晏國順，張富家，王旭明

（1.四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100；2.中國水利水電第十四工程局有限公司曲靖分公司，云南 曲靖 655000；3.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司工程物探研究院，河南 鄭州 450003）

瀘定水電站安裝4臺單機容量230 MW混流式水輪發(fā)電機組，機組間距29.8 m。機組蝸殼最大管節(jié)直徑為9.1 m，最大水平半徑為12.6 m，最小管節(jié)直徑為2.916 6 m，最小水平半徑為7.176 7 m，蝸殼支撐及固定由69個支墩組成。蝸殼鋼襯上半部鋪設(shè)彈性墊層，內(nèi)側(cè)距基坑里襯外壁1.5 m、外側(cè)至腰線。蝸殼外包混凝土標號為C20（二）。

為保證蝸殼外包混凝土澆筑飽滿，蝸殼外包混凝土底部首先采用常規(guī)的泵送混凝土澆筑，并形成傾向蝸殼中心的斜坡，澆筑至距離蝸殼底部90 cm左右位置，采用塌落度為25～27 cm的高流態(tài)自密實混凝土，退管法澆筑，當混凝土與蝸殼底部相接后，采用3根環(huán)向預(yù)埋的泵管向座環(huán)、蝸殼陰角部位泵送高流態(tài)混凝土。對于蝸殼底部確實難以澆筑密實的部位，埋設(shè)灌漿管，灌注水泥漿回填密實。

1 瀘定水電站蝸殼脫空檢測

1.1 檢測目的

蝸殼外包混凝土澆筑完成后，對蝸殼進行敲擊檢查脫空情況，發(fā)現(xiàn)脫空部位較多，面積較大，根據(jù)設(shè)計要求，蝸殼與外包混凝土間脫空區(qū)域面積應(yīng)小于0.3 m2。因此對脫空面積較大區(qū)域蝸殼鋼板開孔，進行接觸灌漿處理，但接觸灌漿進漿量極少，開孔之間的連通性較差。為掌握蝸殼與外包混凝土間脫空區(qū)域的具體情況，決定對蝸殼與外包混凝土間脫空區(qū)域分布范圍、面積及深度等進行檢測。

1.2 檢測方法、原理和依據(jù)

蝸殼脫空檢測采用南京水利水電科學研究院研制的多功能混凝土質(zhì)檢儀，由探頭和主機兩部分組成。探頭內(nèi)主要有中子源和熱中子探測器，中子源發(fā)射快中子，探測器檢測快中子慢化后的熱中子計數(shù)。主機負責采集熱中子計數(shù)，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)。該設(shè)備可以探測厚度60 mm以內(nèi)鋼板下的混凝土脫空情況，脫空深度分辨率可達3 mm，最大脫空測量深度約50 mm。

該項檢測技術(shù)是利用快中子慢化原理。中子源不斷發(fā)射的快中子與被測物質(zhì)原子核發(fā)生碰撞而被減速，即中子慢化，每碰撞一次就要減速一次，直到最終慢化成為熱中子，于是，在中子源附近空間就形成了一個熱中子云球。物理學指出：不同元素的原子核對中子的減速慢化能力是由兩個因子決定的，一是被碰撞核的質(zhì)量，即中子與核碰撞所損失的能量隨核質(zhì)量增大而迅速減少，氫核最輕，碰撞使中子損失能量最大，慢化能力最強；二是中子與原子核的碰撞幾率 （散射截面），氫核對中子的散射截面最大。

當含中子源探頭置于鋼板上時，鋼板和空洞對中子慢化貢獻極小，而鋼板下混凝土含有水分，對快中子慢化有明顯貢獻，所以探頭上的熱中子計數(shù)器對混凝土有無脫空有明顯計數(shù)差異 （同一塊鋼板）。前期在室內(nèi)對不同厚度的鋼板、不同脫空深度進行標定，現(xiàn)場根據(jù)實測熱中子計數(shù)得出實際脫空深度。如果鋼板下空洞內(nèi)有水，其計數(shù)又會明顯增大，同樣可以檢測出來。

利用中子無損檢測方法探查厚鋼板下澆筑混凝土脫空缺陷是利用快中子慢化原理，讓快中子穿過鋼板與鋼板下混凝土材料相互作用，從而被慢化產(chǎn)生熱中子。如果鋼板下混凝土在平面上和沿深度方向上充填分布不均勻，即存在脫空缺陷，在相應(yīng)部位測點上熱中子分布就會出現(xiàn)異常。用熱中子探測器測取檢測面上各測點處的熱中子計數(shù)率，根據(jù)其大小變化和分布規(guī)律，可探查出鋼板下混凝土脫空缺陷。本項中子檢測技術(shù)無損、快速、準確和安全，并能確定脫空缺陷平面分布范圍和大致深度。

2 檢測范圍和測點布置

2.1 蝸殼鋼板基本情況

瀘定水電站每臺水輪機蝸殼鋼板，從蝸殼進口到蝸殼螺旋尾部可分為34節(jié)，鋼板編號為A、B、C以及1～31。由15種厚度不同的鋼板拼焊而成，其厚度范圍為：40～16 mm。

2.2 斷面及測點布置

本次檢測范圍為從蝸殼進口到蝸殼螺旋尾部的蝸殼底部約1/3圓周面積上。單臺機組蝸殼檢測斷面長度大約50 m，布置了161個斷面，斷面間隔約33 cm，在蝸殼檢測面上繪制33 cm×33 cm的方形網(wǎng)格，單個蝸殼總計約4 000個測點 （含復測約400個測點）。這種測量網(wǎng)格的布置是基于考慮探測器的平面測量范圍，以保證不存在測量盲區(qū)。蝸殼底部中心線上的測點為0號，內(nèi)側(cè)測點號為偶數(shù)，距中心軸線由近及遠號碼依次為2、4、6、8、10……，外側(cè)測點號為奇數(shù)，距中心軸線由近及遠號碼依次為1、3、5、7、9……，單個蝸殼測點布置見圖1。

圖1 瀘定水電站單個機組蝸殼斷面及測點布置示意

3 檢測初步結(jié)果及分析

3.1 檢測初步結(jié)果

瀘定水電站4號機組蝸殼鋼板下混凝土脫空缺陷現(xiàn)場檢測于2011年1月20日至25日進行。4號機組蝸殼鋼板下混凝土脫空結(jié)果見表1，圖2、 3分別為10～45斷面和-26～0斷面混凝土脫空分布平面展開示意圖。

圖2 瀘定水電站4號機組蝸殼10～45斷面鋼襯混凝土脫空分布平面展開示意

3.2 檢測結(jié)果分析

（1）4號機組蝸殼在整個檢測斷面上未發(fā)現(xiàn)有大面積的、連片的嚴重脫空缺陷，其混凝土澆筑和灌漿處理質(zhì)量總體較好。

（2）存在兩小塊脫空深度大于3 mm的區(qū)域，即37斷面到45斷面底部 （集中在0、

圖3 瀘定水電站4號機組蝸殼-26～0斷面鋼襯混凝土脫空分布平面展開示意

表1 4號機組蝸殼脫空情況統(tǒng)計

1、3號測點）大約2 m2的脫空區(qū)域以及122、123斷面5號測點附近的脫空區(qū)域，其中40斷面0號測點、41斷面0號測點、42斷面0號和1號測點以及122、123斷面5號測點的脫空深度都大于10 mm。

（3）沿蝸殼外側(cè)在15～21號測點范圍存在一條呈帶狀分布的高含水量的介質(zhì)，見圖2斜線陰影部分，這種規(guī)律性現(xiàn)象的出現(xiàn)有可能與所澆筑混凝土結(jié)構(gòu)和位置或鋼板外軟墊層位置有關(guān)。

（4）A、B、C號鋼板檢測面上測點熱中子計數(shù)大小及分布情況相比蝸殼內(nèi)1～31節(jié)鋼板上的顯得更為均勻。出現(xiàn)以上這種情況一方面可以認為A、B、C號鋼板區(qū)域混凝土澆筑和灌漿質(zhì)量相對更好，但當A、B、C號鋼板與混凝土之間存在一個厚度均勻的軟墊層時也會出現(xiàn)這種情況。

4 結(jié)語

（1）中子法檢測將蝸殼鋼板與其外包混凝土間脫空區(qū)域分布、面積及深度進行詳細展現(xiàn)，為下步處理和后續(xù)施工提供了科學依據(jù)。

（2）在蝸殼外包混凝土施工時，即使再飽滿，也會因混凝土收縮產(chǎn)生縫隙，因此，有必要對蝸殼底部、座環(huán)陰角部位預(yù)埋可重復接觸灌漿管進行接觸灌漿。

（3）建議蝸殼在設(shè)計制造時，預(yù)留接觸灌漿孔，采用堵頭封堵。