對(duì)混凝土大壩難以接近區(qū)域的檢查

美國(guó)·Evan Kopelson，Mike Likavec

（1.Vertical Access有限責(zé)任公司；2.普捷灣能源公司）

1 簡(jiǎn)介

從2015年開始，Vertical Access有限責(zé)任公司與普捷灣能源公司合作，對(duì)兩座混凝土大壩進(jìn)行了工況評(píng)估，這兩座大壩是貝克河水電項(xiàng)目的組成部分。下貝克大壩是一座混凝土重力拱壩，建于1925年，位于華盛頓州混凝土鎮(zhèn)附近的斯卡吉特縣。下貝克大壩壩高285英尺（86.868 m），壩頂長(zhǎng)度550英尺（167.64 m）。下貝克大壩坐落于貝克河上，位于與斯卡吉特河匯合處上游約1英里（1.61 km）處。大壩攔蓄了香農(nóng)湖的水，庫(kù)面區(qū)域2 278英畝（9.219 km2）。上貝克大壩于1959年竣工，是一座混凝土重力壩，位于霍特康縣貝克河與斯卡吉特河交匯處上游。上貝克大壩壩高312英尺（95.09 m），壩長(zhǎng)1 235英尺（376.43 m），頂部有一條公共道路通過。上貝克大壩攔蓄了貝克湖，庫(kù)面占地4 980英畝（20.15 km2）。每座大壩都有自己的水力發(fā)電站，總裝機(jī)為200 MW。

圖1 下貝克大壩Fig.1 Lower Baker dam

圖2 上貝克大壩Fig.2 Upper Baker dam

2 檢查

2015年，普捷灣能源公司與Vertical Access有限責(zé)任公司對(duì)下貝克大壩的下游面和側(cè)防護(hù)墻、對(duì)上貝克大壩的溢洪道泄槽和導(dǎo)流墻進(jìn)行了工況檢查。2016年，繼續(xù)對(duì)上貝克大壩的混凝土面板進(jìn)行了檢查，在這些區(qū)域，混凝土被澆注在溢洪道泄槽下方裸露的巖面上。檢查的主要目的是對(duì)混凝土表面的現(xiàn)有工況進(jìn)行評(píng)估，以制定監(jiān)測(cè)變化和進(jìn)行維護(hù)、維修優(yōu)先排序的原則。

以前對(duì)大壩的檢查主要是從各種不同的有利位置對(duì)其進(jìn)行目視檢查，由于無法接近，不可能進(jìn)行徹底的檢查。2015年進(jìn)行的檢查是使用工業(yè)繩索技術(shù)進(jìn)行的，盡可能接近目標(biāo)物。一般來說，繩索技術(shù)工作人員懸掛在一根被稱為“工作定位線”的繩索上，然后用另一條“墜落保護(hù)線”作為支撐。現(xiàn)場(chǎng)特定的索具系統(tǒng)中，融合了非手動(dòng)的下降控制和墜落保護(hù)裝置，以及行業(yè)特定的爬升和懸掛吊帶。索具是柔性的，且重量不大，因此可輕易地從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方。Vertical Access有限責(zé)任公司派出了3名技術(shù)人員，下貝克大壩的現(xiàn)場(chǎng)檢查工作耗時(shí)4 d，包括設(shè)備和工具的運(yùn)送，上貝克大壩的溢洪道檢查耗時(shí)1.5 d。2016年，上貝克大壩的混凝土墻檢查，3名技術(shù)人員耗時(shí)2 d。Vertical Access有限責(zé)任公司的技術(shù)人員是經(jīng)第三方——專業(yè)繩索技術(shù)員協(xié)會(huì)（Society of Professional Rope Access Technicians，SPRAT）認(rèn)證過的工業(yè)繩索技術(shù)使用的工作人員。

圖3 下貝克大壩繩索技術(shù)員Fig.3 Rope access technicians at lower Baker dam

圖4 上貝克大壩繩索技術(shù)員Fig.4 Rope access technician at upper Baker dam

3 記錄

一旦到達(dá)大壩或溢洪道表面，技術(shù)人員就利用TPAS直接數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有工況進(jìn)行記錄，該系統(tǒng)可用于平板電腦注釋系統(tǒng)。TPAS是AutoCAD的一個(gè)附加軟件，由Vertical Access有限責(zé)任公司為進(jìn)行工況調(diào)查而開發(fā)。利用該系統(tǒng)，在大壩的高程視圖上繪制出混凝土裂縫和破損等值得注意和具有代表性的工況。點(diǎn)云激光掃描生成的二維效果圖被用作下貝克大壩的背景圖，上貝克大壩溢洪道則采用原設(shè)計(jì)圖掃描版作為背景圖。這兩種背景圖都被插入AutoCAD中，以便使用TPAS記錄工況。

TPAS有幾個(gè)特點(diǎn)，可使調(diào)查信息的收集和信息分析更有效。其中一個(gè)特點(diǎn)是調(diào)查照片的管理。就每種工況拍攝的照片都被超鏈接到帶注釋的繪圖中，并自動(dòng)用為項(xiàng)目定制的文件名對(duì)其進(jìn)行重命名。通常，文件名包含與AutoCAD繪圖對(duì)應(yīng)的該工況位置的X-Y坐標(biāo)、材料類型和工況缺陷及對(duì)應(yīng)年份。

圖5 AutoCAD制圖中打開圖片超鏈接Fig.5 Opened photograph from hyperlink in AutoCAD drawing

TPAS的另一個(gè)特點(diǎn)是在記錄工況時(shí)自動(dòng)計(jì)算長(zhǎng)度和區(qū)域。在調(diào)查期間，使用預(yù)先定義的工況塊函數(shù)庫(kù)。這些塊函數(shù)庫(kù)包括每種工況的特性，包括破裂的大小、裂縫的長(zhǎng)度和寬度，以及長(zhǎng)期受生物生長(zhǎng)、風(fēng)化或其他污染影響的區(qū)域。當(dāng)在AutoCAD的背景圖中繪制裂縫時(shí)，繪制的裂縫長(zhǎng)度將自動(dòng)插入到特定裂縫的屬性字段中。在調(diào)查期間收集的數(shù)量信息，無論是通過該自動(dòng)過程還是人工收集，都可以從AutoCAD中導(dǎo)出到電子表格或數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行進(jìn)一步分析，或者幫助進(jìn)行修復(fù)的優(yōu)先級(jí)別排序。

圖6 在破裂注釋中顯示屬性字段的塊Fig.6 Block showing attribute fields in spall note

圖7 塊屬性框Fig.7 Block attribute box

TPAS的第三個(gè)特點(diǎn)是AutoCAD繪圖中的分層管理，其使TPAS能更高效地收集和分析調(diào)查信息。在AutoCAD中，每種工況類型都被自動(dòng)地歸置在特定的圖層中?？梢栽贏utoCAD中使用簡(jiǎn)單的圖層管理工具創(chuàng)建顯示所關(guān)注的特定工況的視圖，例如打開和關(guān)閉圖層或創(chuàng)建命名圖層視圖。這些圖層也可以按年進(jìn)行分組，這樣就可以在時(shí)間序列中分析所記錄的某工況從某一年到下一年的變化。

圖8 顯示所有注釋的注釋圖Fig.8 Annotated drawing showing all notes

圖9 僅顯示破碎工況的注釋圖Fig.9 Annotated drawing showing just spalls

4 現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估

對(duì)貝克河水力發(fā)電項(xiàng)目的例行監(jiān)控和監(jiān)測(cè)包括現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員每天進(jìn)行記錄的目視檢查，以及聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)要求的年度檢查。大壩安全與運(yùn)營(yíng)工作人員整年都在現(xiàn)場(chǎng)，完成項(xiàng)目具體工作。除了工況隨時(shí)間的變化外，缺陷的外觀也隨著季節(jié)的變化而變化，或者由于特定的天氣情況而變得更加明顯。對(duì)日常的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果與使用繩索技術(shù)進(jìn)行的詳細(xì)、近距離檢查的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。

2015年的檢查之后，普捷灣能源公司的運(yùn)營(yíng)者向大壩安全部門報(bào)告了兩項(xiàng)工況，使用了Vertical Access有限責(zé)任公司的工況評(píng)估結(jié)果。

運(yùn)營(yíng)人員提供了上述照片，因?yàn)椴淮_定滲漏位置和速率是否與之前的觀測(cè)結(jié)果相一致，還為普捷灣能源公司的大壩安全部門描述了位置。雖然從右壩肩拍攝的歷史照片以及航拍照片顯示了該位置存在滲漏，但借用工況評(píng)估信息可以快速確認(rèn)位置，以及當(dāng)水位達(dá)到大壩堰頂以上時(shí)有滲漏的存在。

圖10 運(yùn)營(yíng)人員報(bào)告了2015年12月下貝克大壩水平施工縫處發(fā)生的滲漏Fig.10 Operator reported leakage through a horizontal construction joint in December,2015 at Lower Baker dam

在一場(chǎng)小雪和明顯的降溫之后，目視檢查結(jié)果比較反常，運(yùn)營(yíng)人員將上述照片提供給了大壩安全部門?；炷翂蚊嫔闲纬闪私Y(jié)冰，操作人員也不清楚這種情況。歷史照片中未發(fā)現(xiàn)有形成結(jié)冰的情況，找到明顯的水源也不可能。工況評(píng)估信息顯示，在最后一條垂直施工縫下游的導(dǎo)流墻內(nèi)側(cè)出現(xiàn)了一條裂縫，再加上閘門滲漏水沿溢洪道泄槽流下來，這應(yīng)該是結(jié)冰的水源。隨后，Vertical Access有限責(zé)任公司對(duì)混凝土墻進(jìn)行的檢查中使用了一條水平救生索，可幫助接近導(dǎo)流墻，以便進(jìn)行進(jìn)一步的檢查。

圖11 檢查過程中從不同角度拍攝的施工縫的照片和整體工況的照片，顯示了在相似水位條件下接縫處的滲漏Fig.11 Photo of construction joint from different angle taken during the inspection,photo of overall condition but showed the leakage at the joint under similar pool conditions

圖12 運(yùn)營(yíng)人員報(bào)告了11月上貝克大壩溢洪道泄槽下混凝土墻處反常的結(jié)冰情況Fig.12 Operator reported unusual ice formation on the concrete face wall under the spillway chute at Upper Baker dam in November

5 結(jié)語(yǔ)

Vertical Access有限責(zé)任公司提供的工況調(diào)查報(bào)告包括標(biāo)注的高程圖、照片、工況數(shù)量電子表格和描述觀察到的工況的書面報(bào)告。有了這些報(bào)告，普捷灣能源公司可優(yōu)化對(duì)大壩的監(jiān)控和監(jiān)測(cè)工作。帶注釋的圖紙和照片是基準(zhǔn)工況，為常規(guī)檢查期間的目視檢查提供參考。由于無法通過其他方式安全地接近拱壩的下游面、泄洪道泄槽和重力壩的混凝土墻面，這限制了用于識(shí)別新的混凝土缺陷或記錄正在發(fā)生惡化的歷史信息的質(zhì)量。在檢查過程中拍攝的獨(dú)立照片通常很難在大型結(jié)構(gòu)物上進(jìn)行準(zhǔn)確定位，因?yàn)檫@些照片關(guān)注的是缺陷。使用TPAS直接輸入結(jié)構(gòu)物上的目視和數(shù)值測(cè)量信息，提供了可精確定位的詳細(xì)信息，并可有效地監(jiān)視惡化情況。

圖13 位于開始結(jié)冰部分上方的導(dǎo)流墻裂縫Fig.13 Photo showing crack in the training wall located immediately above the start of the ice formation