抽水蓄能电站混凝土结构无损检测应用研究.pdf

2 0 1 5 年第 1 1 东北水利水电 水利科研 【 文章编号】 1 O o 2 一 o 6 2 4 ( 2 O 1 5 ) l 1 0 0 4 7 一O 4 抽水蓄能电站混凝土结构无损检测应用研究 谭春 ， 马智法， 刘志鑫 ， 徐爽 ( 中水东北勘测设计研究有限责任公司， 吉林 长春 1 3 0 0 0 0 ) 【 摘 要】 混凝土结构是抽水蓄能电站中主要的结构形式， 其质量直接关系到结构的安全。 文中 在总结归纳行业及相关规章制度的基础上， 选择若干大中型水电工程作为调研工程 ， 对无损检 测的项 目、 方法和比例试验研究进行分析， 以获得合理的检测标准。 【 关键词】 混凝土结构 ； 抽水蓄能； 无损检测； 缺陷 【 中图分类号】 T V 6 9 8 【 文献标识码】 B 1检测项 目 抽水蓄能电站中，混凝土是重要组成部分， 而 混凝土是一种多组分的混合材料， 从配料、 搅拌、 成 型至养护诸工艺环节 ， 无不影响混凝土的质量。如 技术上疏忽或管理不善， 势必造成工程质量事故。 根据研究内容，结合国内抽水蓄能电站调研 资料及相关规程规范，确定控制工程质量的混凝 土结构及检测项目， 如表 1 所示。 表 1 控制工程质量的混凝土结构及检测项目 备注： 表 中所述为抽水蓄能电站常规混凝土结构无损 检测项目， 可根据现场情况或相关要求进行增减。 2 检测方法 目前 ， 常规的混凝土结构检测主要有内部缺陷 检测、 裂缝深度检测、 强度检测、 结构厚度检测、 钢 筋分布及锈蚀检测等。 各种检测方法优缺点归纳总结如下： 1 ) 超声波法。 具有指向性好、 传播能量大、 对各 种材料的穿透力较强、 适应性强、 检测灵敏度高、 对 人体无害、 成本低廉等特点。但是其结果受人为解 译影响， 测试结果的准确性较低 ， 测试需要两个平 行的作业面， 测试范围一般在几十厘米之内。 2 ) 冲击一 回波法。能进行单面检测， 可获得缺 陷明确的反射信号，对混凝土表面粗糙度和平整 性要求不高， 勿须丈量测距 ， 测试方便。但其检测 灵敏度和分辨力较低， 检测速度也较慢， 不适用大 范围检测。 3 ) 雷达法。探测效率高， 无破坏性， 有较高的 分辨率和抗干扰性。但其精度受钢筋相互间的干 扰， 保护层越厚 ， 间距越小， 影响越大。 4 ) 钻芯法 钻孔法。 直接可靠， 较好地反映混凝 土实际状况， 较准确地测定其强度。但其对结构具 有一定的破损性 ， 其代表性的取芯位置的确定、 取 芯的数量在结构实体混凝土强度检测中受到了很 大的限制。 5 ) 面波法。浅层分辨率高、 不受介质层速度关 系影响、 应用范围广。但其不适用于形状不规则或 测试面较小的结构， 最大深度为波长的 1 3 。 6 )回弹法。操作最简单费用最低廉、效率最 高。但其混凝土表面硬度和早期龄期碳化降低准 确性， 对检测面要求较高。 7 ) 超声回弹法。既能反应混凝土的表层状态， 蜗 水利科研 东北水利水电 2 0 1 5 年第 1 1 期 也可以反应混凝土的内部构造情况，可比较准确 地反应混凝土的强度情况。但其检测精度仍有待 更进一步提高。 8 ) 电磁感应法。具有影像扫描和快速扫描探 测功能 ，可准确探测某个区域内所有浅层钢筋的 位置、 保护层厚度和钢筋直径情况。 但其测试深度 ( 即保护层厚度 )范围取决于待测钢筋的直径， 并 与相邻钢筋的距离以及周围其他电磁干扰有关。 9 ) 半 电池电位法。设备简单、 操作方便， 对混 凝土中的钢筋锈蚀没有干扰。但其只能定性地判 断钢筋锈蚀的可能性， 不能用于定量的测量。 3 检测方法的相关要求 根据各种方法优缺点 ，结合工程经验及调研 实例，归纳总结出常规条件下优先选择的检测方 法及相应的检测频次。 3 1 混凝土结构 内部缺 陷检测 3 1 1 雷 达 法 1 级优先， 适用于混凝土结构内部空洞、 疏松 区、 脱空区等缺陷的平面位置和埋深检测。 对于 较大尺寸的混凝土结构 ，宜采用与结构物长度方 向一致的平行测线布置 ， 间距宜为 1 0 0 5 0 0 c m； 较小尺寸的宜采用网格布置 ，网格间距宜为 1 0 1 0 0 c m； 进行点测时， 测点间距宜为 1 0 5 0 c m。 3 1 2 冲击一回波法 2级优先 ， 适用于仅具备单面测试条件混凝土 结构的浅层缺陷检测。 1 ) 测点宜呈网状布置 ， 问排距不宜大于 3 0 c m， 测试宜按某一方向逐点进行。 2) 冲 击点距 接收点 ( 测点 ) 不 宜大于 O 4倍预 估的缺陷深度。 3 ) 冲击持续时间应小于 P波往返传播时间。 4 ) 每一测点应测试两次 ， 结果相同进行下一 点测试 ， 否则应查明原因后复测。 5 ) 存在缺 陷 的混凝 土部位应加 密测点 ， 其 间 距不宜大于原测点间距 的 1 2 。 3 1 3 超声波法 3 级优先 ， 适用于能进行穿透测量以及经钻孔 或预埋管可进行穿透测量的构筑物和构件。 1 ) 对于一般结构 ， 如梁、 柱、 墩、 墙等 ， 在其相 对的两面对称地画出方格网。方格网交点即为测 点。方格网的间距视结构物尺寸和要求的测量精 4 8 度而定 ， 一般为 O 2 - 1 0 m 2 ) 对于钻孔或埋管法测量 ， 则从孔口开始向 下逐点对测8 测点间距通常为 0 2 o 5 m。在测得 缺陷附近， 测点还应加密。 3 ) 一个构件或一个统计总体 ， 测点数不得少 于 3 0 。 3 1 4 钻 芯 法 、 钻 孔 法 4 级优先， 一般条件均适用。当有特殊要求时 或 当需要对其他方法进行校核时 ， 宜采用钻 芯法 钻孔法。 3 2 混凝土结构裂缝深度检测 1 ) 面波法。 1 级优先， 适用于检测形状规则、 测 试面较大的混凝土内部的深层裂缝。 迎水面、 过流 面、 水位变化区或有侵蚀地下水环境， 除缝宽小于 0 2 z m的龟裂其他裂缝均需测量。 2 ) 超声波法。 2 级优先， 平测法： 适用于测量混 凝土建 筑物 中深度不大于 5 0 c r f l 的裂缝 。裂 缝内 有水或穿过裂缝的钢筋太密时， 该方法不适用。对 斜测法 ：适 用于有条件 两面对测或可钻 孔对 测的 混凝土建筑物。 裂缝中有水时该方法不适用。 迎水 面 、 过流 面、 水 位变化 区或有侵蚀地 下水环境 ， 除 缝宽小于 0 2 m lT l 的龟裂其他裂缝均需测量。 3 ) 钻芯法、 钻孔法。3 级优先， 适用于裂缝预估 深度大于 5 0 c m或需精确测量深度的裂缝 ，且该部 位可钻孔的混凝土结构。 当有特殊要求时或当需要 对其他方法进行校核 时， 宜采用钻芯法、 钻孔法。 3 3 混凝土结构强度检测 3 3 1 回弹法 1 级优先 。 适用于抗压强度为 1 0 - 6 0 MP a 的混 凝土。 1 ) 每一结构或构件测 区数不应少 于 1 0个 ， 相 邻两测 区的间距不宜大于 2 m。 2) 测 区应均匀分布 ， 并应 避开钢筋和铁 制预 埋件。 3 ) 测区边缘距结构端部或结构缝不应小于 0 2 m o 4 ) 测区表面应清洁、 平整、 干燥 ， 不应有饰面 层 、 浮浆 、 蜂窝、 麻面等。 5 ) 在回弹值较小区域适当增加测区， 推定低 强区域 。 3 3 2 超声回弹法 2 级优先， 适用于抗压强度为 1 0 - 6 0 1V 1V a 的混 凝土 ，不宜用在超声传播方 向上钢筋 布置太 密的 2 0 1 5 年第 l 1 期 鱼 水利科研 混凝土。 1 ) 每一结构或构件测区数不应少于 1 O 个 ， 相 邻两测区的间距不宜大于 2 113 。 2 ) 测 区应均 匀分 布 ， 并应避 开钢筋 和铁制预 埋件。 3 ) 测区边缘距结构端部或结构缝不应小于0 2 l T 1 o 4 ) 测区表面应清洁、 平整、 干燥 ， 不应有饰面 层、 浮浆、 蜂窝、 麻面等。 5 ) 在回弹值较小 区域适当增加测区， 推定低 强区域。 3 3 3 超 声波法 3 级优先，不宜用于抗压强度在 4 5V lP 以上 或在超声传播方向上钢筋布置太密的混凝土。 1 ) 每一结构或构件测区数不应少于 1 O 个， 相 邻两测区的间距不宜大于 2 m。 2 ) 测区应均匀分布 ， 并应避开钢筋和铁制预 埋件。 3 ) 测区边缘距结构端部或结构缝不应小于0 2 I l o 4 ) 测区表面应清洁、 平整、 干燥。 3 3 4 钻 芯 法、 钻 孔 法 4 级优先， 适用于裂缝预估深度大于 5 0 c r ll 或 需精确测量深度的裂缝 ，且该部位可钻孔的混凝 土结构。当有特殊要求时或当需要准确测定混凝 土强度 ， 或对回弹法、 超声回弹法、 超声波法推定 的混凝土强度进行校核时， 宜采用钻芯法。 3 4 混凝土结构厚 度检测 3 4 1 雷达法 1 级优先， 适用于检测无筋或少筋的混凝土结 构厚度。 测线宜均匀分布， 与构件外边缘距离不小 于 1 0 0 I T L IT I ， 线距为 5 0 0 - 1 0 0 0 n u n o 3 4 2 冲击一回波法 2 级优先， 一般条件均适用。 1 ) 检测表面应平整干燥。测线宜与纵、 横向钢 筋成 4 5 布设。 2 ) 冲击点距传感器的距离应小于 0 4 倍被测混 凝土结构厚度。 3 ) 应重复测试以验证波形的再现性。 3 4 3 超声波法 3级优先， 适用于检测混凝土表面损伤层厚度 和结构厚度。表面损伤层厚度检测： 1 ) 被测区测线布置不少于 3条， 且不得穿过 接缝。 2 ) 测线投影不应与主钢筋重合。 3 ) 测试表面应平整， 且无饰面层。 4 ) 一条测线内的测点不宜少于 1 O 个 ， 且间距 不宜大于 1 0 c m。结构厚度检测： 一是具有一对相 对平行的测试面 ；二是在测试面上均匀划出网格 线， 网格边长亦为 2 0 - 1 0 0 c n l 。 3 4 4 钻芯法、 钻孔法 4 级优先， 适用于精确测量混凝土结构及其损 伤层的厚度。当有特殊要求时或当需要对其他方 法进行校核时， 宜采用钻芯法、 钻孔法。 3 5 混凝土结构 钢筋分布检测 1 ) 雷达法。1 级优先， 适用于混凝土中钢筋间 距的快速扫描检测和钢筋的混凝土保护层厚度检 测。应结合具体构件形状、 尺寸， 由工程监理、 设 计、 检测单位共同确定。 2 ) 电磁感应法。2 级优先， 适用于混凝土中钢 筋的间距、 直径和混凝土保护层厚度检测。 应结合 具体构件形状、 尺寸 ， 由工程监理、 设计、 检测单位 共同确定。 3) 钻芯法 、 钻孔法。3级优 先 ， 一般 条件均适 用。当有特殊要求时或进行校核时，宜采用钻芯 法 钻孔法。 3 6 混凝土结构钢筋锈蚀检测 1 ) 半电池电位法。1 级优先， 适用于定性评估 干燥或非饱水状态下钢筋混凝土结构中钢筋的锈 蚀性状。单个测区布置面积不宜大于 5 mX 5 m， 具 体布置位置应根据现场条件由监理、设计单位共 同确定。 2 ) 钻芯法、 钻孔法。2 级优先， 一般条件均适 用。当有特殊要求时或当需要对其他方法进行校 核时， 宜采用钻芯法、 钻孔法。 4 结论 按照工作 目的及内容 ， 通过与在建、 已建成的 水电站工程参建各单位交流调查，掌握现今国家 关于混凝土结构无损检测的各项规章制度，认识 国内外先进的无损检测技术，查阅相关资料和以 往检测经验 ， 分析比较了各自优缺点， 针对混凝土 结构特点的不同，提 出有针对性的抽水蓄能电站 无损检测操作应用标准。 成果主要包括： 针对不同 的建筑物， 选择科学合理的检测方法； 针对不同的 4 9 水利科研 东北水利水电 2 0 1 5 年第 1 1 期 建筑物， 选择控制工程质量的检测项 目； 针对不同 的建筑物， 选择具有代表性的检测比例。 5 建议 1 ) 为了确保无损检测结果的可靠性和精确性， 无损检测的从业人员、仪器设备和检测方法需严 格按照相关要求。 2 ) 因无损检测技术也有其 自身的缺陷， 在实 际应用过程中， 我们应该采取措施规避 ， 选择正确 的检测方法， 尽量保证检测结果的准确性。 3 ) 实际工程检测中， 宜使用两种或两种以上 方法进行检测，即以两个或两个以上物理量的变 化为依据， 这样可使判断更为准确， 且可以互相验 证， 提高检测的可靠性。 参 考 文 献 1 湖南大学， 天津大学， 同济大学 ， 东南大学 土木工程材 料 M 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 1 1 2 吴佳晔 ， 安雪晖 ， 田北平 混凝土无损检测技术的现状 和进展 J 四川理工学院学报( 自然科学版) ， 2 0 0 9 ， 2 2 ( 41 ： 4 -7 3 吴新璇 混凝土无损检测技术手册 M 北京： 人民交通 出版社， 2 0 0 3 4 C E C S 2 1 ： 2 0 0 0 超声法检测混凝土缺陷技术规程 s 中 国工程建设标准化协会 ， 2 0 0 1 。 5 张永乐， 杨建超， 唐德高 混凝土中超声波波速特征检 验研究 1 河海大学学报( 自然科学版 ) ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 3 ) ： 371 3 74 6 刘其伟 ， 城跃辉， 王建， 秦向杰 超声波无损检测的特点 分析及其在混凝土缺陷评定 中的应用 I 华东公路， 2 0 0 3 。 ( 4 ) ： 5 8 6 o 7 吕小彬， 鲁一晖， 王荣鲁 吴佳哗， 岳跃真。 冲击弹性波技 术在水工混凝土无损检测中的应用。 第十一届全国水工 混凝土建筑物修补加固技术交流会论文集 北京 ： 中国 水利水 电出版社， 2 0 1 1 8 罗先中， 王正成 冲击回波法检测混凝土结构 J 铁道 建筑， 2 0 0 7 ， ( 7 ) ： 1 0 6 - 1 0 8 9 傅翔， 罗骐先， 宋人心 ， 王五平 冲击回波法检测隧洞混 凝土衬砌厚度 i 】 水力发电， 2 0 0 6 ， 3 2 ( 1 ) 4 8 4 9 【 收稿日期】 2 0 1 5 -0 8 - 0 6 ( 上接第 3 9 页 J 及环保、 农业、 林业、 水利、 法制等诸多部门， 各部 门之间必须协调一致才能达到执法效果。 2 ) 加强舆论宣传， 要充分发挥舆论宣传的作 用。 卧龙湖湿地生态环境保护 ， 公众参与是十分重 要的。 提高全民湿地生态环境保护意识， 防止人为 对湿地环境的破坏和污染， 要进行重点的、 针对性 的宣传 ， 通过宣传 ， 形成全民都参与对湿地生态环 境保 护的保护。 3 ) 做好科学配置水资源， 优化水库i周 l度。要结 合当地经济发展规划的具体情况， 合理开发利用， 保障湿地生态用水需求 4 ) 下大决心治污。污水正严重地破坏着生态环 境 ， 影响着水资源的利用， 威胁着人们的健康和生 活质量。由于大量的点源和面源污染， 地表水和地 下水都受到严重的污染。通过对卧龙湖健康调查评 价得 出的结论 ， 库 中心水质类 别为劣 V类 ， 随着国 民经济的发展， 工业不断的增加， 而工业又是污染 水质的主要源头， 因此， 严格控制废污水入湖排放， 减少自身污染， 逐步达到改善库区水质的目的。 5 ) 加强湿地生态环境保护区， 水质及水生生 5 0 。 物多样性等监测。 6) 加强沿湖岸带治理与保护。 严防不合理的人类活动， 修复河岸带生态， 确 保沿湖岸带的自然性与完整性。 7 ) 尽早启动“ 引辽济湖工程” 保障湿地的水源 补给。 8 ) 建立合理的管理机制， 制订有效的保护管 理办法。 参考文 献 】 【 1 詹道江 ， 叶守泽 工程水文学 M 2 0 0 0 3 j 匕 京 ： 中国水 利水电出版社， 2 0 0 4 ： 6 0 6 3 2 许士国 环境水利学 M 2 0 0 5 北京： 中央广播电视大学 出版社 ， 2 0 0 5 ： 3 8 3 荆治严。浑河沈阳 段“ 十二五” 水环境建设技术对策 J 环境保护科学， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 1 ) ： 5 3 5 5 4 贾艳丽 浑河沈阳段“ 十一五 水环境建设技术对策的 探讨 T 环境保护科学， 2 0 0 8 ， 3 4 1 1 ) ： 2 3 2 6 【 收稿日期】 2 0 1 5 - 0 7 - 2 2