水下混凝土表面缺陷綜合檢測技術(shù)分析

(1.葫蘆島市水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 葫蘆島 125000；2.遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003；3.東港市白云閘工程管理處，遼寧 東港 118300)

馬前寨攔河水閘工程為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，消力池底板尺寸為25.0m×30.0m(順水流方向×垂直水流方向)，底板表面以上水深1.2～3.5m，在冬季運行期間發(fā)現(xiàn)有部分水面出現(xiàn)長時間不結(jié)冰現(xiàn)象，疑似底板發(fā)生破壞，可能存在滲水區(qū)域，為準確確定其滲水區(qū)域范圍，需對底板進行水下檢測。本次采用精密水下回聲測深儀及探地雷達綜合檢測該底板混凝土表面狀況。

1 儀器設(shè)備及原理

精密水下回聲測深儀：分辨率0.01m，精度±0.5%，工作溫度-25℃～60℃。精密水下回聲測深儀系統(tǒng)并不直接測量深度或距離，實際測量所顯示的是時間，這一時間是從所發(fā)射的精密水下回聲測深儀脈沖離開換能器陣在介質(zhì)中傳播到目的體，然后回到換能器的時間，通過時間計算出目的體的深度[1]。

探地雷達：天線頻率200MHz，掃描速度850掃/s，探測時窗4～25600snec，采樣點數(shù)128～8192點，最大疊加數(shù)32768，動態(tài)范圍>160dB，信噪比>160dB，分辨率5psec，AD轉(zhuǎn)換：16bt，工作溫度-15℃～40℃，防水標準IP65。探地雷達系統(tǒng)是利用一個天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個天線接收來自介質(zhì)面的反射波，電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電場強度和波形將隨著通過介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)而變化，根據(jù)接收到的波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度與波資料推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)[2]。

圖1 待檢測區(qū)運行期間現(xiàn)狀

待檢測區(qū)運行期間現(xiàn)狀如圖1所示。

2 測線布置

依據(jù)《水利水電工程物探規(guī)程》(SL326—2005)的規(guī)定：測網(wǎng)布置應根據(jù)任務要求、探測方法、探測目的體的規(guī)模與埋深等因素綜合確定，測網(wǎng)和工作比例尺的選擇應能反應探測的目的體，并可在平面圖上清楚地標識出其位置和形態(tài)[3]。

結(jié)合構(gòu)筑物尺寸、風速、水流流速等現(xiàn)場實際情況，采用剖面法網(wǎng)格式布置測線。垂直水流方向測試25條測線，測線順序為測線1至測線25，方向均由左岸向右岸，測線間距1.0m，順水流方向測試29條測線，測線順序為測線1至測線29，方向均由上游向下游，測線間距1.0m。詳細測線布置如圖2所示。

圖2 測線布置示意圖 (單位：m)

3 數(shù)據(jù)分析

本次實際綜合采集數(shù)據(jù)108條測線。精密水下回聲測深儀測線條數(shù)54條，剖面分析成果圖54張，探地雷達測線條數(shù)54條，剖面分析成果圖54張，兩設(shè)備測線位置一一對應。下面對部分檢測成果進行比對分析。

3.1 底板正常情況

以垂直水流方向測線3為例：圖3為精密水下回聲測深儀測線3分析處理后的檢測結(jié)果圖，由圖3可清晰讀出，水深2.00m位置明顯層位線，界面平直，無明顯異常，推斷此處底板平直，數(shù)據(jù)成果見表1；圖4為探地雷達測線3分析處理后檢測結(jié)果圖。水深2.00m位置明顯界面線，推斷此處底板無塌陷。為確保檢測結(jié)果，經(jīng)水準尺三等分點法測水深，并采用內(nèi)窺鏡觸點法查看底板情況，實測數(shù)據(jù)與檢測結(jié)果相符。數(shù)據(jù)成果見表2。

圖3 精密水下回聲測深儀測線3檢測結(jié)果 (單位：m)

表1 精密水下回聲測深儀測線3垂直水流水面深度結(jié)果 (單位：m)

表2 探地雷達測線3垂直水流水面深度結(jié)果 (單位：m)

3.2 底板輕微起伏情況

以垂直水流測線13為例：圖5為精密水下回聲測深儀測線13分析處理后的檢測結(jié)果圖，由圖中可清晰讀出，左岸水平位置0.0～8.0m，右岸37.0～42.0m，水深2.8m明顯層位線，界面平直，無明顯異常，推斷此處未塌陷；水平位置8.0～37.0m，水深2.5～2.8m不規(guī)則變化，推斷此處底板輕微破壞。圖6為探地雷達測線13檢測結(jié)果圖，檢測結(jié)果與精密水下測深儀結(jié)果基本吻合，但當處于此水深時，探地雷達200MHz天線已經(jīng)達到分辨率界限。因兩側(cè)拉力不均，及此時風速較大，影響水平長度較大。經(jīng)實際驗證，底板輕微破碎。

圖5 精密水下回聲測深儀測線13檢測結(jié)果 (單位：m)

圖6 探地雷達測線13檢測結(jié)果 (單位：m)

3.3 底板明顯起伏不平情況

以垂直水流測線14為例：圖7為精密水下回聲測深儀測線14分析處理后的檢測結(jié)果圖，圖中可清晰讀出，左岸6.0～11.0m逐漸傾斜塌陷，11.0～12.0m為塌陷最低處，水深1.2m漸變至1.7m；12.0～18.0m傾斜，水深1.7m漸變至1.2m；18.0～24.0m底板正常，24.0～28.0m漸變成塌陷坑，28.0～32.0m底板正常，水深1.2m。圖8為探地雷達測線14分析處理后檢測結(jié)果圖，檢測結(jié)果與精密水下測深儀吻合。經(jīng)實際驗證，底板塌陷，起伏不平。

圖7 精密水下回聲測深儀測線14檢測結(jié)果 (單位：m)

圖8 探地雷達測線14檢測結(jié)果 (單位：m)

3.4 底板出現(xiàn)井狀結(jié)構(gòu)物情況

以垂直水流測線16為例：圖9為精密水下回聲測深儀測線16分析處理后的檢測結(jié)果圖，由圖中可讀出水平位置3.0m開始出現(xiàn)6個豎井狀結(jié)構(gòu)物，井深1.0m，井壁厚度在0.2m，井內(nèi)徑寬度為2.0m，井底凹凸不平。圖10為探地雷達測線16分析處理后檢測結(jié)果圖，檢測結(jié)果與精密水下測深儀吻合。經(jīng)實際驗證，綜合檢測結(jié)果與實際相符，內(nèi)窺鏡查看到井狀結(jié)構(gòu)物底有拋石類物體。

圖9 精密水下回聲測深儀測線16檢測結(jié)果 (單位：m)

圖10 探地雷達測線16檢測結(jié)果 (單位：m)

4 檢測結(jié)果

該消力池底板確實存在大范圍破壞區(qū)域。由水平及垂直測線統(tǒng)計結(jié)果，繪制破壞區(qū)域示意圖如圖11所示。圖中陰影部分為破壞影響范圍，井字結(jié)構(gòu)疑似原設(shè)計排水類結(jié)構(gòu)。

圖11 底板破壞區(qū)域綜合檢測結(jié)果示意圖 (單位：m)

5 結(jié) 論

依據(jù)本次檢測結(jié)果可以得出：精密水下回聲測深儀系統(tǒng)與探地雷達系統(tǒng)均能準確地檢測出水下大范圍的混凝土表面缺陷。但仍存在一些不足，?由于操作面在水上受環(huán)境限制，各系統(tǒng)采用時間采集模式，圖像長度與實際原長有誤差，在準確定位缺陷大小時，每條測線采用等比例推算，會有偏差，如果采用留鉛芯標記，工作量較大。?采用船測方式，兩側(cè)的拉力非勻速運動，圖像上橫向距離誤差會增加。?受風向及水流流速的影響，測線長度及位置同時會形成偏向下游的弧線。從整體數(shù)據(jù)讀出，精密水下回聲測深儀系統(tǒng)在全程探測過程中均能能測到底板表面，但偶爾受船漿滑動的影響，對圖像采集質(zhì)量干擾較大，圖像分辨率差。而探地雷達系統(tǒng)200MHz天線在水深超過2.5m時，底部信號已不明顯，但在水深較淺時雷達系統(tǒng)圖像比精密水下回聲測深儀系統(tǒng)分辨率更高。

本次綜合檢測結(jié)果與實測數(shù)據(jù)相符，有利于該項技術(shù)推廣應用，可為以后類似工程質(zhì)量的檢測，提供良好的技術(shù)支持。