大壩澆筑質量檢測分析

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［摘要］文章以遼寧雙龍水電站為例，對基于SASW方法的CSGR大壩澆筑質量檢測進行研究，認為在CSGR大壩施工過程中，可以先利用文中的方法進行澆筑面R波波速的快速測試，對波速明顯偏低的測點部位，進行表面密度取樣實測，即可較為準確的掌握整個澆筑壩段的碾壓密實程度，進而提高施工質量。

［關鍵詞］SASW法；CSGR大壩；澆筑質量檢測

1項目概況

擬建中的雙龍水電站,位于遼寧省寬甸滿族自治縣太平哨鎮二龍渡村境內，在已建成的高龍泡水電站下游，為典型的河床式水電站。雙龍水電站大壩為CSGR大壩，壩頂高程為160.0m，最大壩高56.0m。

2SASW檢測法的基本原理

SASW檢測法屬于一種地震波測試分析方法，最初由美國工程地質學家Nazarian和Stoke于1986年提出[1][2]。該方法最初主要用于土層以及路面剪切波的傳播特性，進而確定土層和路面的地質環境情況，以后逐步擴大應用范圍，被廣泛用于混凝土檢測。SASW檢測法的基本原理是在被測對象的表面施加一個瞬時性的激振，在實踐操作中多采用沖擊錘敲擊的方式產生[3]。由于激振的作用，可以在被測對象內部產生包括P波、S波和R波在內的不同頻率的彈性波[4]。其中，不同頻率的R波，可以相互疊加性在被測對象的表面傳播。然后，利用兩通道和多通道的傳感器對接受到的不同頻率的R波進行頻譜分析，并對不同頻率的波進行有效分離，進而計算獲得每個頻率R波的波速和頻散曲線[5]。其具體步驟如下：第一步，根據檢測布置，獲得兩通道傳感器接收到的數字信號；第二步，利用MATLAB對上述數字信號進行互功率譜分析，獲取測試相位譜；第三步，對上一步獲得的相位譜進行分析，選擇出具有代表性的相位譜；第四步，生成頻散曲線。

3檢測方案和測點布置

2018年3月5日至6日，利用SASW方法對雙龍水電站大壩的試驗澆筑段進行檢測。該澆筑段的平面尺寸為長80.0m，寬40.0m。因此，沿著澆筑段長度方向進行檢測線的布置，相鄰檢測線的間距設定為2.0m，總條數為3條，其中每條檢測線上以3.5m間隔布設十個測點，每個測點以間距為0.5m設置4道傳感器。在傳感器布置過程中，加速度傳感器可以直接按壓到澆筑好的壩體表面，但是務求緊密貼合，以保證耦合效果。激振點與近端傳感器的距離設置為1.0m為宜，也就是相鄰兩道傳感器之間的0.5m距離的兩倍左右。這樣設置的主要目的是基于R波能量大，但是傳播速度慢的主要特點，實現R波、P波和S波的有效分離[7]。在檢測過程中，每個測點進行四次采樣，參數采樣的頻率為20kHz，采樣的總點數為4096。

4SASW檢測結果分析

在該段大壩進行碾壓施工結束1d后，設置的三條測線，共30個測點利用SASW法進行檢測。在利用利用MATLAB對上述數字信號進行互功率譜分析，獲取測試相位譜過程中，為了避免信號干擾對分析結果造成不必要的負面影響，分別對不同通道之間的各組數字信號進行分析，并得到與之對應的相位譜，并將受到干擾最小的相位譜生成的頻散曲線，作為檢測的最終結果。根據相關學者對R波穿透深度的理論和實踐研究成果，泊松比為0.35以下的新澆筑CSGR材料的R波穿透深度，一般為其波長的75%[8]。在最終的頻散曲線上，研究中應該重點關注波長為0.5m的R波的波速，因為這一波長的R波的穿透深度約為0.4m，與該段大壩的CSGR層面的厚度基本一致。所以，0.5m處的波速值即可作為全部澆筑層內的R波波速的平均值，進而間接反映該測點部位的材料壓實度。對上述30個測點的檢測獲得的相位譜和頻散曲線進行分析，可見這些測點的相位譜在低頻測領域存在比較明顯的干擾。因此常常造成第一相位循環的畸變乃至不完全，進而對頻散曲線的判讀造成影響。上述現象在材料終凝前表現尤為明顯。究其原因，主要是上層新鋪設的材料和下部已經完全硬化的材料之間，存在一個完全不相容的分離界面，這必然會對沿著平面進行傳播的R波，造成較大的干擾。鑒于此，這次研究中主要選擇波長為0.5m的R波進行研究，以盡量避免或減少上述影響，是檢測結果本身更具有代表性。基于上述檢測思路，獲各測點的R波的波速測試結果。從結果可以看出，在靜碾2遍之后，全部30個測點的R波的波速平均值為133.5m/s，在經過6遍振動碾壓以后，這一數值提高到了154.0m/s，增加了約15%左右。但是，在材料終凝之后，R波的波速數值增加比較明顯，在1d齡期時這一數值達到了319.0m/s，進一步提升了100%以上。同時需要指出的是，受到項目區氣候特征的影響，測試時的施工項目區氣溫偏低，晚上的氣溫甚至接近0℃，因此對水泥的水化過程具有較大的延緩作用，不然波速的增加應該更為迅速。對于研究中比較關注的6遍振動碾壓后的情況，全部30個測點的R波波速的平均值為154.0m/s，均方差為24.7MPa，其中最大值為218m/s，最小值為108m/s。由此可見，在6遍振動碾壓后，澆筑面上的R波波速分布具有一定的離散性。究其原因，主要是材料自身的不均勻性以及鋪攤過程中的不均勻性造成的。所以，在CSGR材料新澆筑完成后尚未硬化前的R波的波速是比較低的，這與其他研究獲得的結論基本一致。

5結論

1）靜碾2遍之后，R波的波速平均值為133.5m/s，在經過6遍振動碾壓以后，這一數值提高到了154.0m/s，增加了約15%左右。在1d齡期時這一數值達到了319.0m/s，進一步提升了100%以上。2）6遍振動碾壓后R波波速的平均值為154.0m/s，均方差為24.7MPa，澆筑面上的R波波速分布具有一定的離散性。3）對6遍振動碾壓后典型測點進行取樣實測表面密度，結果顯示，當R波的波速大于140m/s，材料的表面密度可達到2.56g/cm3，完全滿足設計要求。4）在今后的施工過程中，可以先利用文中的方法進行澆筑面R波波速的快速測試，對波速明顯偏低的測點部位，進行表面密度取樣實測，這樣即可較為準確的掌握整個澆筑壩段的碾壓密實程度，進而提高施工質量。

作者:薛闖 單位:遼寧水利土木工程咨詢有限公司