最有效的手段，更是為水工建筑物運行維護缺陷處理提供根據(jù)及指導，進而保證機組安全穩(wěn)定運行。本文關(guān)鍵詞語：地質(zhì)雷達法;超聲層析成像法;垂直聲波反射法;物探檢測;脫空情況;1、工程大概情況電站樞紐區(qū)風化復雜且地質(zhì)條件復雜，受地形、巖性、構(gòu)造影響明顯[1]，電站引水發(fā)電系統(tǒng)布置于左岸且為地下廠房式；左岸高處的沉積巖層風化較弱、花崗巖巖體的風化程度較弱。電站引水建筑物采用單機單管供水，在進水塔后共布置9條引水道，引水道由進口漸變段、上平段、上彎段、豎井段、下彎段、下平段6部分組成，華而不實進口漸變段由矩形斷面變?yōu)閳A形斷面、長為20m。引水道進口進變段頂部及邊墻C25鋼筋混凝土襯砌厚度1.5m,C25噴混凝土厚度0.2m，底板混凝土襯砌厚度1.7m，引水道進口漸變段布設2層鋼筋網(wǎng)。下平段為鋼襯段，襯砌后直徑為9.2m、長為55m。引水道進口段設計流速為3.25m/s到漸變段后設計流速為5.48m/s，該部位不僅構(gòu)造體型變化明顯且水流流速變化亦大。尾水支洞包括尾水管后漸變段、標準段、尾水閘門前漸變段、尾水閘門室段、尾水閘門后漸變段和調(diào)壓室前標準段組成，長約100m，混凝土襯砌厚度1.8m，混凝土強度為C25。2、檢測位置及方式方法選定水工建筑物襯砌混凝土厚度及鋼筋布置情況是關(guān)系到構(gòu)造安全的重要指標，襯砌混凝土厚度決定了構(gòu)件的構(gòu)造性能及荷載性能等，鋼筋混凝土保衛(wèi)層厚度關(guān)系到構(gòu)造的承載力、耐久性等性能?；炷羶?nèi)部缺陷是影響構(gòu)造安全穩(wěn)定運行重要根據(jù)。因而把握工程實際施工后的混凝土構(gòu)造技術(shù)參數(shù)及缺陷是保證構(gòu)造安全穩(wěn)定運行的基礎，是評價施工質(zhì)量的重要手段，也是為水工建筑物運行維護提供指導。引水建筑物及尾水建筑物安全穩(wěn)定運行的前提是把握引水、尾水支洞襯砌混凝土能否存在缺陷，蝸殼鋼襯混凝土能否存在脫空情況，而最直接的技術(shù)手段是開展引水道、尾水支洞襯砌混凝土及蝸殼鋼襯混凝土物探檢測確定缺陷情況，有效地為工程缺陷處理提供根據(jù)及確定技術(shù)處理措施，保證機組流道系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。從水力學角度、水流流態(tài)及構(gòu)造特性分析，引水道、尾水建筑物主要把握引水道進口漸變段及尾水支洞襯砌混凝土質(zhì)量及缺陷、蝸殼鋼襯混凝土脫空情況。在進行物探檢測時，需保證引水道及尾水支洞內(nèi)無水流，而機組檢修時間短暫且復雜、運行機會組流道內(nèi)高速水流不允許對建筑物構(gòu)造進行毀壞，引水道及尾水支洞物探檢測技術(shù)需具備快速、高效及對構(gòu)造無損傷的特點。結(jié)合工程經(jīng)歷體驗及經(jīng)濟效益分析，引水道漸變段水流流態(tài)改變大、流速變化大，對建筑物的檢測技術(shù)要求高，該位置采用地質(zhì)雷達法和超聲橫波三維成像法等技術(shù)手段進行檢測，通過2種檢測技術(shù)測定襯砌混凝土質(zhì)量及內(nèi)部缺陷，保證檢測結(jié)果真實準確且有指導意義；而尾水支洞采用地質(zhì)雷達法無損檢測技術(shù)確定襯砌混凝土質(zhì)量及缺陷；蝸殼鋼襯混凝土采用垂直聲波反射法檢測鋼襯混凝土脫空情況。3、檢測技術(shù)原理介紹3.1、地質(zhì)雷達法檢測技術(shù)地質(zhì)雷達法能快速高效、無損傷沿測線進行掃描檢測且分辨率高的特點，該方式方法在工程質(zhì)量檢測中得到廣泛應用。檢測技術(shù)主要是利用特定設備發(fā)射電磁波，再根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中的折射和反射現(xiàn)象[2,3,4]及原理，通過數(shù)據(jù)及圖像處理軟件推斷和斷定被檢測構(gòu)造內(nèi)部的缺陷。地質(zhì)雷達法應用于質(zhì)量檢測工作時，一般都采用反射法進行探測，反射法探測的基本要求是存在反射界面且可準確計算出界面位置。當被檢測混凝土內(nèi)部出現(xiàn)常見質(zhì)量缺陷時，其內(nèi)部填充了水或空氣，造成介質(zhì)常數(shù)變化，通過檢測其變化推斷混凝土內(nèi)部缺陷；若襯砌混凝土內(nèi)部有嚴重缺陷時，其檢測數(shù)據(jù)可能與脫空反映基本一致；而鋼筋作為干擾體出現(xiàn)，它們與周邊介質(zhì)間同樣存在明顯的介電常數(shù)差異，這將不同程度干擾檢測工作的最終成果，應結(jié)合工程構(gòu)造情況加以排除。3.2、超聲層析成像法檢測技術(shù)超聲層析成像法是基于超聲橫波脈沖回波技術(shù)，檢測采用超聲層析進行脫空檢測具備良好的地球物理前提條件，在正式進行脫空檢測前，需在引水道進口漸變段邊墻混凝土做橫波測定，通過儀器的自動波速測試功能測定混凝土反射的時間，進而推算混凝土橫波波速及完好基巖橫波波速。超聲橫波層析成像法檢測混凝土缺陷是利用超聲橫波的反射原理[5,6]，其方式方法及原理類似于醫(yī)學上的B型超聲波，檢測結(jié)果較直觀。通過混凝土斷層超聲成像儀實現(xiàn)超聲層析成像法，在進行檢測中每次數(shù)據(jù)采集時，底部12排〔每排4個〕檢波器會進行激發(fā)和接收的轉(zhuǎn)換，第1排激發(fā)時，后面的檢波器接收信號，然后轉(zhuǎn)換成第2排激發(fā)，后面的檢波器接收信號，直到最后1排檢波器激發(fā)接收完畢時結(jié)束1次采集。每次采集既能夠接收到廣角的超聲橫波反射信號，可以以接收到小角度的超聲橫波反射信號；經(jīng)測定后，揣測混凝土構(gòu)造的厚度、鋼筋保衛(wèi)層厚度等參數(shù)以及混凝土內(nèi)部缺陷的詳細參數(shù)。3.3、垂直聲波反射法檢測技術(shù)垂直聲波反射法運用地震映像進行檢測。主要檢測技術(shù)是運用地震波在不同介質(zhì)中的反射波、面波、轉(zhuǎn)換波的改變和波阻抗變化[7]，造成傳播速度、傳播時間及波形發(fā)生改變，并通過比照及分析進而斷定被檢測物體內(nèi)部缺陷的詳細位置。電站根據(jù)檢測位置的實際情況，布置了井字型測線，選擇適宜的觀測系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù)。采用的大功率超磁發(fā)射機做發(fā)射震源，檢測鋼襯混凝土內(nèi)部的脫空情況。垂直聲波反射法的實際工程應用中要求被測混凝土與周圍介質(zhì)波速或波阻抗有一定的差異，而正常質(zhì)量的混凝土與有缺陷的混凝土之間波阻抗差異大，因而可選用該方式方法進行蝸殼鋼襯混凝土檢測。4、現(xiàn)場檢測及成果分析4.1、引水道進口漸變段及尾水支洞檢測4.1.1、地質(zhì)雷達檢測在正式檢測前，應對引水道進口漸變段及尾水支洞底板進行試驗檢測，測定混凝土介質(zhì)物理參數(shù)；便于對襯砌混凝土脫空部位各層間反射特征進行分析，為正式檢測成果提供比照根據(jù)，保證檢測結(jié)果真實可靠。引水道進口漸變段長20m、寬7m，結(jié)合引水道進口漸變段的特點主要檢測頂拱襯砌混凝土質(zhì)量及缺陷、脫空情況[8]，檢測測線布置主要根據(jù)現(xiàn)場可操作性進行布設，布設的橫向測線間距、縱向測線間距均為1m，構(gòu)成網(wǎng)格狀進行檢測。見圖1。尾水支洞則沿洞軸線方向選取頂拱、左側(cè)邊墻及右側(cè)邊墻各布置1條測線長度分別為54m進行檢測。圖1引水道進口漸變段地質(zhì)雷達測線布置圖正式對引水道進口漸變段及尾水支洞襯砌混凝土檢測時需連續(xù)進行測量，通過對記數(shù)輪進行距離標定，保證檢測距離米數(shù)與現(xiàn)場實際距離一致。檢測經(jīng)過中保證天線與混凝土外表耦合良好且須做好現(xiàn)場記錄，記錄內(nèi)容含測線位置、測線方向、起始位置、結(jié)束位置等具體數(shù)據(jù)。當檢測經(jīng)過中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時，及時進行檢查、復測，排除偶爾干擾，保證檢測結(jié)果精度高及到達互相驗證的目的。4.1.2、超聲層析成像檢測正式開展超聲層析成像法檢測前，先選擇1～3個區(qū)域進行比照性試驗，計算出超聲層析混凝土橫波波速及完好基巖橫波波速，確定襯砌混凝土各構(gòu)造層的反射參數(shù)。經(jīng)現(xiàn)場比照性試驗檢測后，確定彩色增益、模擬增益、發(fā)射頻率、波速等檢測技術(shù)參數(shù)，并在檢測測試儀器上對參數(shù)進行設置；再根據(jù)檢測技術(shù)要求開展現(xiàn)場檢測，檢測經(jīng)過中做好現(xiàn)場記錄，含測線位置、測線方向、起始位置、結(jié)束位置。4.2、蝸殼檢測蝸殼鋼襯混凝土脫空情況檢測選取蝸殼左邊墻、右邊墻、底板及頂拱一條測線，在測線上每0.2m布置一個測點。在正式檢測前，為保證檢測結(jié)果真實反響被測物體實際情況，需將被測物體外表清理干凈，并對檢測儀器進行測試使其各項技術(shù)參數(shù)知足技術(shù)要求。見圖2、圖3。圖2超聲層析成像法檢測測點布置圖圖3蝸殼左邊墻0～8m位置測線原始圖4.3、成果分析引水道進口漸變段運用地質(zhì)雷達法及超聲橫波三維成像法進行檢測，通過2種檢測方式方法綜合分析斷定物探成果[9]，進而得到檢測部位襯砌混凝土內(nèi)部缺陷[10]位置及范圍、缺陷性質(zhì)〔如：脫空、混凝土內(nèi)部不密實、微裂縫等〕、缺陷距外表深度、混凝土厚度等具體的數(shù)據(jù)。部分機組流道引水道漸變段襯砌混凝土與基巖存在小面積脫空、襯砌混凝土內(nèi)部存在不密實及微裂縫情況，但缺陷對水工建筑物安全穩(wěn)定運行無影響；全部機組引水道漸變段鋼筋混凝土保衛(wèi)層厚度、混凝土厚度、混凝土內(nèi)部鋼筋與設計一致。尾水支洞襯砌混凝土檢測全部運用地質(zhì)雷達法檢測，經(jīng)對檢測結(jié)果進行分析襯砌混凝土內(nèi)部無缺陷，且鋼筋混凝土保衛(wèi)層厚度、混凝土厚度、混凝土內(nèi)部鋼筋與設計技術(shù)文件一致。蝸殼鋼襯混凝土運用垂直聲波反射法進行檢測，經(jīng)對檢測結(jié)果進行分析，部分機組鋼襯混凝土存在脫空情況，但存在的缺陷對構(gòu)造安全性無影響，脫空面積最大約0.7m2。機組流道通過3種檢測技術(shù)對混凝土質(zhì)量及缺陷進行了全面檢測，檢測原始數(shù)據(jù)非常直觀的反響了混凝土質(zhì)量及缺陷。根據(jù)檢測結(jié)果，通過分析論證后對部分混凝土缺陷進行了及時處理，進一步保證了機組流道安全運行。5、結(jié)束語電站機組流道運用地質(zhì)雷達法、超聲層析成像法、垂直聲波反射法等技術(shù)進行混凝土質(zhì)量及缺陷檢測，檢測方式方法具有方便、工作快速高效、數(shù)據(jù)直觀及對構(gòu)造無損傷的特點且各項技術(shù)都成熟，合適于水電站水工建筑物混凝土內(nèi)部缺陷檢測，為水工建筑安全分析及評判提供有利的數(shù)據(jù)支撐。經(jīng)過對全部機組流道混凝土質(zhì)量及缺陷進行檢測，為機組狀態(tài)檢修提高了可靠的數(shù)據(jù)，也為水工建筑物安全穩(wěn)定運行提供了科學的數(shù)據(jù)支撐。同時，因機組流道經(jīng)過長時間高速水流的沖刷，混凝土外表已存在不同程度的沖蝕，后續(xù)將結(jié)合檢修工作，有計劃的組織對機組流道襯砌混凝土強度和碳化深度進行檢測[11]，及時把握襯砌混凝土性能，以便從混凝土質(zhì)量及性能等方面進行分析及評估水工建筑物，確保水工建筑物運行的安全性及可靠性。以下為參考文獻[1]張四和，魏植生，李寶全，等.糯扎渡水電站樞紐區(qū)工程地質(zhì)勘察實踐與經(jīng)歷體驗[J].云南水力發(fā)電，2004,(1):28-31.[2]字陳波.運用地質(zhì)雷達檢測水電工程混凝土厚度及澆筑質(zhì)量[J].云南水力發(fā)電，2008,(5):103-104.[3]張全全，張成良.綜合超前地質(zhì)預報技術(shù)在隧道淺埋段中的應用[J].河南科學，2020,(9):1780-1784.[4]阮志武.地質(zhì)雷達在隧洞混凝土無損檢測中的應用[J].云南水力發(fā)電，2021,(3):35-40.[5]蘇煒煥.隧洞襯砌混凝土脫空檢測方式方法探究[J].水科學與工程技術(shù)，2021,(2):51-52.[6]王興艷，寧德高，周益舒.聲波探測技術(shù)在梨園水電站泄洪沖沙洞開挖中應用[J].云南水力發(fā)電，2020,(6):102-104.[7]李沐春，鄧海忠，陳剛，等.垂直聲波反射法在防滲墻質(zhì)量檢測中的應用[J].資源環(huán)境與工程，2018,23(5):733-735.[8]石成名，王