脈沖回波法在渡口壩水電站工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用,水利工程論文

脈沖回波法在渡口壩水電站工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用,水利工程論文引水系統(tǒng)在水利水電工程中具有極其重要的作用，引水系統(tǒng)能否安全運行關(guān)系到整個水電站運行的成敗。引水系統(tǒng)安全運行取決于隧洞襯砌及灌漿質(zhì)量的好壞，十分是在有壓、高水頭、長隧洞中，襯砌混凝土承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力及其他荷載等作用?；炷烈r砌及灌漿質(zhì)量的好壞對隧道長期穩(wěn)定、使用功能的正常發(fā)揮以及外觀,均有很大影響。為了確保隧洞的襯砌與質(zhì)量，對隧洞進行無損檢測是非常重要的環(huán)節(jié)。當(dāng)前，對襯砌厚度、缺陷以及空洞的檢測方式方法很多,比方?jīng)_擊回波法、地質(zhì)雷達法、聲波法等。但是，引水隧洞有本身的特點，根據(jù)地質(zhì)及水壓等條件，有的隧洞設(shè)計襯砌混凝土較厚、鋼筋間距小，同時采用雙層鋼筋等特點，限制了很多無損檢測的方式方法。本研究提出采用脈沖回波法能很好的解決這一問題，其測試參數(shù)有襯砌混凝土的強度、混凝土的厚度、內(nèi)部缺陷及脫空深度，并在渡口壩水電站工程得到了應(yīng)用。2、工作原理及儀器特點2.1工作原理脈沖回波法檢測采用SCE-MATS-S混凝土多功能無損測試儀，利用沖擊彈性波技術(shù)進行無損探測。本測試儀主要是由激振子系統(tǒng)、采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)構(gòu)成。在檢測經(jīng)過中，先由激振子系統(tǒng)在混凝土襯砌外表施加一瞬時的沖擊，產(chǎn)生應(yīng)力脈沖波〔主要考慮縱波〕傳入混凝土襯砌內(nèi)部，被襯砌內(nèi)部缺陷外表或底部邊界反射到混凝土襯砌內(nèi)，反過來，又被襯砌外表反射到襯砌內(nèi)部，進而再一次被介質(zhì)內(nèi)部缺陷外表或底部邊界反射。由采集子系統(tǒng)獲得的時域信號通過快速傅立葉變換法〔FFT〕轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號，即把位移-時間曲線轉(zhuǎn)換為振幅-頻率關(guān)系曲線，由其屢次反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振條件，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)從振幅譜中識別出共振頻率，可用于確定混凝土襯砌的厚度及其內(nèi)部缺陷的深度。2.2儀器特點SCE-MATS-S混凝土多功能無損測試儀可對混凝土材料、構(gòu)造物及巖體的裂縫深度、構(gòu)造內(nèi)部強度、內(nèi)部空洞、表層剝離、表層剛性及構(gòu)造厚度進行檢測。其測試精度高，功能強大且操作簡便靈敏。與市面上的沖擊回波測試混凝土厚度和缺陷的儀器相比，該測試儀采用多種頻譜分析方式方法和智能機制，自動搜索最優(yōu)結(jié)果，具有更高層次的測試精度。它不僅能夠測試混凝土面板，還能夠測試深達數(shù)米的基礎(chǔ)埋深和擋土墻厚度等，具有更廣的測試范圍。3、工程實例3.1工程大概情況渡口壩水電站為混合式電站，工程由大壩樞紐、引水建筑物及地面廠房樞紐組成，引水隧洞全長20026.44m，開挖洞徑5.2m，采用雙層鋼筋混凝土襯砌，襯砌后洞徑4.2m，襯砌厚度50cm，鋼筋間距12.5cm～20cm。引水隧洞沿線為深～中切中～低山區(qū)，山勢陡峻，溝谷深切，山體總體走向NWW，地形標(biāo)高一般600～1200m，相對高差400～600m。隧洞埋深一般150～300m，沖溝處埋深10～150m，最小埋深10m，最大埋深約840m。洞線穿越地層為三疊系上統(tǒng)須家河組、侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組、中下統(tǒng)自流井組、中統(tǒng)新田溝組、下沙溪廟組、上沙溪廟組及上統(tǒng)遂寧組，巖性為巖屑長石石英砂巖、長石砂巖、粉砂巖、頁巖、泥巖夾薄煤層及煤線。3.2測線布置本工程脈沖回波法無損檢測共布置3條測線。華而不實拱頂測線布置在隧洞正頂部，左右拱肩測線偏離拱頂測線左右各60，線距為1～5m，點距為0.1～0.2m。3.3檢測成果分析本工程隧洞長為洞全長20026.44m，由于隧洞較長，不全部分析，文章取K2+400~K2+410段為例來講明檢測情況，該段為Ⅴ類圍巖，直徑為22mm的雙層鋼筋設(shè)置，混凝土襯砌厚度為50cm。3.3.1混凝土強度測試。在測試系統(tǒng)中，采用沖擊彈性波作為測試媒介，通過測試彈性波的波速，據(jù)此計算材料的動彈性模量和推算相應(yīng)的靜彈模，進而根據(jù)靜彈模與抗壓強度的相關(guān)關(guān)系推算混凝土的抗壓強度。采用外表波法測試混凝土襯砌的強度，在K2+400~K2+410測試斷面中間的左右側(cè)拱腰處各布置2～3個測段，共4～6個測段，每個測段長1m，測試五次，得到測試斷面的混凝土襯砌的具體數(shù)據(jù)如表1。由表1可知，測試斷面襯砌混凝土平均強度為24.1Mpa，基本到達設(shè)計要求襯砌混凝土強度C25。通過整個測試數(shù)據(jù)表示清楚，枯燥部位混凝土強度明顯較高，潮濕部位混凝土襯砌的強度明顯偏低。3.3.2混凝土襯砌厚度測試。混凝土襯砌構(gòu)造的厚度測試，主要采用單面反射法。根據(jù)尺寸的大小、激振波長和能量的強弱，能夠采用單一反射法和重復(fù)反射法。經(jīng)過測試得到K2+400~K2+410段混凝土襯砌拱腰及頂拱處的最大、最小及平均厚度見表2，襯砌混凝土厚度分布見圖1。由表2，圖1可知，襯砌混凝土無論是左右側(cè)腰拱還是頂拱其平均厚度均超過設(shè)計厚度40cm。3.3.3混凝土襯砌內(nèi)部缺陷與脫空測試。基于沖擊彈性波的彈性波雷達掃描技術(shù)，沿測試對象外表連續(xù)激發(fā)彈性波信號，信號在碰到空洞等疏松介質(zhì)時會產(chǎn)生反射。通過抽取該反射信號并進行相應(yīng)的圖像處理，即可辨別構(gòu)造的內(nèi)部缺陷。在產(chǎn)生脫空的部位，當(dāng)錘擊混凝土襯砌構(gòu)造外表時，在外表會誘發(fā)振動，因而，能夠用傳感器直接拾取構(gòu)造外表的振動信號。所有測試斷面的缺陷描繪敘述及分布分別見表3和圖2，華而不實表3中，缺陷的特征尺寸描繪敘述中，前一個值〔或者范圍值〕表示沿測線方向上缺陷的長度，后一個值〔或者范圍值〕表示缺陷在測線法向的大小〔缺陷的深度〕。由表3和圖2可知，兩腰拱測線上發(fā)現(xiàn)缺陷，頂拱正常，其測試斷面的缺陷尺寸較小，長度與深度范圍主要集中在0.1m～0.2m，且分布較零散不連續(xù)。4、結(jié)束語渡口壩水電站引水隧洞設(shè)計采用襯砌鋼筋混凝土，具有鋼筋間距小及雙層鋼筋等特點，雙層鋼筋網(wǎng)對電磁波具有屏蔽作用，致使很多無損檢測效果差。脈沖回波法檢測法測試精度高，功能強大且操作簡便靈敏。在本工程中此檢測方式方法很好的解決了這一工程特點，經(jīng)試驗檢測效果顯著，為確保襯砌混凝土與灌漿質(zhì)量提供了有力保障，提高了安全運行水平，有一定的借鑒意義。以下為參考文獻：[1]程立，祁增云，楊顯文.地質(zhì)雷達在引水隧洞襯砌與灌漿質(zhì)量