快速無損綜合法在混凝土襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

楚少義 宋偉建 劉 凱 譚 春

(中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130000)

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也進(jìn)入了一個(gè)飛躍發(fā)展的嶄新階段。地下洞室工程作為各項(xiàng)工程不可或缺的重要組成部分，其混凝土襯砌的質(zhì)量尤為重要。對(duì)于隧道工程來說，混凝土襯砌是承載結(jié)構(gòu)和防水結(jié)構(gòu)的重要保證，施工質(zhì)量直接決定隧道工程的穩(wěn)定性和安全性，影響隧道工程的正常使用功能。調(diào)查研究顯示，隧道混凝土襯砌質(zhì)量主要包括混凝土強(qiáng)度、混凝土厚度、襯砌背部是否存在空洞等內(nèi)容。

混凝土襯砌的質(zhì)量檢測(cè)根據(jù)是否破壞結(jié)構(gòu)分為有損和無損兩種。有損檢測(cè)即現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體取芯或現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)破壞性試驗(yàn)為主，該方法效率低，且對(duì)混凝土襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。而無損檢測(cè)即是采用地震波、電磁波、紅外輻射等物理方法為主，這些方法具有快速高效、不破壞混凝土襯砌等特點(diǎn)。本文以某一引水隧洞為例，首先是對(duì)混凝土襯砌進(jìn)行外觀質(zhì)量調(diào)查，而后利用探地雷達(dá)對(duì)混凝土襯砌進(jìn)行全面檢測(cè)，根據(jù)外觀質(zhì)量和探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果，利用沖擊回波法對(duì)重要部位和疑似部位進(jìn)行詳查，該方法相比于常規(guī)有損檢測(cè)方法，具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。引水隧洞長(zhǎng)為63 m，以入口處為起點(diǎn)，斷面尺寸為1.2 m×1.35 m(寬×高)，由于檢測(cè)方法一致且文章篇幅限制，本文僅介紹引水隧洞右側(cè)洞壁檢測(cè)。

2 外觀質(zhì)量調(diào)查

對(duì)引水洞洞身混凝土外觀缺陷進(jìn)行調(diào)查，從外表確定混凝土結(jié)構(gòu)損壞的種類和范圍，檢查方式以現(xiàn)場(chǎng)普查、目測(cè)描述、尺寸量測(cè)為主，缺陷調(diào)查內(nèi)容包括:

1)蜂窩麻面、孔洞、露筋、疏松區(qū)等;2)裂縫的部位、數(shù)量、走向、長(zhǎng)度、寬度等;3)混凝土的點(diǎn)、線、面滲漏情況;4)伸縮縫的狀態(tài)及變形情況。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)引水洞右側(cè)洞壁存在8處缺陷，缺陷類型主要有蜂窩孔洞、骨料裸露、氣孔、裂縫、滲漏等，表1為調(diào)查結(jié)果。

表1 引水隧洞右側(cè)洞壁外觀缺陷調(diào)查

3 探地雷達(dá)檢測(cè)

3.1 探地雷達(dá)原理

探地雷達(dá)以電磁波理論為原理基礎(chǔ)，并利用寬頻帶時(shí)域發(fā)射天線，向待檢測(cè)區(qū)域發(fā)射1 MHz～10 GHz的高頻短脈沖電磁波。根據(jù)電磁波傳播原理，高頻短脈沖電磁波在不同介電常數(shù)的介質(zhì)分界面產(chǎn)生反射，且在不同介質(zhì)中傳播也會(huì)隨著介電常數(shù)的不同產(chǎn)生不同的衰減。基于此，通過探地雷達(dá)接收天線接收的被檢測(cè)區(qū)域電磁波的反射及衰減程度，運(yùn)用處理軟件對(duì)接收到的電磁波進(jìn)行頻率、振幅及相位處理，更加直觀的反映待檢區(qū)域結(jié)構(gòu)及物性特征，以達(dá)到檢測(cè)的目的。其工作原理如圖1所示。

圖1 探地雷達(dá)工作原理圖

3.2 檢測(cè)方案

按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在右側(cè)洞壁布置三組測(cè)線，各組距底板高度為40 cm，80 cm和120 cm，這樣可以全面無遺漏的對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行普查，引水洞總長(zhǎng)63 m，因此右側(cè)洞壁布置測(cè)線總長(zhǎng)為189 m。

3.3 檢測(cè)結(jié)果

對(duì)雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出雷達(dá)圖像，如圖2所示，針對(duì)雷達(dá)圖像出現(xiàn)異常情況進(jìn)行分析，表2為雷達(dá)測(cè)試結(jié)果(異常部分)。分析結(jié)果認(rèn)為，異常現(xiàn)象可能包括局部混凝土欠密實(shí)，個(gè)別部位混凝土有微小脫空。

圖2 探地雷達(dá)檢測(cè)圖

表2 引水洞探地雷達(dá)檢測(cè)缺陷

4 沖擊回波檢測(cè)

4.1 沖擊回波原理

內(nèi)部缺陷檢測(cè)的基本原理即采用沖擊回波的方式，測(cè)試沖擊彈性波在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳播特性(包括反射特性)、能量衰減特性等通過圖像處理技術(shù)來識(shí)別混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。

沖擊回波法(IE)測(cè)試混凝土結(jié)構(gòu)剝離或空洞，是指沿測(cè)試對(duì)象表面連續(xù)激發(fā)彈性波信號(hào)，信號(hào)在遇到空洞、脫空面等疏松介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。通過抽取該反射信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的頻譜和圖像處理，即可識(shí)別脫空或空洞的有無。其原理示意圖如圖3所示。

圖3 沖擊回波測(cè)試概念

圖4 引水洞右洞壁沖擊回波檢測(cè)云圖

4.2 檢測(cè)方案

按照檢測(cè)內(nèi)容及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定測(cè)區(qū)布置方案。

普查:對(duì)于隧洞右側(cè)壁按照10 m～15 m選擇一個(gè)0.8 m×0.8 m的測(cè)區(qū)，原則上測(cè)區(qū)居于墻壁正中。洞壁總長(zhǎng)63 m，布置6個(gè)測(cè)區(qū)。

選測(cè):對(duì)表觀存在蜂窩、測(cè)試強(qiáng)度偏低、雷達(dá)測(cè)試異常、伸縮縫等區(qū)域選擇性測(cè)試數(shù)個(gè)測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)范圍大小不等。共布置3個(gè)測(cè)區(qū)。

4.3 檢測(cè)結(jié)果

測(cè)試結(jié)果以等值線云圖表示，云圖由深藍(lán)向深紅漸變，越趨向紅色存在缺陷的可能性越大，典型的沖擊回波檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。本次檢測(cè)疑似缺陷可能為混凝土蜂窩、不密實(shí)、內(nèi)部空腔、夾雜物等，表3為沖擊回波測(cè)試結(jié)果(異常部分)。

表3 引水洞沖擊回波檢測(cè)缺陷

5 結(jié)語

本文運(yùn)用了外觀調(diào)查、探地雷達(dá)、沖擊回波三種方法對(duì)引水隧洞混凝土襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明三種方法相結(jié)合可以快速、準(zhǔn)確、驗(yàn)證的進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)于混凝土內(nèi)部存在的不密實(shí)缺陷，局部地方可以采用灌漿進(jìn)行處理，情況特別嚴(yán)重部位可采用混凝土置換處理。而混凝土表面存在的蜂窩麻面、孔洞、尺寸較大的氣孔等缺陷，可以采用局部地方水泥砂漿抹平，然后將表面清洗干凈，待干燥后表面采用碳纖維粘鋼工藝進(jìn)行表面補(bǔ)強(qiáng)加固。

有無損檢測(cè)手段對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)是目前工程質(zhì)量管理的發(fā)展趨勢(shì)。隧道工程屬地下工程，其襯砌質(zhì)量?jī)?yōu)劣與隧道安危攸關(guān)，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。