水利工程質(zhì)量檢測若干新方法的研究與應(yīng)用

路偉亭 姚 亮

一、前言

質(zhì)量是水利工程的生命，施工階段質(zhì)量控制是水利工程項(xiàng)目全過程質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前絕大部分質(zhì)量檢測方法都出現(xiàn)在施工階段的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程中，如《水電水利基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定用2m靠尺測量模板平整度，通過對模板質(zhì)量的控制對成型后混凝土的表面平整度進(jìn)行控制；《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》對成型后的混凝土強(qiáng)度、密實(shí)性和內(nèi)部缺陷、裂縫深度、混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕情況等都規(guī)定了相應(yīng)的檢測方法。

隨著一些新工藝和新材料應(yīng)用于水利工程，現(xiàn)有的檢測技術(shù)出現(xiàn)一定局限性，有些質(zhì)量情況甚至無法檢測。例如，利用外包混凝土對老閘墩進(jìn)行加固時(shí)，需要了解新老混凝土結(jié)合強(qiáng)度，但目前缺乏檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，甚至沒有專用的檢測設(shè)備。超聲法測試混凝土內(nèi)部缺陷一般要求構(gòu)件具有兩個(gè)可以操作的對稱側(cè)面（如水閘中墩、工作橋排架柱等），當(dāng)需要了解水閘邊墩、閘室底板或穿堤箱涵側(cè)墻混凝土內(nèi)部缺陷情況時(shí)，超聲對測法就無法布置測區(qū)，而超聲平測法只能測試深度不大于50cm的裂縫深度和表面損傷層厚度，不能用于測試混凝土內(nèi)部缺陷。在對水閘和大壩進(jìn)行技術(shù)管理的各類檢查（定期檢查、專項(xiàng)檢查和安全鑒定）時(shí)，都需要檢查混凝土有沒有出現(xiàn)裂縫、腐蝕、剝蝕、露筋等老化病害情況，主要是借助登腳手架或吊籃設(shè)施，利用目測、望遠(yuǎn)鏡觀測、拍照、尺量、描述的方法記錄缺陷性態(tài)，存在工作效率低、配合輔助工作復(fù)雜、準(zhǔn)確度和觀測連續(xù)性差、不同檢測人員檢查結(jié)果差異大等問題。

二、質(zhì)量檢測新方法的研究內(nèi)容

1.鉆拉法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度技術(shù)研究

結(jié)構(gòu)混凝土軸心抗拉強(qiáng)度檢測技術(shù)，包括測點(diǎn)的布置、樣品的現(xiàn)場制備、現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、測強(qiáng)曲線的建立、強(qiáng)度推定等核心內(nèi)容，測試結(jié)果為水工混凝土裂縫分析提供必要的數(shù)據(jù)；新老混凝土結(jié)合強(qiáng)度以及其他修補(bǔ)材料與老混凝土間的結(jié)合強(qiáng)度檢測技術(shù)，包括測點(diǎn)的布置、樣品的現(xiàn)場制備、現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、測強(qiáng)曲線的建立、結(jié)果分析評價(jià)等核心內(nèi)容，為驗(yàn)收和評價(jià)老的水利工程修復(fù)、加固質(zhì)量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.沖擊回波法檢測混凝土內(nèi)部缺陷技術(shù)研究

通過對大量預(yù)設(shè)缺陷的沖擊回波測試，研究不同類型、不同深度和大小的缺陷所對應(yīng)的曲線（首波頻率、波幅和波速）形式，并研究沖擊回波曲線的分析方法，為該方法真正用于工程實(shí)例提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫支持。

3.遠(yuǎn)程攝像法檢測混凝土表面病害缺陷技術(shù)研究

通過在具體工程上的應(yīng)用，研究SCANSITES遠(yuǎn)方缺陷檢查系統(tǒng)如何集合光學(xué)、電子、控制，圖形技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，以非接觸的方式，在距離幾百米的地方對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面“掃描”；對發(fā)現(xiàn)的非正?，F(xiàn)象進(jìn)行定位、定性、測量和記錄；建立起一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)表面狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和Autocad圖形；研究如何結(jié)合水利工程的特點(diǎn)，建立起適用于水利工程建設(shè)與管理的測試程序、缺陷數(shù)據(jù)庫和缺陷圖形。

4.弱電磁法探測水工設(shè)備鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量技術(shù)研究

采用弱電磁法對水工設(shè)備鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行探傷的檢測原理；研究使用以電磁原理為基礎(chǔ)的鋼絲繩探傷儀進(jìn)行各類承力鋼絲繩探傷的檢測方法以及對結(jié)果的判定方法，找到一種能有效用于水工設(shè)備鋼絲繩探傷的科學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)可操作的水工設(shè)備鋼絲繩內(nèi)在質(zhì)量探傷；在上述基礎(chǔ)上，進(jìn)一步編制用于指導(dǎo)水工設(shè)備鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量探傷的技術(shù)規(guī)范。

5.靜力觸探法（CPT）檢測土方填筑質(zhì)量技術(shù)研究

通過調(diào)查搜集淮河流域有代表性的堤壩及建筑物兩側(cè)土方填筑工程質(zhì)量檢測方法的資料，全面掌握和分析各種類型土方填筑工程質(zhì)量檢測方法開展情況，尤其是對已有的檢測方法、儀器設(shè)備、檢測指標(biāo)、評判標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行類比分析；對國內(nèi)外各行業(yè)已有的工程檢測類規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)深入分析研究，建立靜力觸探檢測方法為主體、少量鉆孔取樣檢測為輔助的深層土方填筑工程質(zhì)量檢測方法及其檢測規(guī)程編制。

三、質(zhì)量檢測新方法的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)

1.鉆拉法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度技術(shù)研究

抽樣頻率、測區(qū)布置、樣品的現(xiàn)場制備即芯樣的長度和直徑對軸心抗拉強(qiáng)度的影響程度、施加荷載與芯樣軸線同軸度控制、結(jié)果評價(jià)方法等關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)。創(chuàng)新點(diǎn)在于提供了一種直接在結(jié)構(gòu)實(shí)體上測試混凝土抗拉強(qiáng)度的儀器和方法，以解決傳統(tǒng)制作標(biāo)準(zhǔn)試件的不方便、測試值不能直觀反映工程實(shí)體狀況、與結(jié)構(gòu)實(shí)體有一定差異等技術(shù)問題。

2.沖擊回波法檢測混凝土內(nèi)部缺陷技術(shù)研究

識(shí)別沖擊回波頻譜圖中的峰值并用來確定結(jié)構(gòu)混凝土的厚度和缺陷位置。由于混凝土結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、多樣性，因此難點(diǎn)在于實(shí)際操作中如何確定峰值與缺陷位置或厚度的相關(guān)關(guān)系。

3.遠(yuǎn)程攝像法檢測混凝土表面病害缺陷技術(shù)研究

對水利工程表面出現(xiàn)的各種缺陷（裂紋、泄漏、風(fēng)化等）進(jìn)行拍照、定位、測量，將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，并將準(zhǔn)確定位的缺陷繪制成Autocad圖。技術(shù)難點(diǎn)在于缺陷的傳輸和計(jì)算機(jī)后臺(tái)處理。創(chuàng)新點(diǎn)為缺陷數(shù)據(jù)庫的建立和缺陷自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。

4.弱電磁法探測水工設(shè)備鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量技術(shù)研究

探明采用弱電磁法進(jìn)行鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量探傷的可靠性以及對各類水工設(shè)備的適應(yīng)性，制定針對水工設(shè)備鋼絲繩的弱電磁法探傷結(jié)果的具體評定方法。采用基于電磁學(xué)原理的弱電磁法探測儀器，對在用或新制造水工設(shè)備用鋼絲繩的內(nèi)外部斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等各種損傷導(dǎo)致的實(shí)際承載金屬有效截面積損失率進(jìn)行定量檢測，正確評估被測鋼絲繩的剩余承載能力和使用壽命。目前有關(guān)水工設(shè)備安全檢測的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中尚未規(guī)定如何對承力鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測和評定，開展此項(xiàng)研究應(yīng)屬國內(nèi)水利行業(yè)之填補(bǔ)空白的技術(shù)創(chuàng)新。

5.靜力觸探法（CPT）檢測土方填筑質(zhì)量技術(shù)研究

如何建立靜力觸探與土的干密度關(guān)系模型是這項(xiàng)研究的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)；利用靜力觸探儀檢測土方填筑干密度和相應(yīng)關(guān)系模型的建立為技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

四、質(zhì)量檢測新方法的現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)

在工業(yè)與民用建筑行業(yè)，撥出法用于混凝土抗壓強(qiáng)度、外墻面磚粘結(jié)強(qiáng)度和碳纖維粘結(jié)強(qiáng)度的測試技術(shù)已經(jīng)成熟，并有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，如《后裝撥出法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》、《建筑工程飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)規(guī)程》。但國內(nèi)外尚沒有對混凝土抗拉強(qiáng)度的現(xiàn)場檢測技術(shù)做過系統(tǒng)研究，也沒有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。安徽省·淮委水利科學(xué)研究院近些年在結(jié)構(gòu)混凝土抗拉強(qiáng)度和新老混凝土結(jié)合強(qiáng)度檢測方面做過一些研究和應(yīng)用，并于2009年申報(bào)了兩項(xiàng)有關(guān)“混凝土拉剝儀”的發(fā)明專利和實(shí)用新型專利，其中實(shí)用新型專利已獲批準(zhǔn)，這些都為研究鉆拉法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。

對于水利工程混凝土缺陷的檢測，比較成熟的方法為超聲脈沖法，相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程為《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》。但是超聲法不能解決所有結(jié)構(gòu)的測缺問題。其他的一些測缺技術(shù)，如雷達(dá)法、紅外熱成像法、沖擊回波法，國內(nèi)有關(guān)科研單位在2003年以后都有一定研究。利用沖擊回波法可測試路面厚度、混凝土護(hù)坡厚度等，但對于沖擊回波參數(shù)（波速、頻率、波幅）和曲線與各種混凝土內(nèi)部缺陷性態(tài)之間的關(guān)系尚待進(jìn)一步研究。

鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量探傷目前已有的較為可靠實(shí)用的方法是霍爾效應(yīng)漏磁檢測方法，根據(jù)這一檢測方法設(shè)計(jì)的斷絲探傷檢測裝置即第一代鋼絲繩探傷儀。近年我國科學(xué)家成功發(fā)現(xiàn)空間磁場矢量態(tài)勢的變化和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，創(chuàng)立“空間磁場矢量合成”新理論，屬于國際領(lǐng)先技術(shù)。若將該理論應(yīng)用于鋼絲繩無損檢測就是弱電磁鋼絲繩探傷檢測新技術(shù)方法，可以實(shí)現(xiàn)對鋼絲繩各種損傷的定量檢測，并能準(zhǔn)確評估鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命。《重要用途鋼絲繩》（GB8918-2006）對鋼絲繩的承載力校核有嚴(yán)格的規(guī)定，而鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量是保證鋼絲繩承載力的關(guān)鍵所在。目前國內(nèi)只有冶金和礦業(yè)系統(tǒng)牽頭制定了《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》(GB/T 21837-2008)（試行）和《鋼絲繩（纜）在線無損定量檢測方法和判定規(guī)則》（MT/T 970-2006）。上述規(guī)范若用于水工設(shè)備用鋼絲繩探傷，還有許多方面的內(nèi)容沒有具體規(guī)定或者不適合，需要針對水工設(shè)備現(xiàn)場特點(diǎn)制定與強(qiáng)磁檢測方法不同的更先進(jìn)的弱電磁法檢測鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量的行業(yè)技術(shù)規(guī)范。

靜力觸探法廣泛應(yīng)用于土體承載力的測試，目前很少有單位對靜力觸探法檢測土方填筑質(zhì)量作系統(tǒng)研究。安徽省·淮委水利科學(xué)研究院于2000年嘗試采用靜力觸探法對土方填筑質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，做了大量的試驗(yàn)研究，并將干密度值與靜力觸探貫入阻力平均值采用二次曲線進(jìn)行擬合，該項(xiàng)成果于臨淮崗洪水控制工程和安徽省蚌埠圈堤加固工程檢測中得到了驗(yàn)證。

五、結(jié)語

開展水利工程質(zhì)量檢測新方法的研究，可以對現(xiàn)有檢測技術(shù)進(jìn)行有效補(bǔ)充，也可為制定行業(yè)相關(guān)的技術(shù)規(guī)程提供技術(shù)支持。通過研究，搞清檢測新方法的檢測原理，研制出或引進(jìn)相應(yīng)的檢測設(shè)備，研究出可操作的檢測技術(shù)方法，盡早形成行業(yè)內(nèi)的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上填補(bǔ)現(xiàn)有檢測技術(shù)方法的空白。將新檢測技術(shù)真正用于工程質(zhì)量檢測實(shí)踐，從而為控制水利工程建設(shè)質(zhì)量和有效管理提供更有力的技術(shù)保障■