混凝土面板堆石壩表觀及滲漏病害的水下檢測

左玲玲 張洪星

摘 要：面板堆石壩中堆石體與防滲體是相互依存的結(jié)構(gòu)，因堆石體與面板變形不協(xié)調(diào)、施工質(zhì)量參差不齊、不可控外力作用，可能會導致面板、防滲芯墻的局部變形或破壞而產(chǎn)生滲漏。采用無人潛水器（ROV）、多波束聲吶、側(cè)掃聲吶、光學觀察和示蹤等水下檢測技術(shù)，可快速、安全、有效地檢測面板堆石壩面板表觀缺陷及壩體滲漏病害。

關(guān)鍵詞：面板壩；表觀；滲漏；水下檢測

中圖分類號：TV698.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0145-03

Abstract： The rockfill body and impervious body are interdependent structures in concrete faced rockfill dam （CFRD）. Due to the uncoordinated deformation between rockfill body and face slab， uneven construction quality and uncontrollable external force may cause part of the face plate and the impervious core wall to deform or destroy， thus producing the leakage. Using underwater inspection techniques such as unmanned remotely operated vehicle （ROV）， multi-beam sonar， side-scan sonar， optical observation and tracer， the surface defects and leakage defects of concrete face rockfill dam can be detected quickly， safely and effectively.

Keywords： concrete faced rockfill dam （CFRD）； apparent； seepage； underwater detection

1 概述

混凝土面板堆石壩（簡稱“面板堆石壩”或“面板壩”），是以碾壓堆石體為支撐結(jié)構(gòu)，并在其上游表面澆筑混凝土面板作為防滲體的擋水大壩[1]，屬于土石壩類型。因其具備壩體斷面小、抗滑抗?jié)B、穩(wěn)定性好、施工方便、工期短、導流簡單、抗震性能較好、造價低等優(yōu)點，近年來得到了迅速的發(fā)展。本文主要介紹運營期面板壩常見病害，提出相應(yīng)水下檢測技術(shù)，以供類似工程作業(yè)參考。

2 面板壩常見病害

面板壩的組材結(jié)構(gòu)特點，使其易發(fā)生變形且持續(xù)變形時間較長。防滲面板是支撐在墊層和過渡料上的薄板結(jié)構(gòu)，依托在堆石體上部。兩結(jié)構(gòu)相互依存但物理性能差異大，導致面板壩病害特點復雜。面板壩區(qū)別于其他壩型的重要特點是易發(fā)生大壩滲漏，主要原因是防滲面板易發(fā)生病害。常見的運營期面板壩主要病害及局部破壞型式為： 滲透面板擠壓破壞、面板裂縫、面板塌陷、分縫止水失效和地震震損[1]。

3 檢測內(nèi)容

對于運營期面板堆石壩的水下檢測主要是包括兩個方面：

（1）面板表觀病害，如防滲面板擠壓破壞、裂縫、表面剝蝕、脫落、塌陷、堆積物、脫空等。

（2） 防滲面板滲漏、微觀病害等。

防滲面板表觀病害，不一定出現(xiàn)滲漏狀況；但出現(xiàn)滲漏狀況，一定存在表觀或微觀的病害。所以對于面板壩的檢測，一方面要檢測表觀病害，另一方面要檢測滲漏等“內(nèi)傷”。水下面板壩檢測采用的方法和檢測內(nèi)容與目的見表1。

4 檢測技術(shù)

首先利用多波束或者側(cè)掃聲吶對面板壩進行表觀檢測，然后在表觀檢測的基礎(chǔ)上進行滲漏等微觀檢測，判斷異?？臻g分布情況，再用ROV攜帶光學設(shè)備抵近進行照相或視頻觀察，進一步確定其聲學檢測效果；對于存在可疑滲漏病害的區(qū)域，再進一步進行噴墨示蹤檢測，以確定或驗證其是否存在滲漏，如圖1所示。

4.1 聲吶滲漏檢測技術(shù)

聲吶滲漏檢測技術(shù)，是利用震電理論與聲波在水中的優(yōu)異傳播特性，實現(xiàn)對水流速度場的測量[4]。聲吶檢測獲取水體流速、滲流源方向等數(shù)據(jù)，能夠分析出滲漏部位及破壞程度。

4.2 多波束探測技術(shù)

多波束測深系統(tǒng)準實時自動繪制出測區(qū)水下彩色等深圖，多波束聲信號的側(cè)掃成像，可提供直觀測時水下地貌特征[5]。

多波束探測系統(tǒng)對面板壩水下部分進行全全方位覆蓋掃描，檢查面板壩的完整性、過流面變形情況及水下淤積、判斷異常的空間分布情況等。以期判斷面板壩表觀病害及其面板上的堆積物，判斷面板平整程度及其病害異常的空間分布情況。

4.3 水下無人潛航器探查技術(shù)

水下無人潛航器（ROV）是一種工作于水下的作業(yè)平臺，能夠在惡劣水下環(huán)境、下潛深度增加條件下，替代潛水員，安全、高效地完成作業(yè)。ROV已成為水下檢測作業(yè)的重要工作平臺，可以搭載水下攝像設(shè)備、二維圖像聲吶、三維聲吶等檢測設(shè)備，如圖2所示。對采用水下多波束發(fā)現(xiàn)的異常情況采用水下無人潛航器（ROV）搭載水下光學攝像設(shè)備及二維圖像聲吶等檢測設(shè)備，對面板壩重點關(guān)注部位、異常部位進行直觀檢查驗證。

4.4 水下噴墨示蹤技術(shù)

為了驗證聲吶水下探測面板壩集中滲漏通道的準確性，對滲漏量較大的集中滲漏點，可由ROV搭載水下噴墨示蹤和高清攝像設(shè)備，對滲漏點的位置、滲漏流向和水下形態(tài)采用水下動態(tài)高清攝像，檢測及驗證集中滲漏點滲漏狀態(tài)。從壩上游滲漏入口導入示蹤染料流到壩下游滲漏的出水口，根據(jù)示蹤染料平均行程時間，檢測、驗證聲吶探測的壩體上下游的滲漏點。

5 檢測技術(shù)應(yīng)用

某水電站河床布置主壩，左岸條形山脊上布置副壩；溢洪道布置在左岸，位于主、副壩之間；泄洪洞布置在溢洪道左側(cè)山體中；地下引水發(fā)電廠房布置在右岸。主壩和副壩均為混凝土面板堆石壩，壩頂高程482.50m，壩頂寬10.00m，主壩壩頂長423.75m，最大壩高185.50m，副壩壩頂長233.78m，最大壩高50.50m，主、副壩上下游壩坡均為1：1.4。

經(jīng)長時間運行后發(fā)現(xiàn)壩體結(jié)構(gòu)存在滲漏現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場實際情況使用多種方法進行滲漏檢測工作。根據(jù)面板壩水下的實際面積、長、寬等參數(shù)，設(shè)計合適的側(cè)線進行多波束或側(cè)掃聲吶掃描、聲吶滲漏檢測，以便準確、無遺漏地進行面板壩的表觀病害及滲漏微觀檢測。測線設(shè)計布置思路以某面板壩為例，如圖3所示。

水下多波束探測系統(tǒng)的測線順探測區(qū)域按長軸方向布置，以相鄰測線至少重復觀測20%為原則進行布置，要求完成探測區(qū)域水底全覆蓋探查。了解探測區(qū)水底整體情況，初步判斷異常的空間分布情況。整個探測過程包括測前試驗、測前準備和數(shù)據(jù)采集。根據(jù)初步數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果判斷面板平整程度及其病害異常的空間分布情況（如圖4所示），為下一步的滲漏檢測、光學抵近觀察奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)多波束探測的異?？臻g分布的疑似滲漏位置進行詳細觀察，并結(jié)合勘測設(shè)計、施工、監(jiān)理及大壩安全監(jiān)測等資料的分析，初步判斷面板、壩基、壩肩接縫可能存在幾處滲漏，如圖5所示。

用聲吶測量儀檢測防滲面板滲漏破壞，通過在全面板區(qū)域布置檢測點網(wǎng)格，檢測出整個水下面板區(qū)域的滲漏流速場，從而方便地判斷出大壩滲漏發(fā)生部位。由配套的專門軟件將檢測的流速數(shù)據(jù)生成滲漏流速等值線分布圖，清晰展現(xiàn)出滲漏部位。此外，滲漏檢測還包括大壩面板區(qū)域水下聲吶滲漏流速場檢測、面板垂直縫沿擠壓破壞區(qū)等。

根據(jù)多波束和滲漏聲吶的檢測結(jié)果，利用水下無人潛航器ROV對疑似滲漏點進行檢查和確認。利用無人潛航器上的高清攝像頭對疑似滲漏區(qū)進行觀察。對可疑點進行噴墨示蹤確認（如圖6所示），最終得出該壩體在壩面和壩肩區(qū)域各有一處滲漏。

6 結(jié)束語

如果不能及時檢測出面板壩存在的病害并及時處理，會導致危害加劇，造成較大損失。采用無人潛水器ROV為搭載平臺的多項水下檢測技術(shù)，通過多波束探測系統(tǒng)和聲吶滲漏探測系統(tǒng)判斷滲漏位置及狀況，再通過ROV攜帶的設(shè)備進行高清照相或視頻觀察和噴墨示蹤檢測，確定其是否真的存在滲漏情況。實際工程應(yīng)用案例證實，該套水下檢測技術(shù)方案針對面板壩表觀和滲漏檢測的可行性和有效性。

參考文獻：

[1]鈕新強，譚界雄，田金章.混凝土面板堆石壩病害特點及其除險加固[J].人民長江，2016，47（13）：1-5.

[2]鈕新強.高面板堆石壩安全與思考[J].水力發(fā)電學報，2017，36（1）：104-111.

[3]譚界雄，王秘學，高大水.白云水電站混凝土面板堆石壩滲漏處理設(shè)計[J].大壩與安全，2016（04）：1-5.

[4]高大水，陳艷，杜國平.聲納滲漏檢測技術(shù)在閘壩檢測中的應(yīng)用[J].人民長江，2016，47（5）：73-77.

[5]馬耀昌，惠燕莉，李自斌.多波束探測系統(tǒng)在炸礁竣工測量中的應(yīng)用[J].科技前沿，2008（28）：351-353.