綜合物探法探測(cè)大壩裂縫大小及灌漿效果

◎ 趙波 新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì)

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綜合物探法探測(cè)大壩裂縫大小及灌漿效果

◎ 趙波 新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì)

摘 要：在大壩出現(xiàn)裂縫之后，會(huì)影響到壩體的整體性能，為了確保壩體的正常使用，需要對(duì)其進(jìn)行灌漿處理。在出現(xiàn)裂縫之處就需要通過綜合物探法進(jìn)行裂縫大小的探測(cè)，在灌漿處理之后也需要對(duì)灌漿效果進(jìn)行探測(cè)。本文結(jié)合實(shí)際的工程案例，采取彈性波CT結(jié)合超聲波的綜合檢測(cè)技術(shù)，對(duì)探測(cè)大壩裂縫大小和灌漿效果的探測(cè)作了闡述，希望可以對(duì)相關(guān)人員起到參考作用。

關(guān)鍵詞：綜合物探法 大壩 裂縫大小探測(cè) 灌漿效果

大壩在水利工程中是非常關(guān)鍵的存在，一旦壩體出現(xiàn)裂縫問題，就會(huì)導(dǎo)致壩體的穩(wěn)定性和安全性下降。若是不及時(shí)處理，這可能產(chǎn)生更大的威脅。根據(jù)裂縫形式、大小以及深度的不同，灌漿處理的方式也存在一定差異。因此，需要通過綜合物探法對(duì)大壩裂縫進(jìn)行可靠探測(cè)，得出具體的裂縫參數(shù)，據(jù)此確定灌漿處理的施工方案，強(qiáng)化處理效果。不僅如此，還需對(duì)灌漿效果進(jìn)行探測(cè)，確保裂縫處理到位。

1.綜合物探

綜合物探法就是對(duì)物探法的綜合使用，通過兩種及以上的物探方法相結(jié)合，對(duì)探測(cè)對(duì)象進(jìn)行全面探測(cè)，得到相關(guān)物理參數(shù)，用于支撐相關(guān)工作。物探，一般是指地球物理勘探，其基于物理學(xué)原理或方法的地球物理勘探技術(shù)，對(duì)物理場分布、規(guī)律以及變化等進(jìn)行全面檢測(cè)。在大壩裂縫問題上，單一的物探技術(shù)可能受到外界因素或是探測(cè)人員的影響，出現(xiàn)探測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)的情況。因此，綜合兩種及以上的物探技術(shù)進(jìn)行綜合探測(cè)，可以提升探測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，為后續(xù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.綜合物探技術(shù)在大壩裂縫大小探測(cè)中的應(yīng)用

2.1 工程詳情

位于我國北方某地的一截潛工程主要是供城區(qū)生活用水。在該工程的明渠和陡坡渠段使用了鋼筋混凝土蓋板對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)水體污染，實(shí)現(xiàn)了輸水線路的全封閉。輸水線路的總長度達(dá)到了12.02km，進(jìn)出口水位落差為139m，引水流量為5m3/s，加大引水流量為8m3/s，工程等級(jí)為III級(jí)，規(guī)模中等。該工程由于修建時(shí)間較長，日常維護(hù)工作不到位，導(dǎo)致大壩部分出現(xiàn)了裂縫安全問題，通過多方論證，決定采用垂直注漿的手段進(jìn)行修補(bǔ)加固。加固之后是否還存在空隙問題需要通過綜合物探進(jìn)行檢查。

2.2 探測(cè)方法

這里主要采用彈性波CT結(jié)合超聲波的方法對(duì)大壩進(jìn)行檢測(cè)，這兩種技術(shù)在原理和實(shí)際功能上存在較大的差異，下面就針對(duì)其進(jìn)行分別闡述。

彈性波CT檢測(cè)技術(shù)也稱為彈性波層析成像技術(shù)，其和醫(yī)學(xué)CT原理相同，在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，通過一定計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行處理就可以建立介質(zhì)速度的二維圖像，并以此作為基礎(chǔ)對(duì)巖性、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行推導(dǎo)。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，彈性波CT技術(shù)在探測(cè)的精度和分辨率上具有較高水準(zhǔn)。檢測(cè)無損以及成像直觀的特點(diǎn)使其受到眾多行業(yè)的青睞。在對(duì)上述工程大壩進(jìn)行裂縫探測(cè)時(shí)，運(yùn)用該技術(shù)可以得出確切的裂縫尺寸以及具體圖像，進(jìn)而為裂縫的關(guān)鍵處理提供必要的參考。

超聲波法的發(fā)展時(shí)間較長，在無損檢測(cè)方面的應(yīng)用也不斷深入。這是因?yàn)槌暡ň哂休^強(qiáng)的穿透能力，在檢測(cè)操作上也比較簡單，成本較為低廉。在工程建設(shè)中，超聲波檢測(cè)技術(shù)在大壩、灌注樁、承臺(tái)、橋臺(tái)以及橋墩等方面的檢測(cè)中都實(shí)現(xiàn)了大范圍的應(yīng)用，對(duì)保障混凝土的質(zhì)量起到了積極作用。

3.檢測(cè)結(jié)果與分析

3.1 彈性波CT探測(cè)結(jié)果

在對(duì)上述工程的裂縫和灌漿效果進(jìn)行探測(cè)時(shí)，通過彈性波CT技術(shù)，其會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生一個(gè)瞬態(tài)激振，使彈性波通過傳感器反饋到探測(cè)器上，得出裂縫的CT斷面。本次檢測(cè)所使用的儀器設(shè)備為SES-2型測(cè)試系統(tǒng)，采樣頻率為10、25、50、100、250……80000us；頻帶在0.5-4000Hz范圍內(nèi)；采樣點(diǎn)數(shù)為512、1024……400000；記錄長度為5.12ms-8000s；順勢(shì)浮點(diǎn)放大A/D20bit；濾波模擬為高通、高通1、高通2以及全通幾種。對(duì)大壩進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置為步距10cm、偏移距300cm、采樣點(diǎn)512、采樣時(shí)間間隔0.01ms，最后得出如圖1所示CT斷面圖像。

圖1 大壩裂縫斷面CT圖像

圖2 超聲波檢測(cè)平測(cè)法

在對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿處理的時(shí)候，若是漿液灌注充分，彈性波可以完整的通過，形成較為完整的同相軸；要是在裂縫灌漿存在空隙的時(shí)候，彈性波在穿過空隙的過程中會(huì)產(chǎn)生繞射，從而使得斷面CT圖像上的同相軸發(fā)生散亂的情況。因此，通過探測(cè)得出的CT圖像可以對(duì)灌漿施工效果展開評(píng)價(jià)。

3.2 超聲波探測(cè)結(jié)果

利用超聲波對(duì)大壩裂縫進(jìn)行探測(cè)，主要就是對(duì)裂縫的深度進(jìn)行探測(cè)，并通過裂縫顯微鏡對(duì)其寬度進(jìn)行讀取。在探測(cè)時(shí)，通過平測(cè)法對(duì)裂縫附近的混凝土進(jìn)行傳播速度的檢測(cè)，在條件適宜的地段可以通過穿法采集數(shù)據(jù)，以便對(duì)混凝土內(nèi)部的聲波傳播速度進(jìn)行客觀全面的反映。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)測(cè)線進(jìn)行布置，同時(shí)在裂縫兩側(cè)對(duì)稱布設(shè)換能器，并給予同步觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)裂縫時(shí)距曲線的測(cè)量。針對(duì)上述大壩，超聲波探測(cè)使用的儀器為GJY-IC工程檢測(cè)儀，其發(fā)射脈寬為5-250us、發(fā)射電壓為可調(diào)10-1000V、放大器增益為-18db-84db，頻帶范圍1-500kHz、觸發(fā)增益0db-42db、輸入阻抗4.7k。利用該儀器對(duì)裂縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要是通過聲波的衍射現(xiàn)象探測(cè)裂縫的深度，基于平測(cè)法，設(shè)置于裂縫兩側(cè)的換能器能夠發(fā)出聲波，但是其發(fā)出的聲波無法達(dá)到接收換能器。這是因?yàn)榻邮論Q能器所能接受到的聲波是繞過裂縫下緣的衍射聲波。而在不跨縫的條件下，繞射會(huì)使得聲程增加，導(dǎo)致其傳播時(shí)間變長，具體如圖2所示。

在進(jìn)行跨縫聲時(shí)測(cè)量時(shí)，首先需要在裂縫上選擇測(cè)點(diǎn)，以該測(cè)點(diǎn)為中心布置測(cè)線，并在一定間距下設(shè)置4-6組測(cè)點(diǎn)就可以得到對(duì)應(yīng)的4-6組探測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算出混凝土的聲速。通過實(shí)際探測(cè)最后得出，表孔的溢流面H6裂縫長度是3.2m，深度48cm，寬度0.3mm。而在底孔的1#裂縫，經(jīng)過測(cè)量得出其最小寬度為0.34mm，最大寬度為1.86mm，長度為通高。底孔的2#裂縫經(jīng)過測(cè)量，其最小裂縫寬度為0.34mm，最大裂縫寬度為1.92mm，長度為通高。

在大壩壩體出現(xiàn)裂縫問題以后，可能造成滲水等問題，所以需要對(duì)其進(jìn)行灌漿加固處理。在灌漿加固處理之后，由于裂縫自身原因以及灌漿施工原因，可能導(dǎo)致裂縫內(nèi)部存在空隙，灌漿加固的質(zhì)量存在缺陷。因此，需要通過綜合物探法對(duì)大壩裂縫的大小和灌漿效果進(jìn)行探測(cè)。通過實(shí)際的工程案例，彈性波CT和超聲波檢測(cè)這兩種技術(shù)結(jié)合使用，在大壩裂縫檢測(cè)中能夠發(fā)揮實(shí)際作用。進(jìn)過檢測(cè)，上述工程的裂縫位置、深度、寬度等參數(shù)都實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)測(cè)量。在根據(jù)灌漿效果探測(cè)，發(fā)現(xiàn)同相軸繞射的問題不明顯，說明灌漿處理效果較好。

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