水利工程質量檢測若干新方法的研究與應用

路偉亭 姚 亮

一、前言

質量是水利工程的生命，施工階段質量控制是水利工程項目全過程質量控制的關鍵環節。目前絕大部分質量檢測方法都出現在施工階段的標準或規程中，如《水電水利基本建設工程單元工程質量等級評定標準》規定用2m靠尺測量模板平整度，通過對模板質量的控制對成型后混凝土的表面平整度進行控制；《水工混凝土試驗規程》對成型后的混凝土強度、密實性和內部缺陷、裂縫深度、混凝土內部鋼筋銹蝕情況等都規定了相應的檢測方法。

隨著一些新工藝和新材料應用于水利工程，現有的檢測技術出現一定局限性，有些質量情況甚至無法檢測。例如，利用外包混凝土對老閘墩進行加固時，需要了解新老混凝土結合強度，但目前缺乏檢測方法標準，甚至沒有專用的檢測設備。超聲法測試混凝土內部缺陷一般要求構件具有兩個可以操作的對稱側面（如水閘中墩、工作橋排架柱等），當需要了解水閘邊墩、閘室底板或穿堤箱涵側墻混凝土內部缺陷情況時，超聲對測法就無法布置測區，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部缺陷。在對水閘和大壩進行技術管理的各類檢查（定期檢查、專項檢查和安全鑒定）時，都需要檢查混凝土有沒有出現裂縫、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施，利用目測、望遠鏡觀測、拍照、尺量、描述的方法記錄缺陷性態，存在工作效率低、配合輔助工作復雜、準確度和觀測連續性差、不同檢測人員檢查結果差異大等問題。

二、質量檢測新方法的研究內容

1.鉆拉法檢測結構混凝土強度技術研究

結構混凝土軸心抗拉強度檢測技術，包括測點的布置、樣品的現場制備、現場的數據采集、測強曲線的建立、強度推定等核心內容，測試結果為水工混凝土裂縫分析提供必要的數據；新老混凝土結合強度以及其他修補材料與老混凝土間的結合強度檢測技術，包括測點的布置、樣品的現場制備、現場的數據采集、測強曲線的建立、結果分析評價等核心內容，為驗收和評價老的水利工程修復、加固質量提供基礎數據。

2.沖擊回波法檢測混凝土內部缺陷技術研究

通過對大量預設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例提供基礎數據庫支持。

3.遠程攝像法檢測混凝土表面病害缺陷技術研究

通過在具體工程上的應用，研究SCANSITES遠方缺陷檢查系統如何集合光學、電子、控制，圖形技術和計算機軟硬件技術，以非接觸的方式，在距離幾百米的地方對建筑結構進行表面“掃描”；對發現的非正常現象進行定位、定性、測量和記錄；建立起一個建筑結構表面狀態數據庫和Autocad圖形；研究如何結合水利工程的特點，建立起適用于水利工程建設與管理的測試程序、缺陷數據庫和缺陷圖形。

4.弱電磁法探測水工設備鋼絲繩內部質量技術研究

采用弱電磁法對水工設備鋼絲繩內部質量進行探傷的檢測原理；研究使用以電磁原理為基礎的鋼絲繩探傷儀進行各類承力鋼絲繩探傷的檢測方法以及對結果的判定方法，找到一種能有效用于水工設備鋼絲繩探傷的科學方法，實現可操作的水工設備鋼絲繩內在質量探傷；在上述基礎上，進一步編制用于指導水工設備鋼絲繩內部質量探傷的技術規范。

5.靜力觸探法（CPT）檢測土方填筑質量技術研究

通過調查搜集淮河流域有代表性的堤壩及建筑物兩側土方填筑工程質量檢測方法的資料，全面掌握和分析各種類型土方填筑工程質量檢測方法開展情況，尤其是對已有的檢測方法、儀器設備、檢測指標、評判標準等方面進行類比分析；對國內外各行業已有的工程檢測類規范標準深入分析研究，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量檢測方法及其檢測規程編制。

三、質量檢測新方法的技術關鍵點和難點

1.鉆拉法檢測結構混凝土強度技術研究

抽樣頻率、測區布置、樣品的現場制備即芯樣的長度和直徑對軸心抗拉強度的影響程度、施加荷載與芯樣軸線同軸度控制、結果評價方法等關鍵技術和難點。創新點在于提供了一種直接在結構實體上測試混凝土抗拉強度的儀器和方法，以解決傳統制作標準試件的不方便、測試值不能直觀反映工程實體狀況、與結構實體有一定差異等技術問題。

2.沖擊回波法檢測混凝土內部缺陷技術研究

識別沖擊回波頻譜圖中的峰值并用來確定結構混凝土的厚度和缺陷位置。由于混凝土結構的復雜性、多樣性，因此難點在于實際操作中如何確定峰值與缺陷位置或厚度的相關關系。

3.遠程攝像法檢測混凝土表面病害缺陷技術研究

對水利工程表面出現的各種缺陷（裂紋、泄漏、風化等）進行拍照、定位、測量，將所有數據存儲到數據庫中，并將準確定位的缺陷繪制成Autocad圖。技術難點在于缺陷的傳輸和計算機后臺處理。創新點為缺陷數據庫的建立和缺陷自動識別系統。

4.弱電磁法探測水工設備鋼絲繩內部質量技術研究

探明采用弱電磁法進行鋼絲繩內部質量探傷的可靠性以及對各類水工設備的適應性，制定針對水工設備鋼絲繩的弱電磁法探傷結果的具體評定方法。采用基于電磁學原理的弱電磁法探測儀器，對在用或新制造水工設備用鋼絲繩的內外部斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等各種損傷導致的實際承載金屬有效截面積損失率進行定量檢測，正確評估被測鋼絲繩的剩余承載能力和使用壽命。目前有關水工設備安全檢測的技術規范和標準中尚未規定如何對承力鋼絲繩內部質量進行檢測和評定，開展此項研究應屬國內水利行業之填補空白的技術創新。

5.靜力觸探法（CPT）檢測土方填筑質量技術研究

如何建立靜力觸探與土的干密度關系模型是這項研究的關鍵點和難點；利用靜力觸探儀檢測土方填筑干密度和相應關系模型的建立為技術創新點。

四、質量檢測新方法的現有技術基礎

在工業與民用建筑行業，撥出法用于混凝土抗壓強度、外墻面磚粘結強度和碳纖維粘結強度的測試技術已經成熟，并有相應的技術規程，如《后裝撥出法檢測混凝土強度技術規程》、《建筑工程飾面磚粘結強度檢驗規程》。但國內外尚沒有對混凝土抗拉強度的現場檢測技術做過系統研究，也沒有相關技術標準。安徽省·淮委水利科學研究院近些年在結構混凝土抗拉強度和新老混凝土結合強度檢測方面做過一些研究和應用，并于2009年申報了兩項有關“混凝土拉剝儀”的發明專利和實用新型專利，其中實用新型專利已獲批準，這些都為研究鉆拉法檢測結構混凝土強度技術研究奠定了基礎。

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，相應的技術規程為《超聲法檢測混凝土缺陷技術規程》。但是超聲法不能解決所有結構的測缺問題。其他的一些測缺技術，如雷達法、紅外熱成像法、沖擊回波法，國內有關科研單位在2003年以后都有一定研究。利用沖擊回波法可測試路面厚度、混凝土護坡厚度等，但對于沖擊回波參數（波速、頻率、波幅）和曲線與各種混凝土內部缺陷性態之間的關系尚待進一步研究。

鋼絲繩內部質量探傷目前已有的較為可靠實用的方法是霍爾效應漏磁檢測方法，根據這一檢測方法設計的斷絲探傷檢測裝置即第一代鋼絲繩探傷儀。近年我國科學家成功發現空間磁場矢量態勢的變化和運動規律，創立“空間磁場矢量合成”新理論，屬于國際領先技術。若將該理論應用于鋼絲繩無損檢測就是弱電磁鋼絲繩探傷檢測新技術方法，可以實現對鋼絲繩各種損傷的定量檢測，并能準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格的規定，而鋼絲繩內部質量是保證鋼絲繩承載力的關鍵所在。目前國內只有冶金和礦業系統牽頭制定了《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則》（MT/T 970-2006）。上述規范若用于水工設備用鋼絲繩探傷，還有許多方面的內容沒有具體規定或者不適合，需要針對水工設備現場特點制定與強磁檢測方法不同的更先進的弱電磁法檢測鋼絲繩內部質量的行業技術規范。

靜力觸探法廣泛應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量作系統研究。安徽省·淮委水利科學研究院于2000年嘗試采用靜力觸探法對土方填筑質量進行監測，做了大量的試驗研究，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行擬合，該項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證。

五、結語

開展水利工程質量檢測新方法的研究，可以對現有檢測技術進行有效補充，也可為制定行業相關的技術規程提供技術支持。通過研究，搞清檢測新方法的檢測原理，研制出或引進相應的檢測設備，研究出可操作的檢測技術方法，盡早形成行業內的檢測方法標準，在一定程度上填補現有檢測技術方法的空白。將新檢測技術真正用于工程質量檢測實踐，從而為控制水利工程建設質量和有效管理提供更有力的技術保障■