岳 勇

(四川省工程咨詢研究院, 四川 成都 610000)

隨著我國(guó)水利水電工程的快速發(fā)展，引水隧洞的建設(shè)在水利工程中的比重也迅速增加，目前，我國(guó)已經(jīng)建設(shè)完成的引水水工隧洞長(zhǎng)達(dá)500 km，10 km以上的超過個(gè)20。隨著水利水電工程大力的發(fā)展，引水隧洞作為水電站引水發(fā)電的重要組成部分，在施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)事故也不斷增加，給國(guó)家和人民帶來嚴(yán)重?fù)p失，因此研究隧洞缺陷檢查以及修復(fù)對(duì)水利水電施工有重要意義[1-4]。

施工缺陷檢測(cè)方法可分為損傷檢測(cè)法和無損檢測(cè)法，損傷檢測(cè)法也稱為巖體鉆探方法，作為常規(guī)檢測(cè)方法，它最早被引用在隧道的襯砌檢查中[5-6]。隨著經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展相應(yīng)的工程技術(shù)也得到了大幅度的提高，無損檢測(cè)在實(shí)際工程中的應(yīng)用也得到了普遍的推廣，其中的探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)由于其檢測(cè)的準(zhǔn)確性高且操作簡(jiǎn)便而被廣泛使用[7-9]。

1 施工缺陷檢測(cè)

1.1 探地雷達(dá)檢測(cè)的基本理論

探地雷達(dá)通過向介質(zhì)中發(fā)送脈沖形式的高頻率寬帶電磁波來研究電磁波的傳播規(guī)律，這種技術(shù)方法也被廣泛的運(yùn)用在工程檢測(cè)和地質(zhì)勘探中[10-11]。

(1)電磁波的基本理論

探地雷達(dá)通過向介質(zhì)中發(fā)射脈沖式的高頻率寬帶電磁波進(jìn)行探測(cè)，并且電磁波的傳播滿足麥克斯韋(Maxwell)方程組。

(1)

式中:ρ—電荷密度，C/m3；J—電流密度，A/m2；

E—電場(chǎng)強(qiáng)度，V/m；D—電位移，C/m2；

B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；H—磁場(chǎng)強(qiáng)度，A/m。

麥克斯韋方程是研究電磁學(xué)波動(dòng)理論的基本方程，同時(shí)也是研究電磁學(xué)基本理論的基礎(chǔ)。由麥克斯韋方程可知，變化的電場(chǎng)會(huì)生成變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)也能夠生成變化的電場(chǎng)，兩者相互變化的過程中同時(shí)向外傳播，即為電磁波動(dòng)，方程為：

(2)

式中：ε—介電常數(shù)，F(xiàn)/m；σ—電導(dǎo)率，S/m；

μ—磁導(dǎo)率，H/m。

(2)電磁波的傳播

電磁波在有損介質(zhì)中傳播時(shí)由于傳導(dǎo)電流的阻礙作用，使電磁波的能量不斷減少，電磁波的波值和波速不斷的衰減，在衰減的同時(shí)電磁波的相位發(fā)生變化，最終電磁波的波形發(fā)生改變。探地雷達(dá)通過電磁波的反射原理來檢測(cè)傳播介質(zhì)中的缺陷，這里所指的缺陷即為電導(dǎo)參數(shù)不同于周圍介質(zhì)的物質(zhì)，例如襯砌結(jié)構(gòu)中的空洞、裂縫等。

探地雷達(dá)向介質(zhì)中發(fā)送脈沖形式的高頻率寬帶電磁波時(shí)，在分界面發(fā)生反射和折射，如圖1所示，接收器根據(jù)此接收并在主機(jī)中記錄該反射波諸如時(shí)間和一系列反射波的能量之類的參數(shù)可用于分析和確定地下結(jié)構(gòu)中缺陷的類型，位置和規(guī)模。所以，掌握電磁波在介質(zhì)分界面的傳播特性對(duì)研究探地雷達(dá)檢測(cè)十分重要。

1.2 探地雷達(dá)檢測(cè)的技術(shù)方法

探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)并不復(fù)雜，最終目的就是得到信號(hào)源發(fā)射后的散射場(chǎng)(見圖2)。

圖1 電磁波反射

圖2 探地雷達(dá)檢測(cè)控制裝置

但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，不同類型的探地雷達(dá)的性能指標(biāo)是不同的。例如，根據(jù)探地雷達(dá)儀器的原理，有時(shí)域探地雷達(dá)系統(tǒng)和頻域探地雷達(dá)系統(tǒng)。因此，有許多類型的天線是系統(tǒng)的重要部件之一，并且存在水平桿狀或板狀偶極天線、喇叭天線等。于此同時(shí)，探地雷達(dá)具有不同的測(cè)量方法，因此在野外工作中，必須根據(jù)物體的狀況及其所處的環(huán)境適當(dāng)選擇測(cè)量方法，以確保記錄的質(zhì)量。

2 混凝土施工缺陷種類及其原因分析

混凝土施工后會(huì)出現(xiàn)的各種缺陷，比如頂部拱形部分混凝土出現(xiàn)裂縫，甚至是出現(xiàn)嚴(yán)重的空洞、外墻表面平整度不符合規(guī)定要求、止水銅片位置滲漏水、鋼筋外露混凝土架空等，引起以上的各類情況都有一定施工或養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)确矫娴脑颉?/p>

(1)頂部拱形部分的混凝土嚴(yán)重空洞

頂部拱形部分出現(xiàn)嚴(yán)重的空洞，顯示出明顯的混凝土未填充狀態(tài)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有混凝土澆筑過程中入口分布不均勻、混凝土流動(dòng)性差、振搗不充分。

(2)外墻表面平整度超出允許偏差值范圍

混凝土外墻變形其表面平整度在允許偏差值范圍以外，產(chǎn)生這種缺陷的原因?yàn)榘惭b和支撐所用的模板強(qiáng)度和剛度不夠，從而引起混凝土外墻變形。

(3)止水銅片安裝位置滲水

產(chǎn)生止水銅片滲水的可能原因是止水銅板安裝過程中模板損壞，也可能是止水片太靠近鋼筋，并且一些石滴被堵塞并停滯而形成的局部空隙。

(4)混凝土裂縫

產(chǎn)生混凝土裂縫的主要原因?yàn)榛炷翜乜卮胧┎坏轿唬蛘咚鶟不炷晾鋮s和養(yǎng)護(hù)不善，或者作用在混凝土結(jié)構(gòu)上的外力，例如被澆注的混凝土的過早載荷，受外力影響，以及混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的不均勻性等，都會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

(5)鋼筋移位混凝土架空

針對(duì)鋼筋外露，混凝土架空出現(xiàn)空洞這種情況，究其產(chǎn)生的原因主要有在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，模板與鋼筋距離過近，從而使保護(hù)層襯墊發(fā)生位移；保護(hù)層的混凝土沒有密集振動(dòng)或模板不夠濕，過度的吸水導(dǎo)致露筋；混凝土配合比不合適，導(dǎo)致分離，漿料或模板缺乏，露出漿料；混凝土澆筑時(shí)保護(hù)層太薄使混凝土發(fā)生泄漏，致使鋼筋發(fā)生偏移外露。鋼筋過于密集，導(dǎo)致粗骨料被卡，如果振搗不足則會(huì)引起空洞；設(shè)計(jì)混凝土塌落度偏小，且振搗不足時(shí)會(huì)使鋼筋外露。

(6)混凝土表面產(chǎn)生麻面

產(chǎn)生麻面主要是由于模板表面粗糙不光滑，不清潔硬水泥垢或其他沉積物，模板填縫不緊，漏漿，或者由于脫模劑涂抹的不均勻，使其殘留在模板表面造成混凝土表面麻面，同時(shí)，跟施工時(shí)間的把控也有關(guān)系，如果在混凝土澆筑過程中間歇時(shí)間過久，部分混凝土發(fā)生凝固，也會(huì)產(chǎn)生麻面現(xiàn)象。

(7)混凝土產(chǎn)生蜂窩

首先是混凝土的骨料和砂漿混合不充分，沒有攪拌均勻、振動(dòng)不充分，未達(dá)到漿料返回的程度。[6]同時(shí)，由于卸料高度過大，樁的周圍出現(xiàn)集料集中，砂漿少，就容易出現(xiàn)混凝土中有些位置不閉合而產(chǎn)生蜂窩現(xiàn)象；其次是模板破損、漏漿嚴(yán)重也會(huì)產(chǎn)生蜂窩現(xiàn)象。

(8)錯(cuò)臺(tái)及掛簾現(xiàn)象

產(chǎn)生這種缺陷的原因?yàn)?模板不夠平滑或模板不夠牢靠產(chǎn)生錯(cuò)位或跑模；模板拼接不嚴(yán)格，混凝土漿料流向澆注面，形成懸掛簾。

3 施工缺陷常規(guī)處理方法

(l)增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

類似橋墩這樣直接承載外部水壓的混凝土結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)?shù)卦黾悠鋭偠?，這樣可以有效減小混凝土裂縫的寬度，使建筑物長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行的同時(shí)還能夠增加有效承載力，以應(yīng)對(duì)超負(fù)荷帶來的建筑物損傷；除此之外增加混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)還應(yīng)考慮其防滲水平，適當(dāng)提高混凝土關(guān)鍵部位防滲能力也有助于建筑物長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

(2)灌漿

對(duì)混凝土與圍巖之間進(jìn)行回填灌漿有利于圍巖支護(hù)的充分發(fā)揮。灌漿在頂拱中心90°～120°之間進(jìn)行，其他部分取決于襯砌和澆筑?？组g距和行距一般為2～6 m，注漿壓力一般為0.2～0.3 MPa，注漿孔應(yīng)>0.1 m?；靥罟酀{形成的水泥石應(yīng)滿足傳輸阻力要求。圍巖灌漿參數(shù)定為2～4 m，并且每排至少有6個(gè)對(duì)稱布置的灌漿孔。圍巖深度至少是引水隧道直徑的1/2。灌漿施加的壓力一般為內(nèi)部水壓的1～2倍。最后根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件選擇適當(dāng)?shù)毓酀{材料。

(3)防滲和排水

根據(jù)施工隧道當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，結(jié)合引水隧洞具體情況，選擇襯護(hù)、設(shè)置防滲帷幕、設(shè)置排水孔等措施。在設(shè)計(jì)外部水壓控制襯砌時(shí)，建議設(shè)置排水孔，以減少外部水壓、間距、排水距離和排水孔的孔深，這些是根據(jù)圍巖的特性確定的。在設(shè)置排水孔時(shí)，應(yīng)注意內(nèi)部的水外滲。

(4)隧洞鋼襯安裝

鋼襯安裝完畢后緊接著要進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)驗(yàn)，并且要保留每個(gè)焊接位置的切削余量，以確保管體的形狀和尺寸符合規(guī)格要求。應(yīng)安裝瓷磚來控制空間的大小，嚴(yán)格遵守焊接工作規(guī)范及實(shí)施措施，尤其注意焊接的順序，對(duì)于高強(qiáng)度鋼焊接，要做好保溫以及絕緣工作。

(5)安全監(jiān)測(cè)

由于人為施工引起地質(zhì)條件的改變經(jīng)常發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，例如在超設(shè)計(jì)地震條件下的大規(guī)模坍塌和泥石流。然而，由于工程投資限制，工程斜坡以外的環(huán)境斜坡一般不會(huì)受到詳細(xì)的調(diào)查和處理。因此，工程環(huán)境斜坡就越容易發(fā)生大規(guī)模的山體滑坡，坍塌，泥石流等事故。因此，應(yīng)監(jiān)測(cè)可能威脅每個(gè)引水隧洞入口和出口正常運(yùn)行的環(huán)境斜坡和泥石流，這樣在突然發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，能夠啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，從而減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。

4 結(jié) 論

綜上所述，引水隧道內(nèi)的混凝土施工必須按照規(guī)定的施工工藝進(jìn)行，對(duì)于相對(duì)容易發(fā)生的施工缺陷，要加強(qiáng)建設(shè)管理規(guī)范施工流程，與此同時(shí)對(duì)于由施工引起的缺陷也要進(jìn)行及時(shí)的檢查、發(fā)現(xiàn)，并及時(shí)改進(jìn)旋工工藝，從而可以提高引水隧洞建設(shè)質(zhì)量。