无损检测技术在水利工程质量检测中的应用研究_赵鹏飞.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/12无损检测技术在水利工程质量检测中的应用研究赵鹏飞（贵州省水利科学研究院，贵州 贵阳 550002）【摘要】随着社会经济的高速发展，水利工程作为现阶段重要的基础工程，其规模与数量均呈明显上升趋势，这给工程质量检测提出更高要求。为把握水利工程质量无损检测要点，保证水利工程后续运营的安全效率，以黄家湾水利枢纽工程的抗滑桩质量检测为例，引入实际工程项目，深入研究无损检测技术在工程质量检测中的应用要点，总结技术使用关键，并根据检测结果判断技术应用可行性，以期为相关工作人员提供有效参考。【关键词】水利工程；无损检测；质量检测【中图分类号】U455【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0076-030引言黄家湾水利枢纽工程中，抗滑桩质量检测主要选用声波透射法，作为当前常用的一种无损检测技术，主要适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身的完整性检测，判断是否存在缺陷及缺陷程度、位置。随着工程用桩量的急剧增大，为保证抗滑桩的应用，确保其承载力等各项性能参数达标，必须要对其进行检测。因而本文运用声波透射法对黄家湾水利枢纽工程中的抗滑桩开展完整性检测，总结技术要点，分析检测关键。1工程简述黄家湾水利枢纽工程位于贵州省安顺市，距离板当镇和贵州省城分别为 17 km、20 km 左右，整体交通较为便利。该水利工程项目为等大（二）型工程，主要负责农业灌溉、城乡生活、工业供水，同时兼顾发电，供水灌溉和大坝枢纽是其主要组成部分。其中，大坝枢纽为混凝土面板堆石坝，总库容量约为16 850 万 m3，主坝最大坝高和坝顶长分别为 81.0 m与 360.2 m，供水灌溉工程渠线总长 95.592 km。本次项目主要采用声波透射法（图 1）对现场抗滑桩进行质量抽检。2基于水利工程实例研究无损检测技术在质量检测中的应用水利工程中抗滑桩的主要功能是防止边坡或地基滑动，是保持工程稳定性的一种桩式支挡结构。抗滑桩作为水利工程建设中的重要组成之一，其桩身的完整性对工程整体建设以及相应的工程质量均有直接影响。因此，有关桩身完整性的无损质量检测技术分析如下。2.1检测前准备为使抗滑桩声波透射法检测在水利工程质量检测中得到更好的应用，相关人员应根据现场实际情况做好相应的事前准备工作。首先，做好声测管预埋工作。开展混凝土浇筑作业前，应对声测管进行绑扎工作，期间应实时关注声测管质量，不可出现弯曲、变形等情况，完成绑扎作业后方可开展混凝土浇筑作业1。其次，使用橡皮塞将管孔堵住，避免杂物进入声测管内部，保证桩身完整性检测结果的真实可靠性。实际检测前，施工技术人员应向声测管注水，直至注满。最后，安装换能器与声波仪。在声测管内部放置换能器，确保仪器设备处于平稳状态，使用定滑轮控制标高，对各个环节积累形成的高差数据，应控制在 20 mm 以内。若是施工期间相关数值发生变化，施工技术人员应及时调整，使高差数值处于合理范围内。使用数据线连接换能图1声波透射法13241声测管；2发射换能器；3接收换能器；4声波检测仪。低碳技术76DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.018LOW CARBON WORLD 2022/12器电缆线将数据仪、声波仪进行合理连接，保证后续检测效果符合预期。此外，还要结合现场实际情况确定检测对象。本次工程中，以现场检测条件为基础确定检测数量、位置与深度，最终结果为：检测 3 根抗滑桩（11#、13#、14#），每桩各 4 个检测孔。2.2判断标准本工程中，围绕抗滑桩声波透射法质量检测落实的判断标准如下。2.2.1桩身缺陷采取综合判定方法，主要依据波幅临界值、声速临界值和 PSD 判据进行综合分析。2.2.2桩身均匀性采用声速离散系数对抗滑桩均匀性进行等级判断，当混凝土匀质性等级为 A 时，意味着声速离散系数5%；当混凝土匀质性等级为 B 时，意味着声速离散系数10%且5%；当混凝土匀质性等级为 C 时，意味着声速离散系数15%且10%；当混凝土匀质性等级为 D 时，意味着声速离散系数15%2。2.2.3桩身混凝土均匀性及缺陷对桩身进行有关质量水平的分类，其中，类桩为桩身完整或是基本完整；类桩为桩身具有轻微缺陷，但承载力达标；类桩为桩身存在明显缺陷，且对桩体承载力造成影响；类桩为桩身存在严重缺陷，无法发挥承载、抗滑等作用，即无法正常使用。2.3技术检测2.3.1埋设声测管按照现有的基桩检测技术规范规定和具体检测对象，本工程提前预埋声测管，并根据要求落实以下工作。首先，按照设计内容选择径向刚度达标的声测管，合理埋设。在声测管选择过程中，对其温度系数进行检测分析，确保其与工程混凝土材料的温度系数较为接近，结合现场情况，最终选用锌钢管，直径为 50 mm。其次，检查声测管，确认各项符合要求后合理布置。将声测管预埋至检测区域前，应对管内进行检查，在确保管内无异物的前提下封闭下端、加盖上端，再开展埋设工作，沿着钢筋笼内侧对称布置，期间应保证声测管比混凝土面高，二者之间的高度差控制在 10 cm 以上3。声测管预埋方法如图 2 所示。由图 2a 可知当抗滑桩的直径800 mm 时，应使用不少于 2 根声测管，以此实现对 1 个剖面的检测。由图 2b 可知，当抗滑桩的直径在 8001 600 mm（包括 1 600 mm）时，应使用不少于 3 根声测管，以此实现对 3 个剖面的有效检测。由图 2c 可知，当抗滑桩的直径在 1 600 mm 以上时，应使用不少于 4 根声测管，以此实现对 6 个剖面的检测。最后，开展检测工作前将声测管的顶端封盖以切割的方式去掉，并对声测管顶端标高进行控制，使其处于同一水平面，选择清水作为耦合剂，将管内灌满。在此过程中，确保管内无任何杂物，保证径向换能器顺利到达声测管底部。2.3.2检测流程首先，在 4 根声测管内部放置换能器，将其装好、扶正，确保仪器在声测管底部处于稳定状态，并结合桩长对比换能器线上的刻度，判断二者是否符合。其次，将仪器设备打开，保存目标抗滑桩的桩身参数，让仪器实时采集桩身信息，再采用一发多收的方法检测本次水利工程的基桩混凝土质量。最后，同步提升接收换能器和声波发射工作，从柱底缓慢上升，以此保证检测波形的稳定性，速度参数应控制在0.5 m/s 以下4。超声波检测如图 3 所示。在检测过程中，桩身混凝土满龄期后进行声波透射法检测是最合理的，为有效提高检测效率，可落实以下要点：按照顺时针方向对声测管进行编号；分析收发换能器与声测管剖面的对应关系，将其置于对应剖面的管中，期间仍要平稳放至桩底，且保持相同标高；从下向上提升，对各个测点的声时、频谱曲线、主频值、首波幅值进行实时检测与记录；对检测过程中出现的可疑点应及时落实加密复测作业。图2声测管预埋方法AAABBBCCDa.2 根声测管b.3 根声测管北c.4 根声测管图3超声波检测超声波检测仪探头声测管桩混凝土低碳技术77LOW CARBON WORLD 2022/122.4检测结果与分析2.4.1检测结果11#抗滑桩桩长检测结果为 19.2 m，由于该号桩实际检测为 3 个孔（其中一个检测孔堵塞），按照图 1的布置方法，检测剖面共有 3 个，检测结果分别为：C1-C2 剖面的平均波速为 4.236 km/s，临界为 4.038，标准差为 0.059，变异系数为 0.014；C2-C3 剖面的平均波速为 4.265 km/s，临界为 4.038，标准差为0.102，变异系数为 0.024；C1-C3 剖面的平均波速为4.210 km/s，临界为 4.038，标准差为 0.059 95，变异系数为 0.023。按照现有标准等级，11#桩属于类。13#抗滑桩桩长检测结果为 26.8 m，不存在堵塞孔，按照图 1 的布置方法，检测剖面共有 6 个，检测结果分别为：B1-B2 剖面的平均波速为 4.281 km/s，临界为 4.166，标准差为 0.085，变异系数为 0.020；B1-B3 剖面的平均波速为 4.571 km/s，临界为 4.166，标准差为 0.086，变异系数为 0.019；B2-B3 剖面的平均波速为 4.406 km/s，临界为 4.166，标准差为0.072，变异系数为 0.016；B1-B4 剖面的平均波速为4.413 km/s，临界为 4.166，标准差为 0.070，变异系数为 0.016；B2-B4 剖面的平均波速为 4.343 km/s，临界为 4.166，标准差为 0.107，变异系数为 0.025；B3-B4剖面的平均波速为 4.190 km/s，临界为 4.166，标准差为 0.079，变异系数为 0.019。按照现有标准等级，13#桩属于类。14#抗滑桩桩长检测结果为 28.7 m，不存在堵塞孔，按照图 1 的布置方法，检测剖面共有 6 个，检测结果分别为：A1-A2 剖面的平均波速为 4.395 km/s，临界为 4.147 6，标准差为 0.091，变异系数为 0.021；A1-A3 剖面的平均波速为 4.344 km/s，临界为 4.147，标准差为 0.099，变异系数为 0.023；A2-A3 剖面的平均波速为 4.361 km/s，临界为 4.147，标准差为0.051，变异系数为 0.012；A1-A4 剖面的平均波速为 4.380 km/s，临界为 4.147，标准差为 0.056，变异系数为0.013；A2-A4 剖面的平均波速为 4.289 km/s，临界为 4.147，标准差为 0.066，变异系数为 0.015；A3-A4 剖面的平均波速为 4.262 km/s，临界为 4.147，标准差为 0.084，变异系数为 0.020。按照现有标准等级，14#桩属于类。2.4.2结果分析桩基 11#、13#、14#的设计桩长分别为 30 m、29.5 m、29.5 m，但是检测桩长分别为 19.3 m、26.8 m、28.7 m。从其他数据的计算检验可知，本次工程中检测的抗滑桩桩身均处于完整状态，属于类基桩。其中，桩基 11#的设计内容与检测结果差距较大，这是因为其中 1 根声测管堵孔，因此仅对检测剖面进行评价。此外，根据剖面声速-深度曲线、波幅-深度曲线、声速与波幅的平均值、临界值等参数，桩基 11#、13#、14#的完整性判定结果为：声测线声学参数、接收波形正常；存在声学轻微异常、波形轻微畸变的异常声测线，异常声测线在任一检测剖面的任一区段内纵向不连续分布，且在任一深度横向分布的数量不小于检测剖面数量的 50%。3总结与建议现阶段，声波透射法作为基桩完整性检测的重要检测方法，检测内容全面，可覆盖全桩长的各个横截面，且现场操作相对简单，适用性较强，不受场地限制。因此可判定，声波透射法能够准确断定基桩质量，可以将此项技术应用于多种类似的无损检测工作中。结合黄家湾水利枢纽工程质量检测中的抗滑桩完整性声波透射法的检测分析流程与结果，声波透射法下的基桩缺陷判定存在较多影响因素，其中关键的就是声测管堵塞，这将对基桩完整性判定造成较大影响，检测结果的真实可靠性也难得到保障。因此，在实际检测过程中，可以结合现有的先进技术，依托优势整合后的综合检测方法，如低应变法等，更精准地检测基桩完整性与缺陷情况5。4结语综上所述，根据黄家湾水利枢纽工程抗滑桩检测工作可知，声波透射法能够实时采集桩长等各项桩的信息，为完整性、缺陷判断提供支持。但是在技术应用过程中，应从实际出发，立足工程现状科学预埋声测管，执行现行标准，在不损伤结构质量的前提下完成质量检测工作。参考文献1 陈劲，陈晓东，赵辉，等.基于红外热成像法和超声波法的钢管混凝土无损检测技术的试验研究与应用J.建筑结构学报，2021，42（增刊 2）：444-453.2 马若龙，姜文龙，吕阿谈，等.管片壁后灌浆质量无损检测新技术研究及应用J.人民黄河，2021，43（8）：139-143.3 任彦丽.无损检测技术在盾构施工配套设备制造过程中的应用J.工程机械，2020，51（9）：82-85，10.4 赵晓鹏，蒋辉，赵永贵.声波散射成像技术在风电基础混凝土质量检测中的应用J.无损检测，2020，42（6）：7-11.5 胡绕.基于超声横波的混凝土结构无损检测数据成像技术J.无损检测，2020，42（6）：17-21.作者简介：赵鹏飞（1989），男，汉族，贵州贵阳人，本科，工程师，主要从事水利工程检测工作。低碳技术78