快速跨孔超声检测设备在丹江口水利枢纽加高工程裂缝检测中的应用
仪器网 · 2012-07-15 08:58 · 52502 次点击
1丹江口水利枢纽加高工程简介
丹江口水利枢纽工程为一等大型工程,位于湖北省丹江口市城西郊,汉江干流与支流丹江交汇处。初期工程于1958年9月开始建设,1967年大坝拦洪11月下闸蓄水,1968年10月1日首台机组发电(总装机容量6台×15×104kW共90×104kW),1973年底全部建成。初期工程主要任务以防洪、发电,灌溉、航运。运用30多年来发挥巨大作用取得显著的经济效益。后期工程于2005年9月26日正式宣布开工,其工期为五年半,工程主要任务是防洪、供水、发电、航运、灌溉等综合利用。丹江口水利枢纽大坝加高工程是开发治理汉江干流的关键性工程,也是南水北调中线水源的龙头工程。
后期丹江口大坝加高工程从现有(即初期工程)坝顶高程162m加高到176.6m,(净加高14.6m)。总库容在正常水位由157m提高到170m时,其总库容为339.1×109m3,增容116×109m3,近期2010年可调水95×109m3/平水年,通过优化调度提高汉江下游600多公里长,14.2×104km2,1200多万人口地区的防洪能力,到2030年可调水120~130×109m3,基本缓解京、津华北地区用水的紧张局面。
丹江口大坝加高工程总投资为24.25×109元。主要建筑物由河床混凝土重力坝(包括深孔泄洪坝段,堰顶表孔溢流坝段,电站厂房坝段,非溢流坝段,左右岸混凝土联接坝段)共分58个坝块,全长1141m,和左右岸土石附坝(长度为1424+877=2301m),丹江大坝总长度为3442m。坝顶宽10m,最大坝高117m(27#坝段)。另外在左岸土石附坝头还有一个小的土坝,上游库区陶岔口附近还有一个董营土坝组成整个丹江口水利枢纽工程。其工程量:混凝土浇筑127.8×104m3,土石方开挖77.5×104m3,土石方回填535.5m3,钢筋制安8271t,老混凝土拆除4.5×104m3,设备拆除6270t,金属结构制安12658t,帷幕灌浆5.98×104m2,固结灌浆1.3×104m2,接缝灌浆3.89×104m2,单船过闸能力由150t级扩建到300t级。混凝土坝加高14.6m,贴坡厚度一般为8~14m,最宽约达40m。右岸土石坝改线新建,坝型为粘土心墙土石坝。
2丹江口水利枢纽加高工程检测方案
丹江口水利枢纽加高工程的裂缝主要集中在大坝水下部分,因此对其检测困难较大,为保证检测的效果,根据工程设计要求,以及丹江口水利枢纽加高工程加高后新老混凝土结合情况、裂缝开展深度等,通过多方调研,提出采用快速跨孔超声检测设备对其进行检测的新方案。其检测方案如下:
2.1新老混凝土结合情况
选择典型位置钻孔,每组钻孔5个,呈梅花型排列,周围4孔距中间一孔距离为3m。每孔深度超过结合面以下2m。将换能器放入孔中,利用超声法对新老混凝土结合情况进行检测。
2.2老混凝土裂缝开展情况
首先对裂缝开展位置、走向等进行描述,然后利用裂缝宽度检测仪测量裂缝宽度,利用超声法检测裂缝深度。具体做法为:对于深度可能小于500mm的浅裂缝,直接利用超声平测法进行检测;对于深度大于500mm深裂缝,则需要利用跨孔法进行检测。即在裂缝两侧钻孔(声测孔),其中一侧为2个孔,3个孔呈现正三角形布置,深度比预计缝深大500mm。用棒状换能器测试裂缝开展深度。
3快速跨孔超声检测工作原理
跨孔超声法(声波透射法)是超声脉冲法的一种。可以用于隐患详查,主要用于探测洞穴、松散体、砂层、渗水段、裂缝或闸室底板脱空以及其它与建筑材料有声波常数差异的异常体等。采用跨孔法测试时,“孔”可以是预埋的,也可以是钻孔。超声法测缺陷是利用超声波在混凝土中传播的声学参数的变化来判定混凝土缺陷的。超声波在相对均匀混凝土中等距离传播时,声学参数具有相对的稳定性。但当混凝土中存在某种缺陷(如蜂窝、孔洞、裂缝等)时,由于缺陷破坏声通路的连续性,加之缺陷中空气(或水)界面的反射和散射,使声波能量衰减较大。因此,经过缺陷区的声学参数就会发生明显变化,即:声速变慢、首波平缓、波幅变小、波形畸变等。这种声学参数的突变,与正常混凝土随机波动有着本质的区别。因此,利用完好的混凝土声学参数与缺陷区声速参数对比分析,可以准确判定缺陷区域。
跨孔超声法(声波透射法)是超声脉冲法的一种。如测试深裂缝深度,它需要在深裂缝两侧钻孔,其中缝一侧2个孔,缝另一侧1个孔,3孔间呈等边三角形排列。把超声换能器同时放入其中1对孔(2个孔)中测试混凝土声学参数,共3组数据,其中有1组数据为完好混凝土的声学参数,另外2组为穿缝混凝土声学参数,通过声学参数的变化来判断裂缝开展深度。对于加高后新老混凝土结合情况,测试原理是一样的,钻孔从新混凝土穿过老混凝土,放入换能器后,先平行测试新混凝土、老混凝土的声学参数,再斜测新、老混凝土及新老混凝土的声学参数。对测试数据进行统计分析,从而得出新、老混凝土结合情况。
4检测实施
2008年9月10~30日,使用北京康科瑞仪器有限公司生产的跨孔超声法检测设备(NM-4A型非金属超声检测分析仪)对丹江口大坝加高工程的新老混凝土结合情况和老混凝土裂缝开展情况进行检查,检查中按200mm间距为一对测点,总计布设测点1869个,敷设24芯控制缆合计723.77条公里、1芯控制缆合计236.442条公里。对其中182条深层裂缝、376条层析裂缝,47.46km断面进行全面抽检,经检测总体施工质量处于受控状态,未出现大面积裂缝贯穿现象,对工程主题没有影响。通过此次检测使有关对丹江口大坝加高工程的质量有一个确切的了解,促进有关单位对该工程建设管理工作的提高。
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