荊江河段水下沉排工程質(zhì)量檢測技術(shù)方案

黃偉

摘 要：針對航道整治工程中水下沉排效果難以檢測的問題，在部分荊江航道整治工程區(qū)域開展檢測試驗，比較分析了水下電視人工檢測技術(shù)、側(cè)掃聲吶技術(shù)和機械掃描聲吶技術(shù)三種技術(shù)的優(yōu)缺點。并通過理論推導(dǎo)，建立技術(shù)比選指標(biāo)，開展了三種技術(shù)的適用性分析。結(jié)果表明：采用機械掃描聲吶檢測技術(shù)并配合水下電視檢測技術(shù)作為驗證手段，能較好的適應(yīng)荊江河段水下沉排工程質(zhì)量檢測技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：航道整治工程 水下沉排 水下電視人工檢測 側(cè)掃聲吶檢測 機械掃描聲吶檢測

為改善荊江河段航道條件，適應(yīng)長江沿線經(jīng)濟社會快速發(fā)展，2012年國家批復(fù)實施荊江河段航道整治工程。在航道整治工程中，軟體排的鋪設(shè)不僅是航道整治工程其它工程能正常鋪設(shè)的基礎(chǔ)，而且其鋪設(shè)機械化程度較高，施工速度快，精度高，使得其在長江航道整治中運用較為廣泛，是航道整治工程極為關(guān)鍵的一種結(jié)構(gòu)型式，其施工質(zhì)量的好壞決定了工程的成敗。隨著航道工程的發(fā)展，軟體排的鋪設(shè)水平逐步提高，但由于鋪設(shè)后的排體處于水下，對其鋪設(shè)后的效果判斷及檢測也成了水下沉排工程質(zhì)量控制的難點。對沉排工程質(zhì)量檢測技術(shù)進行研究，提高檢測能力，有效改進施工質(zhì)量，從而提高長江航道整治水下沉排工程整體施工質(zhì)量，保證航道工程的效益具有極為重要的意義。本文依托長江中游荊江河段航道整治工程，針對水下沉排質(zhì)量控制和檢測技術(shù)開展對比研究，并提出了適合荊江航道整治工程水下鋪排質(zhì)量檢測的技術(shù)方法，對于進一步提高內(nèi)河和沿海航道治理水下沉排工程整體施工質(zhì)量具有借鑒和指導(dǎo)意義。

水下檢測試驗及評價方法優(yōu)化

針對荊江航道整治工程，開展鋪排區(qū)域水下檢測現(xiàn)場試驗。

1、水下電視檢測試驗

1.1 試驗設(shè)備及工況

選取的水下電視設(shè)備分別為SXD—IIIBFKR型水下電視和UWS-3310型水下電視。試驗工況見表1。

表1 水下電視檢測試驗工況表

1.2 試驗結(jié)果

采用UWS-3310型水下電視在水上時，發(fā)現(xiàn)攝像頭的可視距離超過了50cm的范圍。但是在下水5米左右水深時，可視距離明顯大幅度下降。從以上實驗結(jié)果分析可知，從技術(shù)參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)方面，以及實際應(yīng)用情況，其結(jié)果差別并不大，可視距離基本上都在15cm左右。

2、側(cè)掃聲吶檢測試驗

2.1 試驗設(shè)備及工況

側(cè)掃聲吶檢測設(shè)備選取的是美國Benthos公司的sis-1624型雙頻聲吶。試驗工況見表2。

表2 水下電視檢測試驗工況表

2.2 檢測結(jié)果分析

第1組試驗結(jié)果分析可知，圖1中分布多塊不均勻的陰影區(qū)域，陰影區(qū)域里有多條排列規(guī)則的條狀陰影，推測應(yīng)該是排體上系結(jié)的砼塊，推測鋪排區(qū)域淤沙嚴重，大部分排體已被淤沙掩埋。圖2中右邊位置可以看到一片整齊的陰影區(qū)域，有部分整齊的條狀陰影，推測是排體上系結(jié)的砼塊?？梢钥吹疥幱皡^(qū)域邊界整齊，可以區(qū)分出鋪排區(qū)域，但是無法判斷排體搭接。在試驗中，我們發(fā)現(xiàn)減小檢測距離，獲得聲圖的圖案要相對清晰；高頻掃測時，無法獲得回波信號，主要原因一是江水含沙量太大，二是檢測距離太大，高頻信號損失嚴重。

第2組試驗結(jié)果分析可知，由于碾子灣沉排已經(jīng)完成6年，沉排區(qū)域完全無法分辨，側(cè)掃聲吶難以分辨砼塊等相對較小的物體，但對于較大范圍的目標(biāo)有一定可視性，并且可以獲取目標(biāo)的區(qū)域范圍和坐標(biāo)方位。

第3組試驗結(jié)果分析可知，1#潛壩護岸未出現(xiàn)任何變形，可以判斷出1#潛壩護坡在經(jīng)歷此輪洪峰后，枯水平臺，護坡和馬道保持穩(wěn)固，未出現(xiàn)崩岸和損壞情況。

3、機械掃描聲吶檢測試驗

3.1 檢測設(shè)備及工況

本試驗使用的是MS1000掃描聲吶，試驗工況見表3。三組工況分別對排體的鋪設(shè)以及砼塊綁系情況、砼塊移動情況和大范圍區(qū)域情況進行試驗。

表3 水下電視檢測試驗工況表

3.2 檢測結(jié)果

由聲圖（圖3，圖4）分析表明，圓心處即是聲吶位置，周圍黑色區(qū)域為盲區(qū)，半徑為1.8米左右。對比排布未搭接圖和排布搭接圖，整張排布上面砼塊清晰可見，大部分排列整齊。在圖3中，我們發(fā)現(xiàn)聲吶掃測盲區(qū)左方區(qū)域即為未搭接區(qū)域，在聲吶軟件上測量未搭接的寬度大概為1.1米。隨后，我們派遣潛水員下水進行探摸，驗證了下方搭接縫確實沒有搭接上，用標(biāo)尺測量，兩張排布邊緣相距1m左右，與聲吶圖像上測量的距離相近。左方排布邊緣有卷排現(xiàn)象，搭接縫下方有大量淤砂，而在聲吶右下方則可以看到排布隆起，可能是疊排或者此區(qū)域為突起地形。圖4中，我們可以看到搭接良好的排布，搭接縫順直，排布整體鋪設(shè)平順整齊，砼塊綁系穩(wěn)固，排體上有部分淤砂，但仍然無法得到排體搭接寬度。試驗結(jié)果表明，從MS1000機械掃描聲吶的聲圖中，我們可以得到整張排體的鋪設(shè)情況、砼塊綁系情況的質(zhì)量信息，但是無法得到排體搭接寬度。

水下檢測技術(shù)的適用性分析

1、適用性分析指標(biāo)

本文主要利用水力學(xué)指標(biāo)體系對所選檢測方案的適用性進行分析。具體則選擇寬矩形明槽斷面切應(yīng)力的分布、寬矩形明槽的層流運動和恒定總流的動量方程作為指標(biāo)檢驗各水下檢測技術(shù)的適用性。

1.1寬矩形明槽斷面切應(yīng)力分布

對于寬矩形明槽均勻流，過水?dāng)嗝嫔蠒r均流速u是水深y的函數(shù)。由于槽寬對于水深而言是很大的，所以我們?nèi)挝粚挾让鞑蹃磉M行分析，如圖5所示。取單寬B=1m來分析，切應(yīng)力只作用在bd和ef的界面上，在兩側(cè)面ab和cd上不出現(xiàn)切應(yīng)力。所以取aecf水體分析，得出摩阻流速公式見式（1），式中R是水力半徑，J水力坡度。

圖5 平均切應(yīng)力分析圖

■ （1）

1.2寬矩形明槽的層流運動

寬矩形明槽層流的縱剖面圖中，切應(yīng)力τ的分布可用式（2）計算，根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，切應(yīng)力與橫向流速梯度du/dy的關(guān)系如下：endprint