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電站機組流道混凝土質量及缺陷檢測分析

時間:2019-12-13 來源:云南水力發電 作者:普中勇,趙培雙,孔明 本文字數:4493字

  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,掌握引水及尾水建筑物隧洞襯砌混凝土內部缺陷及脫空情況并及時組織處理是保證電站安全穩定運行的首要任務。結合機組檢修周期及級別安排,有計劃的組織開展引水道及尾水建筑物的結構檢測,并依據檢測結果對結構安全性進行分析及評判,同時也是檢驗水工建筑物施工質量最有效的手段,更是為水工建筑物運行維護缺陷處理提供依據及指導,從而保證機組安全穩定運行。

  關鍵詞: 地質雷達法; 超聲層析成像法; 垂直聲波反射法; 物探檢測; 脫空情況;

  1 、工程概況

  電站樞紐區風化復雜且地質條件復雜,受地形、巖性、構造影響明顯[1],電站引水發電系統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,其中進口漸變段由矩形斷面變為圓形斷面、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。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,該部位不僅結構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、 檢測位置及方法選定

  水工建筑物襯砌混凝土厚度及鋼筋布置情況是關系到結構安全的重要指標,襯砌混凝土厚度決定了構件的結構性能及荷載性能等,鋼筋混凝土保護層厚度關系到結構的承載力、耐久性等性能。混凝土內部缺陷是影響結構安全穩定運行重要依據。因此掌握工程實際施工后的混凝土結構技術參數及缺陷是保證結構安全穩定運行的基礎,是評價施工質量的重要手段,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定運行的前提是掌握引水、尾水支洞襯砌混凝土是否存在缺陷,蝸殼鋼襯混凝土是否存在脫空情況,而最直接的技術手段是開展引水道、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依據及確定技術處理措施,保證機組流道系統安全穩定運行。

  從水力學角度、水流流態及結構特性分析,引水道、尾水建筑物主要掌握引水道進口漸變段及尾水支洞襯砌混凝土質量及缺陷、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無水流,而機組檢修時間短暫且復雜、運行時機組流道內高速水流不允許對建筑物結構進行破壞,引水道及尾水支洞物探檢測技術需具備快速、高效及對結構無損傷的特點。結合工程經驗及經濟效益分析,引水道漸變段水流流態改變大、流速變化大,對建筑物的檢測技術要求高,該位置采用地質雷達法和超聲橫波三維成像法等技術手段進行檢測,通過2種檢測技術測定襯砌混凝土質量及內部缺陷,保證檢測結果真實準確且有指導意義;而尾水支洞采用地質雷達法無損檢測技術確定襯砌混凝土質量及缺陷;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。
 

電站機組流道混凝土質量及缺陷檢測分析
 

  3、 檢測技術原理介紹

  3.1、 地質雷達法檢測技術

  地質雷達法能快速高效、無損傷沿測線進行掃描檢測且分辨率高的特點,該方法在工程質量檢測中得到廣泛應用。檢測技術主要是利用特定設備發射電磁波,再根據電磁波在不同介質中的折射和反射現象[2,3,4]及原理,通過數據及圖像處理軟件推斷和判定被檢測結構內部的缺陷。地質雷達法應用于質量檢測工作時,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。當被檢測混凝土內部出現常見質量缺陷時,其內部填充了水或空氣,造成介質常數變化,通過檢測其變化推斷混凝土內部缺陷;若襯砌混凝土內部有嚴重缺陷時,其檢測數據可能與脫空反映基本一致;而鋼筋作為干擾體出現,它們與周邊介質間同樣存在明顯的介電常數差異,這將不同程度干擾檢測工作的最終成果,應結合工程結構情況加以排除。

  3.2、 超聲層析成像法檢測技術

  超聲層析成像法是基于超聲橫波脈沖回波技術,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,從而推算混凝土橫波波速及完整基巖橫波波速。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],其方法及原理類似于醫學上的B型超聲波,檢測結果較直觀。

  通過混凝土斷層超聲成像儀實現超聲層析成像法,在進行檢測中每次數據采集時,底部12排(每排4個)檢波器會進行激發和接收的轉換,第1排激發時,后面的檢波器接收信號,然后轉換成第2排激發,后面的檢波器接收信號,直到最后1排檢波器激發接收完畢時結束1次采集。每次采集既可以接收到廣角的超聲橫波反射信號,也可以接收到小角度的超聲橫波反射信號;經測定后,推測混凝土結構的厚度、鋼筋保護層厚度等參數以及混凝土內部缺陷的具體參數。

  3.3 、垂直聲波反射法檢測技術

  垂直聲波反射法運用地震映像進行檢測。主要檢測技術是運用地震波在不同介質中的反射波、面波、轉換波的改變和波阻抗變化[7],造成傳播速度、傳播時間及波形發生改變,并通過對比及分析從而判定被檢測物體內部缺陷的具體位置。

  電站根據檢測位置的實際情況,布置了“井”字型測線,選擇合適的觀測系統及相關參數。采用的大功率超磁發射機做發射震源,檢測鋼襯混凝土內部的脫空情況。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波速或波阻抗有一定的差異,而正常質量的混凝土與有缺陷的混凝土之間波阻抗差異大,因此可選用該方法進行蝸殼鋼襯混凝土檢測。

  4、 現場檢測及成果分析

  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,測定混凝土介質物理參數;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對比依據,保證檢測結果真實可靠。引水道進口漸變段長20m、寬7m,結合引水道進口漸變段的特點主要檢測頂拱襯砌混凝土質量及缺陷、脫空情況[8],檢測測線布置主要根據現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,形成網格狀進行檢測。見圖1。

  尾水支洞則沿洞軸線方向選取頂拱、左側邊墻及右側邊墻各布置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雷達測線布置圖
圖1 引水道進口漸變段地質雷達測線布置圖

  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進行測量,通過對記數輪進行距離標定,保證檢測距離米數與現場實際距離一致。檢測過程中保證天線與混凝土表面耦合良好且須做好現場記錄,記錄內容含測線位置、測線方向、起始位置、結束位置等詳細數據。當檢測過程中發現數據異常時,及時進行檢查、復測,排除偶然干擾,保證檢測結果精度高及達到相互驗證的目的。

  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個區域進行對比性試驗,計算出超聲層析混凝土橫波波速及完整基巖橫波波速,確定襯砌混凝土各結構層的反射參數。經現場對比性試驗檢測后,確定彩色增益、模擬增益、發射頻率、波速等檢測技術參數,并在檢測測試儀器上對參數進行設置;再按照檢測技術要求開展現場檢測,檢測過程中做好現場記錄,含測線位置、測線方向、起始位置、結束位置。

  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,為保證檢測結果真實反應被測物體實際情況,需將被測物體表面清理干凈,并對檢測儀器進行測試使其各項技術參數滿足技術要求。見圖2、圖3。

  圖2 超聲層析成像法檢測測點布置圖
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
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雷達法及超聲橫波三維成像法進行檢測,通過2種檢測方法綜合分析判定物探成果[9],從而得到檢測部位襯砌混凝土內部缺陷[10]位置及范圍、缺陷性質(如:脫空、混凝土內部不密實、微裂縫等)、缺陷距表面深度、混凝土厚度等詳細的數據。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、襯砌混凝土內部存在不密實及微裂縫情況,但缺陷對水工建筑物安全穩定運行無影響;全部機組引水道漸變段鋼筋混凝土保護層厚度、混凝土厚度、混凝土內部鋼筋與設計一致。

  尾水支洞襯砌混凝土檢測全部運用地質雷達法檢測,經對檢測結果進行分析襯砌混凝土內部無缺陷,且鋼筋混凝土保護層厚度、混凝土厚度、混凝土內部鋼筋與設計技術文件一致。蝸殼鋼襯混凝土運用垂直聲波反射法進行檢測,經對檢測結果進行分析,部分機組鋼襯混凝土存在脫空情況,但存在的缺陷對結構安全性無影響,脫空面積最大約0.7m2。

  機組流道通過3種檢測技術對混凝土質量及缺陷進行了全面檢測,檢測原始數據非常直觀的反應了混凝土質量及缺陷。根據檢測結果,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、 結語

  電站機組流道運用地質雷達法、超聲層析成像法、垂直聲波反射法等技術進行混凝土質量及缺陷檢測,檢測方法具有方便、工作快速高效、數據直觀及對結構無損傷的特點且各項技術都成熟,適合于水電站水工建筑物混凝土內部缺陷檢測,為水工建筑安全分析及評判提供有利的數據支撐。經過對全部機組流道混凝土質量及缺陷進行檢測,為機組狀態檢修提高了可靠的數據,也為水工建筑物安全穩定運行提供了科學的數據支撐。同時,因機組流道經過長時間高速水流的沖刷,混凝土表面已存在不同程度的沖蝕,后續將結合檢修工作,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],及時掌握襯砌混凝土性能,以便從混凝土質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。

  參考文獻

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    普中勇,趙培雙,孔明.機組流道水工建筑物的結構檢測與安全評估[J].云南水力發電,2019,35(05):184-186.
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