快速無損綜合法在混凝土襯砌質量檢測中的應用

楚少義 宋偉建 劉 凱 譚 春

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春 130000)

1 概述

隨著我國經濟建設的發(fā)展，基礎設施建設也進入了一個飛躍發(fā)展的嶄新階段。地下洞室工程作為各項工程不可或缺的重要組成部分，其混凝土襯砌的質量尤為重要。對于隧道工程來說，混凝土襯砌是承載結構和防水結構的重要保證，施工質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。調查研究顯示，隧道混凝土襯砌質量主要包括混凝土強度、混凝土厚度、襯砌背部是否存在空洞等內容。

混凝土襯砌的質量檢測根據是否破壞結構分為有損和無損兩種。有損檢測即現(xiàn)場實體取芯或現(xiàn)場力學破壞性試驗為主，該方法效率低，且對混凝土襯砌結構產生破壞。而無損檢測即是采用地震波、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。本文以某一引水隧洞為例，首先是對混凝土襯砌進行外觀質量調查，而后利用探地雷達對混凝土襯砌進行全面檢測，根據外觀質量和探地雷達檢測結果，利用沖擊回波法對重要部位和疑似部位進行詳查，該方法相比于常規(guī)有損檢測方法，具有檢測速度快、準確度高等特點。引水隧洞長為63 m，以入口處為起點，斷面尺寸為1.2 m×1.35 m(寬×高)，由于檢測方法一致且文章篇幅限制，本文僅介紹引水隧洞右側洞壁檢測。

2 外觀質量調查

對引水洞洞身混凝土外觀缺陷進行調查，從外表確定混凝土結構損壞的種類和范圍，檢查方式以現(xiàn)場普查、目測描述、尺寸量測為主，缺陷調查內容包括:

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

現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)引水洞右側洞壁存在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為調查結果。

表1 引水隧洞右側洞壁外觀缺陷調查

3 探地雷達檢測

3.1 探地雷達原理

探地雷達以電磁波理論為原理基礎，并利用寬頻帶時域發(fā)射天線，向待檢測區(qū)域發(fā)射1 MHz～10 GHz的高頻短脈沖電磁波。根據電磁波傳播原理，高頻短脈沖電磁波在不同介電常數的介質分界面產生反射，且在不同介質中傳播也會隨著介電常數的不同產生不同的衰減?；诖?，通過探地雷達接收天線接收的被檢測區(qū)域電磁波的反射及衰減程度，運用處理軟件對接收到的電磁波進行頻率、振幅及相位處理，更加直觀的反映待檢區(qū)域結構及物性特征，以達到檢測的目的。其工作原理如圖1所示。

圖1 探地雷達工作原理圖

3.2 檢測方案

按照現(xiàn)場實際情況，在右側洞壁布置三組測線，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檢測區(qū)域進行普查，引水洞總長63 m，因此右側洞壁布置測線總長為189 m。

3.3 檢測結果

對雷達檢測數據進行分析，得出雷達圖像，如圖2所示，針對雷達圖像出現(xiàn)異常情況進行分析，表2為雷達測試結果(異常部分)。分析結果認為，異常現(xiàn)象可能包括局部混凝土欠密實，個別部位混凝土有微小脫空。

圖2 探地雷達檢測圖

表2 引水洞探地雷達檢測缺陷

4 沖擊回波檢測

4.1 沖擊回波原理

內部缺陷檢測的基本原理即采用沖擊回波的方式，測試沖擊彈性波在混凝土結構內部的傳播特性(包括反射特性)、能量衰減特性等通過圖像處理技術來識別混凝土結構內部缺陷。

沖擊回波法(IE)測試混凝土結構剝離或空洞，是指沿測試對象表面連續(xù)激發(fā)彈性波信號，信號在遇到空洞、脫空面等疏松介質時會產生反射。通過抽取該反射信號并進行相應的頻譜和圖像處理，即可識別脫空或空洞的有無。其原理示意圖如圖3所示。

圖3 沖擊回波測試概念

圖4 引水洞右洞壁沖擊回波檢測云圖

4.2 檢測方案

按照檢測內容及現(xiàn)場實際情況制定測區(qū)布置方案。

普查:對于隧洞右側壁按照10 m～15 m選擇一個0.8 m×0.8 m的測區(qū)，原則上測區(qū)居于墻壁正中。洞壁總長63 m，布置6個測區(qū)。

選測:對表觀存在蜂窩、測試強度偏低、雷達測試異常、伸縮縫等區(qū)域選擇性測試數個測區(qū)，測區(qū)范圍大小不等。共布置3個測區(qū)。

4.3 檢測結果

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

表3 引水洞沖擊回波檢測缺陷

5 結語

本文運用了外觀調查、探地雷達、沖擊回波三種方法對引水隧洞混凝土襯砌質量進行檢測，檢測結果表明三種方法相結合可以快速、準確、驗證的進行質量檢測。對于混凝土內部存在的不密實缺陷，局部地方可以采用灌漿進行處理，情況特別嚴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行表面補強加固。

有無損檢測手段對工程質量進行檢測是目前工程質量管理的發(fā)展趨勢。隧道工程屬地下工程，其襯砌質量優(yōu)劣與隧道安危攸關，對其質量進行檢測評定是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。